Правила аналізу родоводу

І. Установити: чи є дані ознака або захворювання в родині поодинокими, чи виявлено кілька випадків цієї патології в родині (родинний характер); дане захворювання є спадковим чи набутим.

ІІ. Визначити тип успадкування даної хвороби (ознаки) в родині.

1. Визначити, якими хромосомами (соматичними чи статевими) успадковується ознака. Якщо ознака (хвороба) виявляється і в чоловіків, і в жінок, то вона не є зчепленою зі статтю, а соматична (схема 1,б). Якщо ознака (хвороба) виявляється тільки в однієї статі, то вона є зчепленою зі статтю (схема 1,а).

Ознака, зчеплена зі статтю Ознака, пов’язана із соматичними Схема 1

(статеві хромосоми) хромосомами.

2. Визначити домінантність чи рецесивність ознаки. Якщо ознака (хвороба) виявляється не в кожному поколінні, то вона є рецесивною. Якщо ознака (хвороба) виявляється в кожному поколінні, - то домінантною (схема 2,б)

Рецесивна ознака Домінантна ознака Схема 2

ІІІ. З’ясувати, по якій лінії (батька чи матері) передається захворювання.

ІV. Визначити генотипи пробанда і його подружжя.

V. Визначити ймовірність народження хворих дітей у родині пробанда.

Приклади розв’язування задач:

№1. Пробанд - хлопчик, який добре володіє правою рукою. Брати і сестри його - лівші. Мати пробанда - правша, а батько - лівша. У матері пробанда два брати, один із них - правша, другий - лівша. Бабуся пробанда за материнською лінією - правша, а дід - лівша. Брат матері пробанда (дядько пробанда) - прав­ша, одружився з жінкою-правшою. У них дві дочки лівші.

Складіть родовід сім'ї, визначте характер успадкування ознаки і генотипи всіх членів сім'ї.

Розв'язування

Аутосомно домінантний тип успадкування.

Генотипи: І - 1 - аа ; І - 2 - Аа; II - 1 - аа; II - 2 - Аа; II - 3 - Аа; II - 4 – Аа; ІІ - 5 -аа; III - 1, 2, 4, 5 -аа; III - 3 - Аа.

№2. За даними зібраного у пробанда (III - 6, відмічений стрілкою) анамнезу для сім'ї із спадковим захворюванням складено наведений нижче родовід.

а) Прочитайте родовід, взявши за відправний пункт пробанда. В якій спо­рідненості з пробандом знаходяться його хворі рідні: 1 — 2; II — 5; III — 3; IV — 2?

6) Як спадкується хвороба: домінантно чи рецесивно, зчеплено зі стат- гю чи аутосомно?

Відповідь: а) Хворі: 1-2 дід пробанда з батьківського боку; II - 5 - батько; [II - 3 - сестра; IV - 2 - син пробанда. б) Хвороба спадкується як аутосомно-гюмінантна ознака.

Вправи для самостійного розв’язування:

№1 Для сім'ї із спадковим захворюванням складений родовід, а) Чи Існує спорідненість між II - 2 і II - 4? Між III - 1 і III - 5? Між пробандом і його жінкою? б) Чи спадкується хвороба як домінантна чи рецесивна, аутосомна або зчеплена зі статтю ознака? в) Які члени родоводу, поза сумнівом, гетерозиготні?

№2 Для сім'ї зі спадковим захворюванням складений родовід, а) В якій спорідненості знаходяться хворий III - 3 з хворими II - 7 і III - 8? б) Як спад­кується хвороба? в) Які члени родоводу гетерозиготні?

№3 Пробанд має нормального кольору зуби. В його сестри зуби корич­неві. У матері пробанда зуби коричневі, у батька - нормального забарвлення. Сім сестер матері пробанда з коричневими зубами, а чотири брати - з нормальними. Одна тітка пробанда по лінії матері, яка має коричневі зуби, одружена з чоловіком з нормальними зубами. В них троє дітей: дочка і син з коричневи­ми зубами і дочка з нормальними. Два дядьки пробанда по лінії матері одру­жені на жінках без аномалії в забарвленні зубів. В одного з них два сини дочка, в іншого - дві дочки і син. Всі вони з нормальними зубами. Коричневі зуби мав дід пробанда по лінії матері, а в бабусі по лінії матері були нор­мальні зуби. Двоє братів діда по лінії матері з нормальним забарвленням зубів. Прабабуся (мати діда по лінії матері) і прапрабабуся (мати цієї прабабусі) мали коричневі зуби, а їхні чоловіки були з нормальним забарвленням зубів.

Визначте, які діти можуть бути в пробанда, якщо він вступить у шлюб з жінкою, гетерозиготною за цією ознакою.

№4 У членів однієї сім'ї спостерігається глухонімота. Пробанд - глухоніма дівчинка. Її брат, мати і батько здорові. З боку батька пробанда тітка і дід здорові, а бабуся глухоніма. У матері пробанда є глухонімий брат і здорові брат і сестра. Складіть родовід. Визначте тип успадкування ознаки і генотипи членів родоводу.

№5 Пробанд - чоловік, що страждає природженою катарактою, що була у його матері, а також у дядька і бабусі за материнською лінією. Дід і тітка з боку матері, чоловік тітки і її 3 сини здорові. Батько пробанда, тітка за бать­ківською лінією, а також дід і бабуся з боку батька, жінка пробанда, її сестра, два брати і батьки здорові. Із трьох дітей пробанда два сини здорові, а дочка хворіє природженою катарактою. Складіть родовід і визначте тип успадку­вання цього захворювання.

