Розв’язування елементарних вправ та типових задач з молекулярної біології

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.

 

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