Тірі ағзалардың көптүрлілігі. Биосфера, экожүйе, популяция. Адам қызметінің қоршаған ортаға әсері

Тақырыпты талдау

Систематика: тірі ағзалар қалай жіктеледі

Систематика ағзаларды туыстық дәрежесі бойынша топтарға бөледі. Қазіргі жүйенің негізін Карл Линней (XVIII ғасыр) қалады: ол категориялар иерархиясын және қосарлы атауды енгізді.

Иерархия: түр → туыс → тұқымдас → отряд (өсімдіктерде — қатар) → класс → тип (өсімдіктерде — бөлім) → патшалық. Патшалықтардан жоғары домендер бөлінеді: Бактериялар, Археялар және Эукариоттар.

Мысал: қасқыр — Canis lupus түрі, Қасқырлар туысы, Иттер тұқымдасы, Жыртқыштар отряды, Сүтқоректілер класы, Хордалылар типі, Жануарлар патшалығы.

Тірі табиғат патшалықтары

Жасушасыз тіршілік формалары — вирустар: нуклеин қышқылы мен ақуыз қабықшадан тұрады, тек иесінің жасушасы ішінде көбейеді.

Прокариоттар (бактериялар мен археялар): қалыптасқан ядросы жоқ, ДНҚ-сы сақиналы, цитоплазмада орналасқан.

Эукариоттар: Саңырауқұлақтар (гетеротрофтар, жасуша қабырғасы хитиннен, гликоген жинайды), Өсімдіктер (автотрофтар, хлоропластары бар, қабырғасы целлюлозадан, крахмал жинайды), Жануарлар (гетеротрофтар, жасуша қабырғасы жоқ, гликоген жинайды). Біржасушалы эукариоттарды (амёба, кірпікшелі кебісше, эвглена, хламидомонада) көбіне протистер тобына бөледі.

Тірі ағзалардың ұйымдасу деңгейлері

Молекулалық → жасушалық → ұлпалық → мүшелік → ағзалық → популяциялық-түрлік → биогеоценоздық (экожүйелік) → биосфералық.

Әр деңгейде жаңа қасиеттер пайда болады: мысалы, зат алмасу — жасушалық деңгейде, эволюция — популяциялық-түрлік деңгейде.

Экологиялық факторлар

Абиотикалық — өлі табиғат факторлары: жарық, температура, ылғалдылық, тұздылық, топырақ құрамы.

Биотикалық — басқа ағзалардың әсері: жыртқыштық, паразиттік, бәсекелестік, симбиоз (мутуализм — өзара пайда, комменсализм — біреуіне пайда, екіншісіне зиянсыз).

Антропогендік — адамның әсері: орман кесу, жер жырту, ластау, құрылыс.

Әр түрдің оптимумы бар төзімділік ауқымы болады. Оптимумнан ең көп ауытқыған фактор шектеуші болады (Либихтің минимум заңы).

Популяция

Популяция — эволюцияның қарапайым бірлігі. Сипаттамалары: саны, тығыздығы, туу және өлім деңгейі, жас және жыныстық құрылымы, кеңістікте орналасу түрі.

Саны қорек қорына, жыртқыштарға, ауруларға, ауа райына байланысты ауытқиды (популяциялық толқындар). Ресурстар шексіз болса, саны экспоненциалды өседі; шын мәнінде өсу ортаның сыйымдылығына жеткенде тоқтайды.

Экожүйе және қоректік тізбектер

Экожүйе компоненттері: продуценттер, I, II, III реттік консументтер және редуценттер.

Жайылымдық тізбек өсімдіктерден басталады: шөп → шегіртке → бақа → сарыбас жылан → бүркіт. Детриттік тізбек өлі органикалық заттан басталады: жапырақ қалдығы → жауынқұрт → көртышқан.

10 % ережесі (Р. Линдеман): әр келесі трофикалық деңгейге энергияның шамамен 10 %-ы өтеді, қалғаны тыныс алуға жұмсалып, жылу ретінде таралады. Сондықтан тізбектер сирек 4–5 буыннан ұзақ болады.

Экологиялық пирамидалар: сан, биомасса және энергия пирамидалары. Энергия пирамидасы әрқашан жоғары қарай жіңішкереді.

Сукцессия — бір аумақта қауымдастықтардың заңды алмасуы: бірінші реттік (жалаңаш жартастарда, қыналардан басталады) және екінші реттік (өрттен, орман кескеннен кейін).

