238. Властивості екосистем: стійкість, саморегуляція, біорізноманіття.
Матеріал
Урок №238. Властивості екосистем: стійкість, саморегуляція, біорізноманіття.

Місце уроку в темі:
- Розуміє, що таке стійкість екосистеми та як вона пов’язана з біорізноманіттям;
- Пояснює поняття саморегуляції;
- Наводить приклади порушення рівноваги в екосистемі та її наслідки.
Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку опрацьовуємо на уроці:
- ЦСР 13: Пом’якшення наслідків зміни клімату
- ЦСР 15: Збереження екосистем суші
- ЦСР 12: Раціональне використання ресурсів
Ключові слова: стійкість екосистем, саморегуляція, біорізноманіття, екологічна рівновага, гомеостаз, резистентність, резільєнтність, трофічні мережі, ключові види.
План уроку:
- Мотивація
- Теоретичний блок
- Життєва ситуація
- Попрактикуй самостійно
- Рефлексія
Очікувані результати для учнівства:
Очікувані результати для вчителя:
Уяви екосистему як оркестр:
- Біорізноманіття — це різні музиканти й інструменти.
- Ключовий вид — диригент.
- Саморегуляція — вміння грати в ритмі, коригуючи темп і гучність.
- Стійкість — це можливість зіграти гармонійно навіть тоді, коли один музикант захворів або струна порвалась

- Чому деякі ліси швидко відновлюються після пожеж, а інші — ні?
- Що відбувається з екосистемою, коли з неї зникає один вид тварин?
- Чому зникнення одного виду тварин може призвести до краху всієї екосистеми?
- Чому одні екосистеми процвітають, а інші зникають?
Перегляньте фото двох екосистем: один з високим біорізноманіттям, інший — монокультурна плантація. Яка з них буде більш стійка до несприятливих факторів і чому.


Історія про вовків у Йеллоустонському національному парку:
У 1995 році до парку повернули вовків після 70-річної відсутності.
Це призвело до каскадних змін: зменшилася популяція оленів, відновилася рослинність вздовж річок, повернулися бобри, змінилися русла річок.
Як 14 вовків змінили русло річок та що із ними сталося зараз?
Дрібниця яка змінила їх життя.@bio_UA
Відео
Приклад наново повернутих бобрів в Альберті (Канада):
після практично повного зникнення бобрових популяцій у XIX ст., їх повторне повернення у 1954 році призвело до 9‑кратного збільшення площ відкритої води за період 1948–2002 рр.
У роки посухи — на 60 % більшої водної площі, ніж раніше, що безпосередньо впливало на зволоження місцевості і підтримку лісів та луків
Why is biodiversity so important? – Kim Preshoff
Відео
Екосистема — це система, в якій всі живі організми (біотичний компонент) взаємодіють між собою і з неживим середовищем (абіотичний компонент). Важливо, що вона функціонує як єдине ціле.
Біорізноманіття — основа стабільності
Біорізноманіття — це різноманіття видів, форм життя, генів та екосистем.
Чим вища біорізноманітність, тим більше ролей виконують різні види → екосистема краще витримує стрес.
Уяви футбольну команду: якщо багато гравців вміють грати на кількох позиціях — травма одного гравця не зруйнує команду. Так і з видами.
Стійкість екосистеми — це її здатність зберігати структуру і функції під дією зовнішніх змін (наприклад, пожеж, посухи, появи хижаків).
Існують два типи стійкості:
- Резистентність — здатність не змінюватися при стресі.
- Резилієнтність (пружність) — здатність швидко відновлюватися після змін.
Приклад: Степ може вигоріти, але відновитися за рік — це резилієнтність. А хвойний ліс може не змінюватися багато років — резистентність.
Принципи стійкості:
1. Принцип надмірності — наявність дублюючих функцій
Екосистема: Ліс.
Приклад: У лісі є кілька видів комах-запилювачів (бджоли, джмелі, метелики), які виконують функцію запилення рослин. Якщо один вид (наприклад, бджоли) зменшується в чисельності через хворобу, інші запилювачі (джмелі чи метелики) продовжують виконувати цю функцію, підтримуючи репродукцію рослин. Це забезпечує стійкість екосистеми, адже втрата одного виду не призводить до повного порушення процесу запилення.
2. Принцип взаємозамінності — різні види можуть виконувати схожі функції
Екосистема: Савана.
Приклад: У савані травоїдні тварини, такі як зебри, антилопи гну та газелі, споживають траву, контролюючи її ріст. Хоча ці види мають різні стратегії харчування (зебри їдять грубіші трави, антилопи — ніжніші), вони можуть частково заміщувати один одного в разі зменшення популяції одного з видів. Це дозволяє екосистемі підтримувати баланс між рослинністю та травоїдами.