№6 Пробанд - дівчина, що має нормальну будову пальців. Її мати і батько також з нормальною будовою пальців. У батька пробанда є сестра з брахідактилією і брат з нормальною будовою пальців. Тітка пробанда за лінією батька, що має брахідактилію, в шлюбі з чоловіком без брахідактилії. У їхнього сина брахідактилія. У бабусі пробанда за лінією батька і її сестри - брахідактилія, дід без аномалій. Прабабуся і прадід (батько й мати бабусі пробанда за лінією батька) мають брахідактилію. Прадід був одружений двічі. Його друга жінка без брахі­дактилії. Від другого шлюбу у прадіда було дві дочки без аномалій і чотири сини з брахідактилією. Всі діти прадіда були одружені. їхні чоловіки і жінки без аномалій. У однієї з його дочок народилися дві дівчинки та хлопчик без брахі­дактилії; у іншої дочки - хлопчик без аномалій, у одного сина - дівчинка з брахідактилією, у іншого сина - дочка без аномалій і дві дівчинки - монозиготні близнята з брахідактилією. У двох інших синів народилися здорові сини. Ви­значте ймовірність народження дитини з аномалією в сім'ї пробанда за умови, що вона вступить у шлюб з чоловіком, який має такий самий генотип, що й у неї.

№7 . У людини відсутність потових залоз кодується рецесивним геном. У сім'ї народився син, у якого відсутні потові залози. Батьки дитини, а також бабусі і діди за материнською і батьківською лініями були з нормальною шкірою, але сестра бабусі страж­дала відсутністю потових залоз. Визначте геноти­пи заданих осіб і складіть схему родоводу цього роду. Як успадковується дане захворювання?

№8 У сім'ї здорових батьків хлопчик п'яти років захворів на одну з форм міопатії (захворювання, при якому спостерігається атрофія м'язів). Дядько пробанда за материнською лінією і син тітки за материнською лінією хворі на міопатію. Тітка пробанда за материнською лінією -мати хворої дитини, її чоловік, а також бабуся і дід пробанда за материнською лінією здорові. Складіть родовід сім'ї, визначте тип успадкування

захворю­вання і вкажіть носіїв патологічного гена.

№9 Пробанд - хлопчик з ластовинням. У його брата ластовиння нема Мати і батько пробанда з ластовинням. Батько був одружений двічі. Його друг жінка і троє дітей від другого шлюбу (одна дочка і два сини) без ластовиння. Складіть родовід сім'ї, визначте характер успадкування ознаки і генотипи всіх осіб родоводу.

№ 10 Складіть родовід за даними анамнезу. Пробанд - хвора на шизофренію жінка. її брат і сестра здорові. Батько пробанда здоровий. З боку батька є такі родичі: хворий на шизофренію дядько і дві здорові тітки, одна них має трьох здорових дітей, інша - здорового сина. Дід і бабуся з боку батька здорові. Сестра бабусі хворіла на шизофренію. Мати пробанда, дядько, дід і бабуся з материнського боку здорові. У дядька двоє здорових дітей. Склав­ши родовід, визначте, за якою лінією передається схильність до хвороби?

№ 11 У людини один з видів глухоти успадковується зчепленно із статтю (ген локалізований у Х-хромосомі), а інший - за аутосомно-рецесивним типом Двоє молодих людей з нормальним слухом (наречений і наречена) звернулись генетичну консультацію у зв'язку з проявом у обох сім'ях аномалії слуху. У нареченого були глухими брат, дядько з боку матері і племінник (син сестри), мати батько і сестра здорові. У нареченої були глухими брат і сестра, а батьки її мали нормальний слух. Складіть родовід. Визначте тип успадкування глухоти в кожній сім'ї. Яка ймовірність захворювання майбутніх дітей у сім'ї, що консультувалась?

№ 12 У медико-генетичну консультацію звернулася жінка, хвора мозочковою атаксією. її чоловік здоровий. У них п'ятеро синів і три дочки Один син і одна дочка хворі, усі інші здорові. У пробанда одна здорова сестра і троє хворих братів. Батько пробанда хворий, мати здорова. Яка ймовірність появи хворих дітей у хворої дочки пробанда, якщо вона одружиться зі здоро­вим чоловіком? Складіть родовід сім'ї.

№ 13 Складіть родовід сім'ї, в якій частина членів страждає ангіоматозом сітківки ока (аутосомно-домінантна ознака): чоловік і жінка хворі, але їхні матері були здорові. Визначте фенотипи їхніх батьків. Яка ймовірність народження в цій сім'ї хворих дітей?

№ 14 Пробанд - здорова жінка. її сестра теж здорова, а два брати стражда­ють дальтонізмом. Мати і батько пробанда здорові. Чотири сестри матері пробанда здорові, чоловіки їхні теж здорові. Про двоюрідних сибсів з боку матері про­банда відомо: в одній сім'ї один хворий брат, дві сестри і брат здорові; у двох Інших сім'ях по одному хворому брату і по одній здоровій сестрі; в четвертій сім'ї - одна здорова сестра. Бабуся пробанда з боку матері здорова, дід страждав дальтонізмом. З боку батька пробанда хворих дальтонізмом не спостерігалося. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження в пробанда хворих дальто­нізмом дітей за умови, що вона вийде заміж за здорового чоловіка.

