§ 17. Поширення живих організмів у біосфері

БІОСФЕРА ТА ЇЇ СКЛАДОВІ. Уперше термін біосфера був запропонований у 1875 р. австрійським геологом Едуардом Зюссом. Однак лише через 50 років засновник НАН України Володимир Вернадський створив вчення про біосферу.

Біосфера — оболонка Землі, створена живими організмами в результаті їхньої життєдіяльності й заселена ними.

Нинішній стан планети Земля значною мірою визначається життєдіяльністю живих організмів, що живуть на планеті. Кругообіг речовин, який здійснюється за їхньої участі, є провідним чинником, що стабілізує стан планети на сучасному етапі розвитку.

Межі біосфери визначаються умовами існування життя. До них належать: необхідні для життєдіяльності кількість води, мінеральних речовин, кисню, вуглекислого газу, а також сприятливий температурний режим, ступінь солоності води у водоймах, рівень радіації та ін. Усі ці умови найкращим чином реалізуються в місцях взаємодії трьох оболонок планети — атмосфери, літосфери й гідросфери (мал. 79). Тому біосфера як жива оболонка планети розташовується в межах перелічених сфер. Вона займає між ними проміжне положення й водночас є їхньою частиною.

• Пригадайте, яка товщина тропосфери.

Мал. 79. Поширення складових біосфери в геосистемах

Поширення життя в атмосфері обмежується здебільшого її нижнім шаром — тропосферою.

Наприклад, верхня межа польоту птахів розташована на висоті близько 7 км; комахи в повітряному середовищі піднімаються не вище 6 км. Фотосинтезуючі рослини не ростуть у горах вище 6 км через низький вміст вуглекислого газу й відсутність води. Вертикальне поширення живих організмів в атмосфері за межі озонового шару лімітується ультрафіолетовою радіацією, яка вбиває все живе.

Концентрація озону (О₃), який утворюється з кисню під дією сонячної радіації, на висоті 20-22 км максимальна. Водночас частка озону в газовому складі атмосфери дуже мала — майже 1 · 10 -4 %. Молекули озону формують навколо планети захисний екран, що оберігає все живе на Землі від згубної дії ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Межа поширення живої речовини в літосфері — не нижче 3-4 км. На цій глибині можна зустріти лише анаеробні бактерії. Найбільша щільність живої речовини (до 99 %) у літосфері відзначається в поверхневому шарі земної кори — ґрунті. Біомаса ґрунту — сукупність організмів, які населяють ґрунт. Найбільшу кількість становлять ґрунтові бактерії (до 500 т/га), у поверхневих шарах живуть зелені водорості й ціанобактерії, крім того, ґрунт пронизаний корінням рослин, гіфами грибів. Це місце існування для багатьох тварин. Лімітуючим чинником поширення життя вглиб літосфери є висока температура.

• Пригадайте, яка максимальна глибина Тихого океану. Як називається ця западина?

Живі організми населяють всю товщу гідросфери, аж до максимальних її глибин.

Найбільша щільність живих організмів — у поверхневих шарах Світового океану й біля узбережжя, які прогріваються й освітлюються Сонцем. Організми, що населяють верхній шар, називають планктоном, а придонні — бентосом. Біомаса Світового океану — це сукупність живих водних організмів гідросфери. Вона значно менша від біомаси суходолу і становить близько 0,13 %, а співвідношення рослин і тварин прямо протилежне їхньому співвідношенню на суходолі. У Світовому океані на частку рослин припадає лише 6,3 %, а тварини становлять 93,7 %. Це пов’язано з тим, що сонячна енергія в воді використовується лише на 0,04 %, а на суходолі — до 1 %.

ЗАКОНОМІРНОСТІ ПОШИРЕННЯ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ НА СУХОДОЛІ ТА В ОКЕАНАХ. Живі організми поширені в біосфері нерівномірно. Найбільш заселені живими організмами зони безпосереднього контакту й активної взаємодії літосфери, атмосфери, гідросфери, оскільки саме тут найсприятливіші умови проживання: оптимальні температури, вологість, наявність кисню й необхідних для життєдіяльності організмів хімічних елементів.