3. Принцип зв’язності — міцні трофічні та просторові зв’язки
Екосистема: Кораловий риф.
Приклад: У кораловому рифі риби-чистильники (наприклад, губани-чистильники) видаляють паразитів з більших риб, таких як барракуди чи мурени, отримуючи їжу, а більші риби — очищення. Просторово ці зв’язки міцні, оскільки риби-чистильники створюють «станції очищення», куди регулярно припливають інші види. Трофічні зв’язки (харчові) та просторові (специфічні місця взаємодії) забезпечують стабільність екосистеми, адже втрата таких зв’язків може порушити баланс і викликати каскадний ефект (наприклад, зростання паразитів).

WWF про біорізноманіття
Саморегуляція — це здатність екосистеми підтримувати рівновагу завдяки зворотним зв’язкам між компонентами.
Наприклад:
- Якщо в екосистемі багато травоїдних — знижується кількість рослин.
- Менше їжі → менше травоїдних → рослини знову ростуть.

Механізми саморегуляції:
У екосистемах діють механізми саморегуляції, їх класифікують:
- Позитивні зворотні зв’язки – можуть призводити до дестабілізації
- Негативні зворотні зв’язки – стабілізують систему
- Буферні властивості середовища – «глушать» зміни
- Компенсаційні механізми – відновлюють баланс після змін
Ключовий вид — це не обов’язково найчисельніший, але він критично важливий для структури та функціонування екосистеми.
Приклад:
- Морська видра — їсть морських їжаків.
- Без видр їжаки розмножуються неконтрольовано і знищують водорості.
- Це руйнує всю харчову мережу.
Характеристики ключових видів:
- Мають диспропорційно великий вплив на структуру та функції екосистеми
- Їх зникнення призводить до каскадних змін
- Часто контролюють чисельність інших видів
- Підтримують біорізноманіття
Типи ключових видів:
- Хижаки-регулятори (вовки, акули)
- Контролюють чисельність жертв
- Запобігають надмірному випасу
- Інженери екосистем (бобри, коралові поліпи)
- Змінюють фізичне середовище
- Створюють нові місцеперебування
- Мутуалісти (опилювачі, поширювачі насіння)
- Забезпечують критично важливі послуги
- Підтримують відтворення рослин
- Домінанти (великі дерева в лісі)
- Визначають структуру спільноти
- Створюють мікроклімат
Приклади ключових видів:
- Морська зірка Pisaster — контролює популяції молюсків
- Слони — “садівники саван”, поширюють насіння
- Бджоли — опилюють до 30% сільськогосподарських культур
- Боби — інженери водно-болотних угідь
- Зникнення інших видів через втрату місцеперебувань
- Порушення кругообігу речовин
- Зміна фізико-хімічних умов
- Втрата стійкості екосистеми
Історичні приклади:
- Зникнення вовків у Йеллоустоні (1926-1995) → надмірне розмноження оленів → деградація лісів
- Винищення акул → зростання популяції скатів → зменшення молюсків → деградація морських трав
- Зменшення чисельності хижих птахів → розмноження гризунів → втрати сільського господарства
Ситуація:
Ви — дослідники дикої природи. Ви спостерігаєте за популяціями зайців (Lepus americanus, жертвa) і рисей (Felis canadensis, хижак) у природному заповіднику протягом 20 років.
Перед вами — графік динаміки їх чисельності.