№ 15 Пробанд - нормальна жінка - має п'ять сестер, дві з яких однояйцеві близнята, дві - двояйцеві близнята. Всі сестри мають шість пальців на руках. Мати пробанда нормальна, батько - шестипалий. З боку матері всі предки нормальні. В батька два брати і чотири сестри - всі п'ятипалі. Бабуся за лінією батька шестипала. В неї було дві шестипалі сестри і одна п'ятипа­ла. Дід за лінією батька і всі його родичі нормально п'ятипалі. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження в сім'ї пробанда шестипалих дітей за умови, що вона вийде заміж за нормального чоловіка.

№ 16 Пробанд здоровий. Батько пробанда хворий епідермолізом бу-льозним. Мати і її родичі здорові. Дві сестри пробанда здорові, один брат хво­рий. Три дядьки з боку батька і їхні діти здорові, а три дядьки й одна тітка -хворі. В одного хворого дядька від першого шлюбу є хворий син і здорова дочка, а від другого шлюбу - хворі дочка і син. У другого хворого дядька є дві здорові дочки і хворий син. У третього хворого дядька - два хворих сини і дві хворі дочки. Бабуся по батькові хвора, а дід здоровий, здорові були три сестри і два брати бабусі. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження хворих дітей в сім'ї пробанда за умови, що він вступить у шлюб із здоровою жінкою.

№ 17 Пробанд страждає дефектом нігтів і колінної чашечки, а його брат -нормальний. Цей синдром був у батька пробанда, а мати була здорова. Дід пробанда за лінією батька - з синдромом, а бабуся здорова. Батько пробанда має трьох братів і чотирьох сестер, з них два брати і дві сестри - з синдромом дефекту нігтів і колінної чашечки. Хворий дядько за лінією батька одружений із здоровою жінкою і має двох дочок і сина. Всі вони здорові. Складіть родовід. Визначте вірогідність появи дітей із захворюванням у сім'ї пробанда, якщо його дружина не буде страждати дефектом нігтів і колінної чашечки.

№ 18 Молодята з повноцінно діючою правою рукою. В сім'ї жінки було дві сестри з повноцінно діючою правою рукою і три брати-лівші. Мати жінки - прав­ша, батько - лівша. В батька є сестра і брат - лівші та сестра і два брати - правші. Дід за лінією батька - правша, бабуся - лівша. В матері жінки є два брати і сестра - всі правші. Мати чоловіка - правша, батько - лівша. Бабусі і дідусі з боку матері і батька чоловіка повноцінно володіють правою рукою. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження в цій сім'ї дітей з повноцінно діючою лівою рукою.

№ 19 Розгляньте родовід (схема 3). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?

Схема 3

№ 20 Розгляньте родовід (схема 4). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?

Схема 4

№ 21 Розгляньте родовід (схема 5). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?

Схема 5

№ 22 Розгляньте родовід (схема 6). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?

Схема 6

№ 23 Розгляньте родовід (схема 7). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?

Схема 7

ХІД РОБОТИ:

ВАРІАНТ ________________

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 7

ТЕМА: Розв’язування задач з екології. Складання схем колообігу речовин у екосистемах.

МЕТА: Сформувати вміння розв’язувати задачі з екології. Перевірити вміння застосовувати знання з екології для розв’язування задач. Уточнити і систематизувати знання студентів про кругообіг речовин та перетворення енергії в біосфері. Вчити складати схеми колообігу речовин в екосистемах.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Для постійного існування біосфери, для запобігання припинення розвитку життя на Землі у природі повинні постійно відбуватись безперервні процеси перетворення її живої речовини. Біологічний колообіг - це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері. Причина колообігу - обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів.У біосфері відбувається постійний колообіг активних елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Елементи, які вивільняються мікроорганізмами при гнитті, надходять у грунт і атмосферу, знову включаються в колообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх вивільнення у результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція викликається трьома процесами: обміном речовин в організмах; ростом; розмноженням.

Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав B.I. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають природі все, що взяли у неї протягом життя. В.І.Вернадський підрахував, що за час існування на Землі біосфери було створено 3,5.1019 т біомаси, що майже в 2 рази перевищує масу всієї земної кори, яка становить 2.1019 т. Робота, що виконується живою речовиною, за Вернадським може бути оцінена за формулою Е = PV² / 2, де Р - маса організмів, V - швидкість розтікання біомаси (розмноження організмів).

Жива речовина значно прискорила й змінила колообіги різних речовин - води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо. Сучасний склад атмосфери створений завдяки діяльності живої речовини. Обмін повітря між всіма широтами й півкулями Землі відбувається в середньому за 2 роки. Активно переміщується течіями океанічна вода. Вся прісна вода стікає в океан за 14 діб, у льодовиках вода оновлюється за 15 000 років.

Жива речовина активно регулює геохімічну міграцію атомів. Завдяки йому зберігається стабільність біосфери і здійснюється еволюція як живих організмів, так і всієї біосфери в цілому. Цей особливий вид стану рівноваги, що постійно змінюється, В.І Вернадський називав динамічною рівновагою. Динамічна рівновага характерна не лише для біосфери. В такому стані знаходяться атмосфера, земна кора та мантія.