На суходолі від екватора до полюсів склад біосфери змінюється залежно від кліматичних умов. Рослинам необхідні тепло, світло, волога та поживні речовини. Найбагатшим є рослинний і тваринний світ приекваторіальних і помірних широт. Найрізноманітніші на Землі породи дерев ростуть в області верхньої течії Амазонки (300 видів на одному гектарі площі). На другому місці за різноманітністю видів — ліси Південно-Східної Азії (200 видів дерев на одному гектарі). На третьому — ліси Центральної Африки (майже 120 видів).

Усе живе в біосфері утворює живу речовину. Відомо 0,5 млн видів рослин і 1,5 млн видів тварин, у т. ч. хребетних — 42 тис., членистоногих — 1 млн видів.

• Пригадайте, як зародилося життя.

Незважаючи на те, що життя зародилось в океані, нині більшість організмів живе на суходолі. У Світовому океані налічують 160 тис. видів тварин і рослин, за кількістю перше місце посідають молюски (60 тис. видів), друге — ракоподібні (20 тис. видів), третє — риби (16 тис. видів).

Жива речовина нашої планети існує у вигляді великої кількості організмів зі своїми індивідуальними ознаками, різноманітністю форм і розмірів. Серед живих організмів трапляються різні за розмірами мікроорганізми та багатоклітинні тварини й рослини великих розмірів.

Органічний світ суходолу щодо видового складу більш різноманітний, ніж органічний світ водного середовища. Якщо кількість видів тварин суходолу становить 93 %, то водних — лише 3 %. Для рослин характерне аналогічне співвідношення. На наземну флору припадає 92 % видів і 8 % — на водні. Наведені цифри свідчать про те, що можливості для видоутворення на суходолі були сприятливіші, ніж у водному середовищі.

Для порівняння кількості живих організмів використовують поняття «біомаса» та інші показники.

Біомаса — загальна маса особин одного виду, груп або всього угруповання живих організмів на одиницю площі або об’єму. У середньому на 1 см 2 земної поверхні припадає 580 мг сухої органічної речовини. До складу цієї біомаси входить біомаса рослин, тварин, грибів, бактерій. У біосфері біомаса розподілена нерівномірно і змінюється від нуля (крига Антарктиди) до 60 кг/м 2 (тропічні ліси).

ПРИРОДНІ ЧИННИКИ ФОРМУВАННЯ АРЕАЛІВ ПОШИРЕННЯ РОСЛИН І ТВАРИН. Ареал — частина земної поверхні (території або акваторії), у межах якої поширений і проходить повний цикл розвитку даний таксон (вид, рід, родина тощо) або угруповання.

Заселення видами певних ареалів має закономірний характер, обумовлений комплексом географічних, геологічних, кліматичних, біологічних та інших чинників. Проявом цієї закономірності є те, що в розселенні рослин і тварин по поверхні планети простежуються чіткі закономірності, а кожну природну зону характеризують певні види флори та фауни.

БІОЛОГІЧНІ РЕСУРСИ. До біологічних ресурсів належать ресурси рослинного і тваринного світу. Біологічні ресурси включають генетичні ресурси, організми та їхні частини, популяції або будь-які інші біотичні компоненти екосистем, які мають фактичну чи потенційну користь, цінність для людства. Рослинні ресурси представлені на територіях й акваторіях вищими рослинами, грибами, мохами, лишайниками, водоростями, які використовують (можуть бути використані) для потреб суспільства. Господарське значення мають лісові, степові, лучні, болотні та водні рослинні ресурси.

Біологічні ресурси океанів — це риби, кити, молюски (кальмари, мідії тощо), ракоподібні (краби, креветки, криль), деякі види водоростей, що використовують для виробництва продуктів харчування й отримання цінних речовин для промисловості, сільського господарства, медицини. Загальну масу живих організмів Світового океану наближено оцінюють у 35 млрд тонн. Обсяги поповнення рибних запасів, видобування яких становить від 4/5 до 9/10 усього морського промислу, сягає 200 млн т щорічно. Основними світовими районами вилову риби є шельфові ділянки, що займають усього 7-8 % площі Світового океану й забезпечують 90 % обсягів вилову, а також прибережні води островів Океанії, Північна Атлантика (мал. 74 на с. 97).