Биосфера және зат айналымы

Биосфера шекаралары: атмосфераның озон қабатына дейінгі төменгі бөлігі (шамамен 20–25 км), бүкіл гидросфера (шамамен 11 км тереңдікке дейін) және литосфераның жоғарғы бөлігі (бірнеше километр).

В. И. Вернадский тірі, кенді (өлі), биокенді және биогенді заттарды бөліп, тірі ағзалардың басты геологиялық күш екенін көрсетті. Адам ақылымен өзгерген биосфера сатысын ол ноосфера деп атады.

Көміртек айналымы: өсімдіктер фотосинтезде CO₂ сіңіреді, ағзалар тыныс алғанда, редуценттер ыдыратқанда, адам отын жаққанда оны бөледі.

Азот айналымы: азот бекітуші бактериялар (бұршақ тұқымдастардағы түйнек бактериялары) ауадағы N₂-ні өсімдікке қолжетімді қосылыстарға айналдырады; денитрификациялаушы бактериялар азотты атмосфераға қайтарады.

Адам және Қазақстан табиғаты

Басты экологиялық мәселелер: парниктік әсер және климаттың өзгеруі, озон қабатының бұзылуы, қышқыл жаңбырлар, су мен топырақтың ластануы, шөлейттену, биоалуантүрліліктің азаюы.

Қазақстандық мысалдар: Әмудария мен Сырдария суын суаруға алудан Арал теңізінің тартылуы; Семей ядролық полигонындағы сынақтардың салдары; Каспийдің ластануы.

Табиғатты қорғау: Қазақстанның Қызыл кітабы (қар барысы, ақбөкен, қарақұйрық, тоғай бұғысы), қорықтар (Ақсу-Жабағылы — Орталық Азиядағы алғашқы қорық, 1926 жыл; Наурызым; Барсакелмес), ұлттық парктер (Бурабай, Алтынемел, Шарын шатқалы).

Өсімдіктер: балдырлардан гүлділерге дейін 8 сынып

Балдырлар — ұлпалары мен мүшелері жоқ (таллом). Мүктер — сабағы мен жапырағы бар, тамыры (ризоидтар) мен түтіктері жоқ, циклде гаметофит басым. Папоротниктер, қырықбуындар, плаундар — тамыры мен түтіктері бар, спорамен көбейеді, ұрықтану үшін су керек.

Ашықтұқымдылар (қарағай, шырша) — тұқымдары бүрлердің қабыршақтарында ашық жатады. Жабықтұқымдылар (гүлділер) — гүлі мен жемісі бар, тұқымы жеміс ішінде.

Даражарнақтылар (дәнділер, пияз, қызғалдақ): бір тұқым жарнағы, шашақ тамыр жүйесі, доғалы немесе параллель жүйкеленуі. Қосжарнақтылар (бұршақ, раушан, күнбағыс): екі тұқым жарнағы, кіндік тамыр, торлы жүйкелену.

Жануарлар: омыртқасыздар және омыртқалылар 7–8 сынып

Омыртқасыздар: губкалар, ішекқуыстылар (гидра — радиалды симметрия, обыр жасушалары), құрттар (жалпақ, жұмыр, буылтық), ұлулар, буынаяқтылар (шаянтәрізділер, өрмекшітәрізділер, жәндіктер — ең көп топ).

Омыртқалылар: балықтар (желбезек, екі камералы жүрек), қосмекенділер (үш камералы жүрек, терімен тыныс алу), бауырымен жорғалаушылар (қабыршақты құрғақ тері, қабықты жұмыртқа), құстар мен сүтқоректілер — жылықанды, төрт камералы жүрек.

Дихотомиялық кілт — қарама-қарсы белгілер жұптарынан тұратын анықтағыш («омыртқасы бар / жоқ»): қадам-қадаммен ағзаның атауына жеткізеді.

Ағзалардың өзара қарым-қатынасы 8 сынып

Жыртқыштық (қасқыр — қоян), паразиттік (аскарида — адам), бәсекелестік (қорек, жарық, аумақ үшін), симбиоз: мутуализм — екі жаққа да пайда (қына: саңырауқұлақ + балдыр; түйнек бактериялары + бұршақ тұқымдастар), комменсализм — біреуге пайда, екіншісіне зиянсыз (жабысқақ балық пен акула).

Тіршілік ету стратегиялары: r-стратегия — қамқорлықсыз көп ұрпақ (балықтар, жәндіктер); K-стратегия — қамқорлықпен аз ұрпақ (пілдер, адам).