Для геосфер, не охоплених життям, характерна стійка динамічна рівновага. В біосфері динамічна рівновага не стійка. Це означає, що біосфера розвивається в процесі діяльності, самовдосконалюється, все більш повно, активно і в більшому масштабі накопичує, трансформує енергію, ускладнює свою організацію, збагачується інформацією.

Розрізняють два типи біогенної міграції, перший з них здійснюється мікроорганізмами, а другий - багатоклітинними організмами. Величина міграції першого типу переважає над другим. Людство оволоділо міграцією третього типу, яка іде під впливом його діяльності. Крім того, розрізняють великий (геологічний) та малий (біологічний) колообіги і колообіги різних природних ресурсів (ресурсні цикли). Великий (геологічний) колообіг. Вивержені глибинні породи мантійного походження (базальти) тектонічними процесами виводяться з надр Землі в біосферу. Під впливом сонячної енергії й живої речовини вони вивітрюються, переносяться, відкладаються, перетворюючись різноманітні осадові породи, де запасається сонячна енергія (з вивержених мінералів утворюються глини, а вулканічні гази -СО, NH₃ - переходять у вугілля та нафту).

Потім за рахунок тектонічних рухів осадові породи потрапляють у зони високих тисків та температур (а також радіоактивного розпаду й гравітаційної диференціації) і перетворюються в гранітні породи з більш високим рівнем енергії, ніж у осадових порід. Кристалізовані вивержені породи знову за рахунок висхідних тектонічних рухів потрапляють у біосферу. Таким чином цикл завершується, але вже на новому рівні, бо з вихідних базальтів утворилися вивержені породи гранітного складу.

Малий біологічний колообіг (трансформація) речовин в біосфері. В кожній екосистемі колообіг речовин відбувається в результаті взаємодії автотрофів та гетеротрофів.

Вуглець, водень, кисень, азот, сірка і фосфор та біля 30 простих речовин, що необхідні для утворення живої речовини, безперервно перетворюються в органічні речовини або поглинаються в вигляді неорганічних компонентів автотрофами, а автотрофи використовуються гетеротрофами (спочатку консументами, а потім деструкторами). Таким чином, біогенні елементи безперервно циркулюють: розчиняються в континентальних водах, виносяться в моря або потрапляють в атмосферу, а між цими середовищами відбувається постійний газообмін, тобто відбувається біологічний колообіг атомів. Суть колообігу в тому, що утворення живої речовини і розклад органічної речовини - два боки єдиного процесу. В процесі біологічного колообігу атоми поглинаються живою речовиною і заряджаються енергією, а потім залишають живу речовину, віддаючи енергію в оточуюче середовище. За рахунок біогенної енергії відбувається більшість хімічних реакцій. Біологічні колообіги можуть бути різних масштабів і різної тривалості - від швидкого колообігу в ґрунті, річці, озері до тривалого, який обіймає всю біосферу.

Біологічний колообіг зворотний не повністю, частина речовин постійно виходить з колообігу і осідає в товщині осадових порід у вигляді органогенних вапняків, гумусу, торфу і т.п. В результаті колообігу біосфера (чи інша екосистема) не повертається в початковий стан: для біосфери характерний поступальний рух, тому символом біологічного циклу є не коло, а циклоїд (спіраль) .

Отже, колообіг речовин у природі спрямовується спільною дією як біологічних, так і геохімічних та геофізичних сил.

Вплив антропогенного фактора на колообіг. В порівнянні з тривалістю існування біосфери людина існує надзвичайно короткий час. Проте, за цей короткий проміжок часу колообіг речовин в біосфері змінився радикально. В.І.Вернадський підрахував, що в античні часи люди використовували лише 18 хімічних елементів, у XVIII ст. - 29, у XIХ ст. - 62, а тепер використовуються 89 елементів, що є в земній корі, крім того одержані такі, яких у природі зовсім немає (плутоній, технецій тощо)

Людина небувало прискорила колообіг деяких речовин - родовища заліза, цинку, свинцю інших елементів, які природа накопичувала мільйони років, швидко вичерпуються. Людина швидкими темпами використовує сонячну енергію “минулих біосфер”, накопичену в вугіллі, нафті, природному газі, вона вивільняє енергію, що міститься в урані. Все це збільшує неврівноваженість біосфери. Створюючи водосховища, дістаючи воду з глибинних водоносних горизонтів, людина втручається в колообіг води в природі.

Людині слід чітко уявити, що вони намагаються побудувати для себе та своїх нащадків, бо нічого з того, що робиться з природою, виправити неможливо.

З екологічної точки зору найважливішими є колообіги речовин, які є основними компонентами живої речовини: колообіг кисню; колообіг вуглецю; колообіг води; колообіг азоту; колообіг сірки; колообіг фосфору.

В. І. Вернадський зазначав, що на земній поверхні немає хімічної сили, яка б діяла постійніше, а тому й могутнішої за своїм кінцевим результатом, ніж загалом взяті живі організми. Жива речовина виконує хімічні функції: газову, концентраційну, окисновідновну і біохімічну.

Газову функцію здійснюють зелені рослини, які в процесі фотосинтезу виділяють в атмосферу кисень, рослини і тварини, які під час дихання виділяють вуглекислий газ, а також багато видів бактерій, які відновлюють азот із сполук, сірководень та ін.