• Назвіть найбільші рибопромислові країни світу.

Усі види живих істот біосфери в сукупності називають біотою, найважливішою властивістю якої є здатність до самовідновлення й самовідтворення на основі обміну речовин. Тобто за сприятливих умов організми біосфери здатні в короткий історичний час заповнити всю планету. Отже, біологічні ресурси належать до відновних ресурсів.

Як відомо, використання людиною живих організмів біосфери розпочалося з моменту її становлення та неперервно активізувалося зі зростанням чисельності й потреб людства. Найпоширенішим є пряме використання живих організмів і вироблених ними продуктів. Крім цього, людина використовує біологічні ресурси й опосередковано — як джерело кисню для дихання й технологічних процесів, для зв’язування вуглекислоти, регуляції стоку, захисту полів від дії вітру, задля задоволення естетичних потреб тощо.

Скупчення живих організмів у тонкому приповерхневому шарі робить їх легкодоступними для прямого й опосередкованого впливу людини. Жива речовина біосфери має величезну хімічну активність, зумовлену біологічним обміном речовин. У процесі фотосинтезу щорічно наземною й водною рослинністю акумулюється величезна кількість сонячної енергії, пов’язується 35 млрд т вуглецю, фіксується 44 млрд т азоту, виділяється кілька десятків мільярдів тонн кисню тощо.

Цінність природної біоти для людини можна розглядати за такими основними напрямами:

• біота є основою сільського та лісового господарства;
• біота є важливим ресурсом для медицини;
• біота має пряму користь — рослинний покрив є істотним чинником запобігання ерозії, збереження орного шару ґрунту, забезпечення інфільтрації та поповнення запасів ґрунтових вод, зниження поверхневого стоку, підтримки кругообігу біогенів в екосистемах. Біота відтворює деревину, звірів і птахів, рибу тощо;
• біота створює можливості для відпочинку людей, задоволення естетичних і наукових потреб.

Отже, біологічні ресурси мають універсальну цінність для людства.

РОЛЬ ЖИВИХ ОРГАНІЗМІВ У ФОРМУВАННІ ҐРУНТІВ. Ґрунтоутворення — біологічний процес. Він починається з поселення на гірській породі живих організмів. У ґрунті живуть представники всіх царств природи: рослини, тварини, гриби та мікроорганізми. Бактерії, гриби, лишайники, водорості готують субстрат для вищих рослин.

Основну біомасу на земній кулі утворює вища рослинність, тому вона відіграє найважливішу біологічну роль у ґрунтоутворенні. Зелені рослини — єдине першоджерело органічної речовини в ґрунті. Головна їхня функція — забезпечення біологічного кругообігу речовин, тобто поглинання з ґрунту елементів живлення й води, синтез органічної маси, повернення її в ґрунт після закінчення життєвого циклу. Характер участі рослин у ґрунтоутворенні залежить від типу рослинності.

Швидкість нагромадження органічної речовини та розклад її в ґрунті залежить від рослинної формації, яка бере участь у процесах ґрунтоутворення, й умов розкладання. Наприклад, в анаеробних умовах рослинні рештки розкладаються повільніше, що створює сприятливіші умови для утворення гумусу, ніж в аеробних умовах, де процеси мінералізації відбуваються енергійніше. Рослинні формації у природі змінюють одна одну, що зумовлює зміну напряму процесу ґрунтоутворення, а звідси й типу ґрунту.

Дізнайтеся більше

Один грам ґрунту містить від 5 000 до 7 000 різних видів бактерій.

У ґрунті дуже багато живих організмів (мал. 80). Це найпростіші (джгутикові, корененіжки, інфузорії), черв’яки, комахи, а також хребетні (кроти, ховрахи, байбаки, сліпці, змії).