Популяцияның өсуі және сукцессиялар 8–9 сынып

Экспоненциалды өсу (J-қисық) — ресурстар артық болғанда; логистикалық (S-қисық) — сан ортаның сыйымдылығы маңында тұрақтанады. «Жыртқыш — жемтік» санының ауытқулары уақыт бойынша ығысқан (сілеусін мен қоян).

Сукцессия — қауымдастықтардың заңды ауысуы. Біріншілік — жалаңаш жерде (жартастар, қатқан лава: қыналар → мүктер → шөптер → бұталар → орман). Екіншілік — өрттен, кесуден кейін, тасталған егістікте; топырақ сақталғандықтан жылдамырақ жүреді.

Экологиялық пирамидалар және азот айналымы 9 сынып

Сандар, биомасса және энергия пирамидасы. Энергия пирамидасы әрқашан жоғары қарай жіңішкереді; сандар мен биомасса пирамидалары аударылған болуы мүмкін (бір ағаш — мыңдаған жәндік; мұхитта зоопланктон биомассасы фитопланктоннан көп).

Азот айналымы: азот бекітетін бактериялар (түйнек бактериялары, цианобактериялар) ауадағы $N_2$-ні аммиакқа айналдырады → нитрификациялаушы бактериялар оны нитраттарға дейін тотықтырады → өсімдіктер ақуыз түзеді → редуценттер аммиакты қайтарады → денитрификаторлар $N_2$-ні атмосфераға қайтарады.

Жаһандық экологиялық мәселелер 9, 11 сынып

Парниктік әсер: $CO_2$ мен метан Жердің жылулық сәулесін ұстап қалады → жаһандық жылыну, мұздықтардың еруі. Озон қабатының бұзылуы (фреондар) → ультракүлгін көбейеді. Пестицидтер қоректік тізбек бойымен жиналады (биоаккумуляция).

Қазақстан: Арал теңізінің тартылуы, Семей полигонының салдары, қалалардағы ауаның ластануы, шөлейттену. Қорғау: қорықтар (Ақсу-Жабағылы — Орталық Азиядағы алғашқы қорық, 1926 ж.; Наурызым, Алакөл), ұлттық парктер (Бурабай, Іле Алатауы, Алтынемел), Қызыл кітап (киік, қар барысы, қарақұйрық, Шренк қызғалдағы).

Шпицбергендегі Дүниежүзілік тұқым қоймасы жаһандық апаттар жағдайына мәдени өсімдіктердің тұқым үлгілерін сақтайды.

Саңырауқұлақтар: құрылысы, қоректенуі, жеуге жарамды және улы түрлері 8 сынып

Саңырауқұлақтардың көпшілігінің денесі — жіпшумақ (мицелий): топыраққа, сүрекке немесе тағамға енетін жіңішке тармақталған жіпшелер — гифалар торы. Гифалар сыртқа ферменттер бөліп, еріген заттарды бүкіл бетімен сіңіреді — саңырауқұлақтар осылай қоректенеді (сапротрофтар, паразиттер немесе симбионттар ретінде). Саңырауқұлақтардың жасуша қабырғасы хитиннен тұрады, қор заты — гликоген; олар споралар, жіпшумақ бөліктері арқылы, ал ашытқылар бүршіктену арқылы көбейеді.

Қалпақшалы саңырауқұлақтар қалпақша мен аяқшадан тұратын жеміс денесін түзеді; қалпақшаның астыңғы жағында споралар жетіледі. Түтікті саңырауқұлақтарда қалпақшаның астыңғы қабаты губкаға ұқсайды (ақ саңырауқұлақ, қайың саңырауқұлағы, көктерек саңырауқұлағы, майлы саңырауқұлақ), ал пластинкалыларда радиалды пластинкалардан тұрады (шампиньон, сондай-ақ улы шыбынжұт пен бозғылт улы саңырауқұлақ). Көптеген қалпақшалы саңырауқұлақтар ағаш тамырларымен микориза түзеді: саңырауқұлақ ағаштан қант алады, ағаш саңырауқұлақтан су мен минералдық тұздар алады. Сондықтан қайың саңырауқұлағы қайыңның түбінде өседі.