Концентраційна функція пов'язана з нагромадженням у живій речовині хімічних елементів (вуглецю, водню, азоту, кисню, кальцію, калію, силіцію, фосфору, магнію, сірки, хлору, натрію, алюмінію, заліза). Окремі види є специфічними концентраторами деяких елементів: багато морських водоростей — йоду, жовтці — літію, ряска — радію, діатомові водорості і злаки — силіцію, молюски і ракоподібні — міді, хребетні — заліза, бактерії — мангану. Окисновідновна функція виявляється в окисненні речовин за участю організмів у грунтах і гідросфері, що супроводжується утворенням солей, оксидів тощо, та відновленні деяких речовин (сірководень, сульфат заліза та ін.). З діяльністю бактерій пов'язане формування вапняків, бокситів, залізних, манганових і мідних руд тощо.Біохімічна функція реалізується в процесі обміну речовин у живих організмах (живлення, дихання, виділення) і руйнування, деструкції відмерлих організмів та продуктів їхньої життєдіяльності. Ці процеси зумовлюють колообіг речовин у природі, біогенну міграцію атомів.

У процесі фотосинтезу рослини засвоюють вуглець, який надходить до листків із повітря у вигляді вуглекислого газу, й утворюють вуглеводи. При цьому відбувається перетворення сонячної енергії на хімічну. В цьому полягає космічна роль зелених рослин. У процесі дихання рослин частина вуглеводів окиснюється і вуглекислий газ виділяється у повітря. Більша частина вуглеводів нагромаджується у рослинах, де утворюються також білки і жири. Рослини поїдаються гетеротрофними організмами, таким чином сполуки, синтезовані рослинами, проходять через низку ланок у ланцюгах живлення. Під час дихання рослин вуглеводи окиснюються. За рахунок вивільнення енергії відбуваються всі життєві процеси, а вуглекислий газ виділяється в повітря.

Відмерлі рослини і тварини розкладаються за участю гнильних бактерій: при цьому також окиснюється вуглець органічних речовин з утворенням CQ2, що надходить у навколишнє середовище. Внаслідок розкладання решток організмів за відсутності кисню, тобто без окиснення (наприклад, на дні водойм), утворюються торф, кам'яне вугілля, нафта, сланці. Людина їх використовує як джерело енергії, а вуглекислий газ також надходить в атмосферу. Так, в одних випадках довге, а в інших — коротке коло замикається і розпочинається новий цикл включення вуглецю в органічні сполуки, що синтезуються рослинами. Кисень атмосфери має біогенне походження. Він постійно надходить в атмосферу внаслідок перебігу процесів фотосинтезу. Вільний кисень в процесі дихання використовується аеробними організмами. Одним із кінцевих продуктів окиснення вуглецю є СО2. В сполуці з вуглецем кисень повертається у зовнішнє середовище, щоб знову надійти у фотосинтезуючі організми. Оскільки вивільнення енергії з органічних і неорганічних сполук супроводжується розщепленням їх у процесі окиснення, то колообіг кисню забезпечує колообіг усіх біогенних елементів. Так створюються колообіг біогенних елементів і потік енергії в межах сукупності організмів. Постійне надходження енергії живить цей циклічний процес і компенсує неминучу втрату енергії із системи у вигляді теплового випромінювання. Внаслідок колообігу речовин у біосфері відбувається безперервна біогенна міграція елементів. Необхідні для життя рослин і тварин хімічні елементи переходять із середовища в організм. Під час руйнування організмів ці елементи знову повертаються в середовище, звідки надходять в організм або відкладаються у вигляді біогенних геологічних порід (тобто колообіг речовин у природі замкнений не повністю).

У біогенній міграції елементів беруть участь різні організми, в тому числі й людина. В зв'язку з цим міграцію біогенних елементів поділяють на три типи: перший (найпотужніший) здійснюють мікроорганізми, другий — багатоклітинні організми, третій — людина, що оволоділа різними формами енергії (механічною, електричною, атомною) і тим самим сприяла значній зміні біогенної міграції елементів. В. І. Вернадський зазначав, що біогенна міграція зумовлена трьома процесами життєдіяльності: обміном речовин в організмах, ростом і розмноженням їх. Із неживої природи атоми біогенних елементів насамперед вбираються рослинами, а від них по ланцюгах живлення переходять до тварин і людини.

Біогеохімічні процеси в біосфері пов'язані з діяльністю людини. З появою людини біосфера набула нової якості. Діяльність людини — потужний екологічний фактор. У сучасний період існування нашої планети найбільші перетворення в біосфері здійснює саме людина. Розорювання значних територій, створення великих населених пунктів і промислових підприємств, добування корисних копалин, спорудження каналів, водосховищ, зміна русел річок, насаджування лісів — всі ці дії людини значно змінюють природу. Діяльність людини відбивається на зміні клімату, рельєфу місцевості, видового і чисельного складу флори і фауни. Використання атомної енергії спричинило нагромадження радіоактивних речовин в атмосфері і Світовому океані.

Видобутком із надр і спалюванням вугілля, нафти, газу, видобуванням руди і виплавлянням чистих металів, створюванням сплавів і синтетичних речовин, яких не існувало в природі, і нових хімічних елементів, розсіюванням, нарешті, продуктів своєї діяльності людина значно посилила біогенну міграцію елементів.