Мал. 80. Мешканці ґрунтового середовища

Залежно від зональних умов ґрунтотворної породи та напряму процесів ґрунтоутворення в кожному типі ґрунту переважають певні групи тваринних організмів. Ґрунтова фауна по-різному впливає на мінеральну й органічну частини ґрунту. Так, деякі тварини розпушують ґрунт і ґрунтотворну породу, часто на глибину 1-2 м і глибше переносять ґрунт із верхніх горизонтів у нижні, перемішують його з породою тощо. Тварини перетравлюють у своїх шлунках рослинні рештки, виділяючи потім їх з організму і збагачуючи ґрунт органічною масою. Часто нижні перехідні горизонти ґрунтів бувають такими переритими й перемішаними дощовими черв’яками та хребетними, що навіть складно знайти місце з незрушеним ґрунтом або породою. Це особливо характерно для чорноземів. Таке розпушування порід і ґрунту та перемішування їх сприяє хімічному й біологічному вивітрюванню мінералів, поліпшенню аерації, вологоємкості, збільшенню пористості ґрунту тощо.

Цілісний світ

Щохвилини у світі знищують майже 12 гектарів лісів.

ТИПИ ҐРУНТІВ. Просторове розташування ґрунтів пов’язано із широтною зміною природних умов і підпорядковане на рівнинній місцевості закономірностям горизонтальної зональності, а в гірських районах — вертикальної поясності. Площі, зайняті ґрунтами різних типів, простягаються в широтному напрямку й відповідають природним зонам. Чергування висотних поясів ґрунтів у гірських місцевостях відповідає зміні кліматичних умов у напрямку від підніжжя гір до їхніх вершин.

Типи ґрунтів — це ґрунти, що сформувалися в однакових умовах і мають подібну будову і властивості. Залежно від типу клімату й рослинності вирізняють різні типи ґрунтів (мал. 81).

Мал. 81. Типи ґрунтів:

арктичні та тундрові (а); підзолисті, дерново-підзолисті (б); сірі лісові, бурі лісові широколистих лісів (в); чорноземи степів, лісостепів і прерій, каштанові сухих степів (г); коричневі твердолистих лісів і чагарників, сіро-коричневі чагарникових степів (д); бурі, сіро-бурі та сіроземи напівпустель, сіро-бурі пустель, тропічних пустель (е); жовтоземи й червоноземи перемінно-вологих тропічних лісів (ж); червоно-бурі та червонувато-бурі саван (з); червоні, червоно-жовті, збагачені залізом ґрунти вологих лісів і саван (и); червонувато-чорні саван і пампи, чорні та сірі тропічні (і); алювіальні річкових долин, маршів і манґрів (к); гірські ґрунти (л)

Найпоширенішим типом ґрунтів є червоно-жовті. Такого забарвлення їм надає високий вміст заліза й алюмінію. Утворюються ці ґрунти під вологими екваторіальними лісами. Велика кількість тут опадів зумовлює потужне вимивання з ґрунтів органічних решток, тому родючість червоно-жовтих ґрунтів досить низька.

У тропіках, де кількість тепла значно перевищує запаси вологи, поширені сірі й бурі пустельні ґрунти. Вони часто засолені, малопотужні й через відсутність рослин майже не містять гумусу. (Поясніть чому.)

У помірних широтах, особливо на півдні, за умов посушливого клімату під трав’яною рослинністю формуються каштанові ґрунти. Потужність гумусового шару в них може сягати близько півметра, проте вміст перегною незначний.

Відкриваємо Україну

Чорноземи є національним багатством України. На них припадає понад 65 % усіх ґрунтів на території України, що становить четверту частину всіх чорноземних ґрунтів світу.

Найродючіші ґрунти на земній кулі — чорноземи. Так їх здавна називають за темний колір. Ці ґрунти утворюються в посушливих умовах під пишним трав’яним покривом. Органічні речовини тут майже не вимиваються в нижні шари ґрунту, що сприяє утворенню потужного (інколи понад 2 м) шару гумусу.