Бозғылт улы саңырауқұлақ — ең улы саңырауқұлақ: оның уы бауыр жасушаларын бұзады, ал улану белгілері у қанға сіңіп болған соң, 6–24 сағаттан кейін ғана байқалады. Белгілері: жасылдау-ақ қалпақша, ақ пластинкалар, аяқшасындағы жарғақ сақина («етекше») және түбіндегі «қапшық» (вольва). Ережелер: бейтаныс және ескі саңырауқұлақтарды термеу, жол мен зауыт маңынан жинамау (олар ауыр металдарды жинайды), кішкентай балаларға саңырауқұлақ бермеу. Паразит саңырауқұлақтар — ағаштағы ағаш саңырауқұлағы (трутовик), дәнді дақылдардағы қаракүйе мен қастауыш; ашытқылар мен зеңдер туралы — 12-тақырыпта.

Буынаяқтылар мен хордалылар: кластардың белгілері 8 сынып

Буынаяқтылар — жануарлардың ең көп тараған типі: денесі мен аяқтары буынды, сыртқы қаңқасы хитиннен тұрады (сондықтан олар түлеу арқылы өседі), қанайналым жүйесі тұйық емес. Шаянтәрізділер (өзен шаяны, дафния): баскөкірек пен құрсақ, екі жұп мұртша, бес жұп жүру аяғы, желбезекпен тыныс алады. Өрмекшітәрізділер (айқышты өрмекші, бүйі, кенелер): баскөкірек пен құрсақ, мұртшасы жоқ, төрт жұп аяқ, өкпе қапшықтары мен трахеялар арқылы тыныс алады. Жәндіктер: бас, көкірек және құрсақ, бір жұп мұртша, көкірегінде үш жұп аяқ, әдетте екі жұп қанат, трахеялармен тыныс алады.

Жәндіктердің дамуы толық түрленіп (жұмыртқа → дернәсіл → қуыршақ → ересек жәндік: көбелектер, қоңыздар, шыбындар, аралар) және толымсыз түрленіп (жұмыртқа → ересекке ұқсас дернәсіл → ересек: шегіртке, шекшекейлер, тарақандар, қандалалар) жүреді. Ауыз аппараты кеміргіш (қоңыздар, шегіртке), шаншып-сорғыш (маса, қандала), сорғыш (көбелектің тұмсықшасы) және жалағыш (шыбын) болады.

Хордалылар типіне кем дегенде ұрық кезінде үш белгісі болатын жануарлар жатады: хорда — дененің арқа жағындағы серпімді осьтік бау, хорданың үстіндегі жүйке түтігі және жұтқыншақтағы желбезек саңылаулары; жүрек құрсақ жағында орналасады. Қандауыршада хорда өмір бойы сақталады, ал омыртқалыларда оны омыртқа жотасы алмастырады. Омыртқалылардың кластарын жабындарынан оңай ажыратуға болады: балықтар — қабыршақ, қосмекенділер — жалаңаш шырышты тері, бауырымен жорғалаушылар — мүйізді қабыршақтар, құстар — қауырсын, сүтқоректілер — жүн (сондай-ақ сүт бездері мен көкет).

Тіршіліктің пайда болуы және филогенетикалық ағаштар 10 сынып

Жер шамамен 4,6 млрд жыл бұрын пайда болды, ал тіршіліктің ең көне іздері — цианобактериялардың қабатты құрылымдары строматолиттердің жасы шамамен 3,5 млрд жыл. А. И. Опарин мен Дж. Холдейннің болжамы (абиогенез) бойынша, оттексіз алғашқы атмосферада найзағай мен ультракүлгін сәуленің әсерінен қарапайым заттардан органикалық молекулалар түзілген; «алғашқы сорпада» олар коацерват тамшыларына жиналған. С. Миллер (1953) метан, аммиак, сутек және су буы қоспасы арқылы электр разрядтарын өткізіп, амин қышқылдарын алды — бұл органикалық заттардың абиогендік синтезі мүмкін екенін растады.

Оқиғалардың реті: анаэробты прокариоттар → фотосинтездейтін цианобактериялар (атмосферада O₂ жиналып, озон қабаты түзілді) → эукариоттар (симбиогенез теориясы бойынша митохондриялар мен хлоропластар бір кезде еркін тіршілік еткен бактериялар болған) → көпжасушалылар → өсімдіктер мен жануарлардың құрлыққа шығуы. Қазіргі ағзалардың барлығы бір атадан — соңғы әмбебап ортақ атадан (LUCA) тараған. Дәлелі — барлық жасушалардағы бірыңғай генетикалық код және ақуыз синтезінің бірдей принциптері.