Організми, які входять до складу біогеоценозу, утворюють в ньому складний взаємопов’язаний комплекс. Одним із факторів, що об’єднує живе населення біогеоценозу в єдине ціле, виступають харчові зв’язки організмів. Завдяки харчовим зв’язкам у біогеоценозі здійснюється трансформація біогенних речовин, акумуляція енергії та її розподіл між видами (популяціями). Чим багатший видовий склад біогеоценозу, тим різноманітніші напрями і швидкість потоку речовин і енергії всередині нього. Канали, яким через угруповання тече постійний потік енергії, називають ланцюгами живлення. Вони прямо чи опосередковано об’єднують всі організми в єдиний комплекс. Виявити окремі харчові ланцюги в біогеоценозі можна шляхом спостереження за живленням або шляхом визначення складу харчової маси, що міститься в кишківнику та шлунку впійманих тварин. Прослідкувати ланцюг живлення можна також методом «мічених атомів».

Першою ланкою в ланцюгу живлення зазвичай є рослини. Друга ланка – рослиноїдні види, а до них відповідно мають відношення паразити та хижаки. Вони теж можуть мати своїх паразитів та хижаків.

Ланцюги живлення можуть розвиватися на основі хижацтва, паразитування або розкладання органічних сполук мертвих тіл. В зв’язку з цим бувають ланцюги виїдання (хвоя сосни – сосновий шовкопряд – велика синиця – яструб – пухоїд) і ланцюги розкладання (кормові виділення зелених рослин – бактерії, що живляться ними).

Довжина ланцюгів живлення зазвичай невелика: в окремих випадках, якщо не рахувати некрофагів і сапрофагів, у нього входить лише дві ланки (конюшина і паразитуюча на ній повитиця). В деяких випадках ланцюг живлення може містити 4 – 5 і навіть 6 – 7 ланок (включаючи над паразитів). Проте кількість ланок в ланцюзі живлення обмежується правилом піраміди чисел: загальна кількість біомаси кожної наступної ланки в ланцюзі живлення зменшується. Доведено, що лише 1/10 речовин та енергії іде на побудову біомаси кожної наступної ланки, а решта її втрачається: розсіюється на теплове випромінювання, запасається у вигляді гумусу і органічних решток, донних відкладень водойм тощо. Однак біомаса, яка випала з якоїсь ланки одного ланцюга живлення, стає основою для інших ланцюгів.

Правило піраміди в екології поширюється на масу, енергію та чисельність видів чи представників окремих видів. Тому виділяють відповідно піраміди біомаси, енергії та чисел.

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

Задача 1. Користуючись правилом екологічної піраміди визначити, яка площа (в га) біоценозу може прогодувати одну особину останньої ланки в ланцюгу живлення: - планктон-риба-тюлень (300 кг); - планктон-нехижі риби-щука (10 кг). Суха біомаса планктону з 1кв.м становить 600 г за рік. Із вказаної у дужках маси 60% становить вода.

1). Визначаємо суху масу тюленя:

300 кг --- 100%

х кг ---- 40%

х = 120 кг

2). На підставі правила екологічної піраміди визначаємо, скільки потрібно планктону:

планктон – риб – тюлень

12000кг – 1200кг – 12кг

3). Визначаємо площу даного біоценозу, якщо відомо, що суха біомаса планктону з 1 кв.м становить 600 г.

Отже, 1 кв.м ----0,6 кг

х кв.м ---- 1200 кг

х = 20000 кв.м = 2 га

Відповідь: необхідно 2 га планктону.

Задача 2. Поясніть, чому ланцюг живлення має не більше 4 – 5 ланок.

У ланцюгу живлення при перенесенні речовини і енергії від однієї ланки до наступної більша частина (близько 90%) втрачається, тому кількість ланок (видів) рідко буває більшою, ніж 4 – 5. Чим довший ланцюг, тим менша продуктивність його останньої ланки відносно початкової.

Задача 3. З якою ефективністю використовує кукурудза енергію сонячного проміння, якщо 1 га кукурудзяного поля отримує протягом дня 210 000 кДж енергії, а за добу у вигляді приросту сухої речовини накопичується 4830 кДж енергії? Як використовується решта енергії?

Ефективність використання сонячної енергії кукурудзою можна встановити з пропорції:

210 000 кДж – 100%,

4830 кДж – х,

х = = 2,3%.

Відповідь: кукурудза накопичує лише 2,3% енергії сонячного проміння, решта енергії розсіюється, забезпечує теплове випромінювання та транспірацію.

Задача 4. Маса сіна з 1 га становить 200 г, а з вико-вівсяного поля – 500 г. За правилом екологічної піраміди визначте, яка площа лугу чи вико-вівсяного поля потрібна, щоб прогодувати протягом року людину масою 52 кг, 63%з яких складає вода, якщо ланцюг живлення має вигляд: сіно – корова – людина?

По-перше, встановимо масу сухої речовини в тілі людини:

52 кг – 100%,

х – 63%,

х = = 32,76, m(сухої речовини) = 52 – 32,76 = 19,24 кг.

По-друге, складемо ланцюг живлення:

трава (сіно) – корова – людина

1924 кг – 192,4 кг – 19,24 кг

По-третє, встановимо площу лугу або поля:

S(лугу) = = 9620 м² = 0,96 га

S(поля) = = 3848 м² = 0,38 га.

Задача 5. Протягом вегетаційного періоду 1 га кукурудзяного поля поглинає 76 650 000 кДж енергії, з яких лише 2,3% акумулюється у вигляді приросту простої речовини. Яка площа такого поля потрібна, щоб прогодувати протягом року одну людину, якщо добова потреба людини в енергії 5 000 кДж?