Підзолисті ґрунти формуються також у помірних широтах, де випадає значна кількість опадів, що швидко просочуються й переносять перегній і поживні речовини на глибину. Тому ґрунт втрачає темний колір, а на глибині близько 20 см з’являється характерний шар попелястого кольору, схожий на золу. Такого кольору ґрунту надає мінерал кварц. Підзолисті малородючі ґрунти поширені під хвойними й мішаними лісами.

Тундрово-глеєві ґрунти утворюються в місцях з надлишком вологи та нестачею тепла в полярних широтах. Для них характерний перезволожений шар сизого кольору, який називають глеєм.

Арктичні ґрунти поширені острівцями в арктичних широтах. Вони утворилися в умовах холодного сухого клімату й багаторічної мерзлоти під бідною рослинністю. Вміст гумусу в них зовсім незначний.

ЗАПАМ’ЯТАЙТЕ: стисло про головне

• Біосфера — оболонка Землі, створена живими організмами в результаті життєдіяльності й заселена ними. Межі біосфери визначаються умовами існування життя.
• Живі організми поширені в біосфері нерівномірно. Найбільш заселені живими організмами зони безпосереднього контакту й активної взаємодії літосфери, атмосфери, гідросфери.
• До біологічних ресурсів належать ресурси рослинного і тваринного світу. Вони мають універсальну цінність для людства.

Знаю і вмію обґрунтувати

• 1. Наведіть визначення біосфери. Що визначає її межі?
• 2. Подумайте, чому біоценоз є структурною і функціональною одиницею біосфери.
• 3. Проаналізуйте зони поширення живої речовини в геосфері планети.
• 4. Поясніть, із чим пов’язана нерівномірність розподілу живої речовини в різних частинах біосфери.
• 5. Доведіть роль живих організмів у ґрунтоутворенні на прикладах.

Працюю з картою

На контурній карті світу позначте ареали поширення чорноземів.

Шукаю в Інтернеті

Розкрийте аспект вчення В. І. Вернадського про біосферу для розуміння та розв’язання сучасних екологічних проблем.

Генерую ідеї

В. І. Вернадський писав: «Жива речовина. подібно масі газу розтікається по земній поверхні й впливає на навколишнє середовище». Поясніть, як ви розумієте цей вислів.

✅Середовища існування живих організмів

Існування людини, як і будь-якого іншого живого організму, неможливе поза його середовища існування.

Середовище проживання живих організмів – це та частина простору, яка оточує даний організм або групу організмів і впливає на нього певним чином різними факторами.

Будь-який організм відчуває вплив неорганічних і органічних складових природи і пристосовується до цих впливів.

Так, деякі тварини пристосувалися до низьких температур і можуть нормально існувати в районах Крайньої Півночі (песці, білі ведмеді), а інші здатні жити тільки в тропіках. На певній території, в однакових кліматичних умовах проживають певні групи організмів, пристосовані до існування в даному середовищі проживання. На планеті Земля розрізняють такі види середовищ існування:

• наземно-повітряне;
• водне;
• наземне;
• наземно-водне;
• ґрунтове (едафічне), які характеризуються специфічними ознаками.

Названі вище середовища проживання розрізняються за агрегатним станом, густиною, наявністю та різному вмісту кисню та іншими параметрами. Розглянемо коротку характеристику цих середовищ.

Наземно-повітряне середовище існування

Наземно-повітряне середовище характеризується тим, що воно є:

На поверхні землі організми зміцнюються (рослини, деякі гриби) або будують притулки (тварини).

У повітрі організми знаходять їжу і кисень.

Це аеробне середовище, в якому здійснюється інтенсивний обмін газів і води, а воду, необхідну для життєдіяльності живих істот, необхідно добувати і зберігати. Тому що живуть в цьому середовищі організми пристосовані до добування і збереження вологи, а тварини мають здатність до досить швидкого і активного переміщення.

У цьому середовищі живуть:

• птахи;
• багато видів членистоногих (наприклад комахи);
• ссавці;
• різні види покритонасінних і т. д.