Топтардың туыстығын филогенетикалық карталармен бейнелейді. Филогенетикалық ағаш топтардың уақыт бойынша шығу тегін көрсетеді; бұтақтарының ұзындығы уақытты немесе өзгерістер санын білдіруі мүмкін. Кладограмма тек ортақ туынды белгілер бойынша құрылады («омыртқа жотасы бар», «қабықшалары бар жұмыртқа», «жүні бар»): әр түйін — ортақ ата, ал ортақ түйіні ең жақын топтар бір-біріне ең жақын туыс болады. Қазір ағаштарды ДНҚ мен ақуыздардың тізбектерінің ұқсастығы бойынша да құрады.

Құрлық және су экожүйелері, бейімделулер 8 сынып

Су экожүйелерінде негізгі продуценттер — фитопланктонның микроскопиялық балдырлары, сондықтан мұхитта биомасса пирамидасы аударылған болуы мүмкін. Судағы тіршілікті жарық (ол тек ондаған метрге дейін өтеді), еріген оттек және баяу өзгеретін температура шектейді. Құрлық экожүйелерінде продуценттер — негізінен ірі өсімдіктер, ал басты шектеулер — су және тәуліктік, маусымдық күрт ауытқитын температура; ауа денені демеп тұрмайды, сондықтан тірек ұлпалары мен қаңқа қажет.

Бейімделулер — табиғи сұрыпталу нәтижесінде пайда болған орта жағдайларына икемделу. Морфологиялық: балықтардың денесінің ағынға бейім пішіні, солтүстік жануарлардың қалың жүні мен май қабаты, кактустардағы жапырақтың орнына тікенектер, құлақты кірпінің үлкен құлақтары (жылуды шығару). Физиологиялық: саршұнақтың ұйқыға кетуі, түйе өркешіндегі май — су көзі, жапырақтардағы балауыз қабаты. Мінез-құлықтық: құстардың ұшып кетуі, шөл жануарларының түнгі тіршілігі, құмға көміліп жату. Бергман ережесі: жақын жылықанды түрлердің солтүстік формалары ірірек (масса бірлігіне шаққанда жылу аз шығады), Аллен ережесі: олардың құлағы, құйрығы мен аяқтары қысқарақ.

Санды есепке алу және экожүйелер мониторингі 9, 11 сынып

Қозғалмайтын ағзалардың (өсімдіктер, ұлулар) санын сынамалық алаңдар әдісімен бағалайды: учаскеге 1 м²-лік рамкаларды кездейсоқ қойып, әрқайсысындағы дарабастарды санайды, орташасын тауып, учаске ауданына көбейтеді. Қозғалғыш жануарлар үшін белгілеу және қайта аулау әдісін (Линкольн индексі) қолданады: $N=\dfrac{M\cdot C}{R}$, мұндағы M — алғаш белгіленгендер саны, C — екінші рет ауланғандар, R — олардың ішіндегі белгілілер. Әдіс белгілер жоғалмаса және белгіленген дарабастар басқаларымен біркелкі араласса ғана дұрыс нәтиже береді.

Түрлер неғұрлым көп және олардың саны біркелкі болса, экожүйе соғұрлым тұрақты: бір түр жойылса, оның рөлін басқалары атқарады, ал қоректік тізбектер торға айналып шырмалған. Сондықтан орман бидай алқабынан (агроценоздан) тұрақтырақ. Далалық өлшеулердің нәтижелерін статистикалық тұрғыда салыстырады: Стьюденттің t-критерийі екі іріктеменің орташа мәндері шынымен ерекшеленетінін (мысалы, екі учаскедегі өсімдіктердің биіктігі), ал χ² (хи-квадрат) критерийі бақыланған сандардың күтілгенмен сәйкестігін көрсетеді.

Ластануды бағалау үшін биоиндикаторларды — ортаның күйіне сезімтал ағзаларды пайдаланады: ауа күкіртті газбен ластанғанда қыналар жойылады, біркүндіктердің дернәсілдері тек таза суда тіршілік етеді. Пайдалы қазбаларды өндіру топырақ пен ландшафтты бұзады (карьерлер, үйінділер), суды және ауаны шаң мен ауыр металдармен ластайды. Тұрақты пестицидтер қоректік тізбек бойымен жиналады (биоаккумуляция): жыртқыштарда олардың концентрациясы судағыдан мыңдаған есе жоғары; ДДТ осылай жыртқыш құстардың жұмыртқа қабығын жұқартқан.