1) Яка кількість енергії необхідна людини протягом звичайного року?

365 · 5 000 = 1 825 000 кДж.

2) Яка кількість енергії акумулювалася в сухій речовині кукурудзи?

76 650 000 кДж – 100%,

х – 2,3%,

х = = 1 762 950 кДж.

3) Який ланцюг живлення?

кукурудза – корова – людина

185 200 000 кДж – 18 520 000 кДж – 1 852 000 кДж

4) Яка площа кукурудзяного поля?

S(поля) = = 103,5 га.

Відповідь: потрібно 103,5 га поля.

ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗУВАННЯ:

Задача 1. За правилом екологічної піраміди визначити, яка площа відповідного біогеоценозу необхідна, щоб з неї могла прогодуватися одна особина останньої ланки в ланцюзі живлення:

а) планктон – синій кит (жива маса 100 т);

б) планктон – риба – тюлень (300 кг);

в) планктон – нехижі риби – щука (10 кг);

г) планктон – риба – тюлень – білий ведмідь (500 кг);

д) планктон – риба – рибоїдні птахи – орлан-білохвіст (5 кг);

е) рослини – заєць – лисиця – вовк (50 кг);

є) рослини – безхребетні тварини – короп (3 кг).

Із вказаної в дужках маси 60% становить вода. Біопродуктивність 1 м² відповідного біогеоценозу: планктон – 600г сухої маси, рослинність наземна – 200г, донна рослинність – 1000г.

Задача 2. Яка площа водойми у га може прогодувати білого пелікана масою 10 кг з масовою часткою води у тілі 60% у ланцюгу живлення планктон – риба – пелікан? Біопродуктивність 1 м² водойми складає 600 г органіки (сухої речовини).

Задача 3. Встановіть продуктивність біогеоценозу (кг/га і кДж/га), якщо 1 м² його дає у переахунку на суху масу 443 г культурних рослин, 456 г бур’янів і 231 г безхребетних тварин. Енергетичні показники біогеоценозу: 1 г сухої рослинної речовини акумулює в середньому 20 кДж енергії, 1 г тваринної – 21 кДж енергії.

Задача 4. Маса сіна з 1 га луки складає 200 г, з вико-вівсяного поля – 500 г. За правилом екологічної піраміди встановіть, яка площа луки чи вико-вівсяного поля треба, щоб прогодувати протягом року людину масою 54 кг (масова частка води в тілі 63%). Ланцюг живлення: трава – корова – людина.

Задача 5. Скільки потрібно фітопланктону, щоб у Чорному морі виріс дельфін білобочка масою 300 кг. Біопродуктивність 1 м² водного біогеоценозу з планктоном – 600г сухої маси, масова частка води у тілі дельфіна – 60%.

Задача 6. Користуючись правилом екологічної піраміди, визначити, скільки га лугів потрібно, щоб прохарчувати людину масою 58 кг (із них 66% становить вода). Суха біомаса трави з 1 кв.м становить 200 г на рік. Ланцюг живлення: сіно – корова – людина.

Задача 7. Яка площа акваторії моря потрібна для прогодування чайки, маса тіла якої 1 кг, масова частка води 60%, у ланцюзі живлення: фітопланктон – риба – чайка? Продуктивність фітопланктону – 500 г сухої речовини на1 м².

Задача 8. Біомаса планктону складає 400 г з 1м². За правилом екологічної піраміди встановіть площу відповідного біогеоценозу, в якому може вирости і прогодуватися пара судаків масою 4 кг кожен (масова частка води в тілі 60%). Ланцюг живлення: планктон – рослиноїдні риби – судак.

Задача 9. У савані біомаса рослинності складає 750 г на 1 м², з них вода складає 70%. Встановіть площу савани, яка може прогодувати лева масою 250 кг (масова частка води в тілі 70%) у ланцюзі: трава – парнокопитні – лев.

Задача 10. Біомаса планктону – 400 г/м². Визначте площу акваторії, в якій може прогодуватися морський леопард масою 300 кг (масова частка води в тілі 60%) у ланцюзі живлення: планктон – риби – пінгвіни – морський леопард.

Задача 11. У 5 · 10⁶ м³ відкритого океану протягом року розвивається 200т фітопланктону і зоопланктону. Чи достатньо цього об’єму води для існування одного кита-горбача, якщо приріст ваги його тіла за цей час складає 2 т?

Задача 12. Середня маса однорічної рудої лисиці складає 20,5 кг. Припустимо, що у віці 1 місяць при масі тіла 500 г вона перейшла на харчування виключно куріпками (маса тіла 800 г). Яку кількість куріпок вона має з’їсти, щоб досягти маси однорічної лисиці.

Задача 13. Середня маса однорічної рудої лисиці складає 20,5 кг. Припустимо, що у віці 1 місяць при масі тіла 500 г вона перейшла на харчування виключно куріпками (маса тіла 800 г). Яка площа лісостепу потрібна для того, щоб забезпечити лисицю харчуванням, якщо продуктивність рослинної біомаси становить 2т/га за рік?

Задача 14. Чорні стрижі живляться виключно рослиноїдними комахами. Кожен із дорослих стрижів має масу 55 г. Пташеня при вилупленні із яйця має масу тіла 5 г. Пара стрижів вигодовує трьох пташенят протягом 60 днів, при чому масова частка рослиноїдних комах становить в їх раціоні 75%. За правилом екологічної піраміди встановіть, яка маса рослин стала базою для харчування цих пташенят?