Водне середовище існування

Водне середовище характеризується рідким агрегатним станом і залежно від глибини може бути як аеробним (поверхневі шари різних водойм), так і анаеробним (на великих глибинах океану, у водоймах з високою температурою).

Це середовище щільніше, ніж повітряне, але більш сприятливе з позицій видобутку організмом води та її збереження в ньому. Водне середовище більш багате харчовими ресурсами. У ньому в далекому геологічному минулому зародилося життя (за образним висловом «океан є колискою життя»).

У цьому середовищі форми організмів різноманітні, і існують організми, які дихають як розчиненим у воді киснем, так і киснем, що міститься в атмосфері; живуть у цьому середовищі анаеробні організми. У водному середовищі живуть різні:

• найпростіші;
• водорості;
• риби;
• членистоногі;
• молюски;
• голкошкірі і представники інших типів і класів тваринного і рослинного світу.

Водно-наземне (наземно-водне) середовище існування

Водно-наземне (наземно-водне) середовище є прикордонним середовищем і поєднує в собі властивості наземного і водного середовища. Воно змішане і за агрегатним станом, будучи твердим (наземне) і рідким (водне).

Це середовище стала причиною виникнення особливої форми організмів (амфібій або земноводних), які поєднують ознаки і водних, і наземних тварин.

Ці тварини здатні дихати і атмосферним повітрям, і киснем, розчиненим у воді, цикл їхнього життя тісно пов’язаний з водним середовищем.

Деякі організми, що живуть в цьому середовищі, дихають тільки атмосферним киснем, але добувають їжу у водному середовищі. Дане середовище є «комфортним» з точки зору видобутку води організмом.

У цьому середовищі живуть різноманітні види і тварин, і рослин. До них відносяться рослини-гігрофіти, які належать до різних класів. Серед тварин в цьому середовищі мешкають різні види ссавців, птахів, членистоногих, амфібій і ін.

Наземне середовище існування

Наземне середовище характеризується тим, що тварини живуть на поверхні землі в нижній частині повітряного океану, як правило, далеко від водойм.

Це середовище характеризується твердим агрегатним станом субстрату, але газоподібним станом місцеперебування, різноманітним водним режимом, тобто умови цього середовища дуже різноманітні, що визначає різноманіття пристосувань організмів до цього середовища.

У ній проживають численні види:

• найпростіших;
• грибів;
• лишайників;
• водоростей;
• вищих рослин;
• птахів;
• звірів і т. д.

Умови життя в наземному середовищі часто нагадують такі, як у повітряно-наземного середовища, але відрізняються від останнього тим, що організми все своє життя проводять на поверхні землі, а не в повітрі.

Едафічне середовище існування

Специфічним місцем існування є едафічне – ґрунт і більш глибокі шари заселеної організмами літосфери. Це середовище тверде, важке для переміщення, характеризується відсутністю світла, насичене молекулярним киснем, може містити крапельно-рідку воду, здатну бути середовищем існування найпростіших, багата мінеральними солями і різними органічними речовинами.

Це середовище дуже сприятливе для життєдіяльності різних організмів, тому є щільно заселеним середовищем проживання. У ній живуть різноманітні представники:

• типу найпростіших;
• різні водорості;
• гриби;
• різноманітні види хробаків;
• молюсків;
• різні представники вищих тварин.

Ґрунт є субстратом різних видів вищих рослин, для яких характерна наземне середовище.

Живий організм як середовище проживання інших організмів являє собою специфічне середовище проживання для паразитичних організмів. Це, як правило, середовище, позбавлене молекулярного кисню, тому в ньому живуть переважно анаеробні організми.

Паразитичні організми можуть жити і всередині, і поза організмом, умови їх життя можуть бути дуже різноманітними, тому форми таких організмів також різноманітні. У даному середовищі нема потреби добувати і відшукувати поживні речовини, що накладає певний відбиток на будову подібних організмів.

У цьому середовищі живуть різні хвороботворні організми, а також деякі організми, які вступають з організмом-господарем у взаємно-корисному співжитті (прикладом останніх є бульбочкові бактерії, що мешкають в кореневих системах бобових рослин).