Задача 15. Середня маса маляти хохулі становить 10 г, дорослої особини – 460 г. Цієї ваги хохуля досягає у віці 6 місяців. Харчова база хохуль – водяні безхребетні (80%) і рослини (20%). Річний приріст рослинної маси в заплаві річки складає 2 т/га. Яку площу заплави потрібно для досягнення хохулею дорослого віку?

ХІД РОБОТИ:

ВАРІАНТ ________________

ВИСНОВОК: У висновку дайте відповіді на питання:

1. Що називають біологічним коло обігом речовин?

2. Які причини його викликають?

3. В чому сутність хімічних функцій живої речовини ?

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 8

ТЕМА: Порівняння поновлюваних та не поновлюваних ресурсів біосфери.

МЕТА: Закріпити знання про природні ресурси, основні ознаки, за якими їх характеризують. Скласти порівняльну характеристику різних видів природних ресурсів.

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Природними ресурсами називають компоненти та сили природи, що використовуються або можуть бути використані як засоби виробництва та предмети споживання для задоволення матеріальних і духовних потреб суспільства, підвищення якості життя людей.

Існують різні підходи до класифікації природних ресурсів. В основі природних класифікацій знаходяться відмінності природних ресурсів за генезисом і належністю до тих чи інших компонентів і сил природи. Оскільки природні ресурси – це природні тіла, компоненти географічної оболонки Землі, то вони мають природну класифікацію. Тому, виходячи з належності до природних систем і розміщення, природні ресурси поділяють на такі групи:

• за належністю до природних систем: космічні (проміння, метеорити), планетарні (геліоенергія, енергія гравітації), ресурси Землі (атмосфера, гідросфера, літосфера);

• за відношенням до природних систем: елементи природних систем (мінерали, ґрунти, види флори та фауни) та результати їх функціонування (приріст біологічної маси, зростання родючості ґрунтів тощо);

• за видом і тривалістю кругообігу: ті, що перебувають у довготривалому кругообігу (космічному, геологічному), і ті, що перебувають у короткотривалому (наприклад, біологічний кругообіг води);

• за характером розміщення на поверхні землі: відносно рівномірно розподілені (атмосфера, біосфера) та розосереджені (гідросфера, літосфера, їх окремі компоненти);

• за можливістю переміщення по території: ті, що переміщуються природно (повітряні маси, вода, тварини), і ті, що не переміщуються (рослини);

• за видами: мінеральні, кліматичні, водні, земельні лісові, рекреаційні тощо.

Природна класифікація не показує місця тієї чи іншої групи природних ресурсів в процесі суспільного відтворення. Довгий час природні ресурси вивчалися лише переважно природничими науками, тому їх класифікація була заснована на таких критеріях, як форма природних речовин, їх розміщення, ступінь вивченості тощо. Тільки в силу порушення екологічної рівноваги вони стали об’єктом вивчення економіки, у зв’язку з чим з’явилася потреба у класифікації природних ресурсів і за критерієм господарського використання. За цією ознакою їх ділять на такі групи:

• за територіальною належністю: світові або глобальні та національні, тобто пов’язані з певною територією;

• за вичерпністю: вичерпні і невичерпні.

Вичерпні природні ресурси – це ті, які при їх видобутку та використанні не відтворюються природою або відтворюються значно повільніше, ніж використовуються. Вони в свою чергу діляться на відновні і невідновні (відтворювані і не відтворювані). До не відтворюваних належать, наприклад, багатства надр. Їх використання можливе лише раз, і воно неминуче призводить до виснаження їх запасів. Поповнення цих запасів неможливе, оскільки відсутні умови, в яких вони виникали мільйони років, або може відбуватися, але надто повільно.

Природні ресурси, існування яких не обмежене часом, називають невичерпними. При будь-якій інтенсивності їх споживання їх кількість не вичерпується, або зменшується так повільно, що цією величиною на практиці нехтують. До них можна віднести енергію Сонця, вітру, припливів та відпливів, вітрових хвиль, течії річок тощо.

Таким чином, за цією ознакою природні ресурси можна поділити на групи:

невичерпні	вичерпні
	відновні	невідновні
		мінеральні
енергія Сон-ця, енергія вітру, при-пливів і від-пливів, вітро-ві хвилі, те-чія річок тощо	чисте повітря чиста прісна вода, родючі ґрунти, флора, фауна тощо	паливні	рудні	нерудні

• за напрямом використання: паливно-енергетичні, мінерально-сировинні, продовольчі тощо;

• за рівнем вивченості: прогнозовані, виявлені, детально вивчені;

• за можливістю використання: недоступні, резервні, можливі для використання, ті, що використовуються;

• за характером використання: одноцільового (мінеральні) та багатоцільового (лісові, водні, земельні);

• за впливом на них виробництва: зазнають значного шкідливого впливу (біологічні), зазнають незначного впливу (поверхня літосфери), не зазнають впливу (глибинні шари літосфери).

У господарському відношенні можливі для експлуатації природні ресурси можна поділити на такі групи: зовнішні (енергія Сонця, гравітація), поверхні Землі (бувають фізичні та біологічні), земних глибин.

За цільовим призначенням ресурси ділять на матеріальні, пізнавальні, естетичні, рекреаційні тощо.

За рівнем значимості для людини їх ділять на вкрай необхідні (повітря, вода, їжа) і відносно байдужі.