На графіку обери три моменти:
- Пік чисельності жертв
- Пік чисельності хижаків
- Мінімум чисельності жертв
Запиши приблизний рік кожної події та поясни, чому вони трапляються саме в такій послідовності.
Намалюйте власний варіант хід графіка у разі:
- Вимирання хижаків
- Різкого збільшення кількості їжі для жертв
- Переміщення частини популяції хижаків в іншу місцевість
Ситуація для аналізу.
В озері неподалік від рибальського селища виловили майже всіх хижих риб.
Через кілька років водойма перетворилася на заболочену каламуть.
Зникли не тільки риби, а й інші тварини.
Завдання:
- Визначити: що змінилося?
- Що призвело до порушення саморегуляції?
- Як можна було уникнути цього?
Практична робота: “Симуляція екосистеми: аналіз стійкості та саморегуляції”
https://phet.colorado.edu/sims/html/natural-selection/latest/natural-selection_all.html?locale=uk

Що включає дослідження системи за моделлю:
- Що буде за відсутності одного з фондів (їжі, хижаків, жертв)?
- У яких межах можуть змінюватися константи (аналіз самої моделі)?
- За яких умов система вийде за межі стабільного стану (краш-тест)?
- За яких умов обраний показник буде найбільшим/найменшим (оптимізація)?
як досягти найбільшої стабільної популяції зайців?
Визнач за фрагментами тексту, який тип саморегуляції в екосистемах вони демострують (негативний зворотній звязок, позитивний зворотній зв’язок, буферна властивість середовища, компенсаторний механізм):
- Збільшення кількості зайців у лісі призводить до зростання популяції хижаків, наприклад, лисиць. Згодом лисиці скорочують кількість зайців, і популяція лисиць теж зменшується.
- Масове вирубування дерев у дощовому лісі призводить до зменшення випаровування вологи, що зменшує опади, що своєю чергою ще більше погіршує умови для росту дерев.
- У ставку влітку підвищується температура води, але завдяки великій тепловій ємності води температура зростає повільно і не перевищує меж, критичних для живих організмів.
- Після лісової пожежі поступово зростають трави, чагарники, а потім і дерева, які відновлюють зруйновану екосистему.
- Коли популяція комах-запилювачів скорочується, деякі рослини починають утворювати більше квітів або адаптуються до інших запилювачів.
- Зростання чисельності фітопланктону в морі призводить до зменшення прозорості води, що обмежує світло для глибоководних водоростей, і стримує подальше зростання фітопланктону.
- Танення льодовиків в арктичних районах зменшує відбиття сонячного світла (альбедо), що призводить до ще більшого нагрівання поверхні та пришвидшення танення.
- Забруднення ґрунтів кислотними дощами частково нейтралізується мінералами ґрунту, які зв’язують кислоти і не дають одразу змінити pH середовища.
Додатково:
- Що б сталося, якби механізм не спрацював?
- Зробіть візуалізацію: побудуйте стрілкові схеми з причиново-наслідковими зв’язками.
Робота з графіками, що ілюструють типи саморегуляції:

- Опиши, як змінюється показник з часом.
- Що означають коливання навколо певного рівня?
- Наведи приклад негативного зворотного зв’язку в екосистемі (наприклад, хижацтво).
- Як цей механізм сприяє стійкості?

- Як змінюється показник з часом? Що ти помічаєш?
- Уяви, що це чисельність виду, який втратив хижака. Які наслідки це може мати для екосистеми?
- Чи є такі приклади в реальності? Згадай випадок з Йеллоустоном або зниження чисельності акул.
- Чому цей механізм може бути небезпечним?

- Що показує цей графік? Як зміни в системі поступово сповільнюються?
- Уяви, що це температура у водоймі. Як буферні властивості води впливають на життя у ній?
- Наведи інші приклади буферних властивостей у природі (ґрунт, ліс тощо).
- Чому буферність важлива для виживання організмів?

- Який «збій» видно на графіку, і як система на нього реагує?
- Наведи приклад з природи, коли після різкого зменшення виду, екосистема поступово відновлюється.
- Чим компенсаторні механізми відрізняються від буферних?
- Які фактори можуть заважати відновленню?
Уяви, що ти еколог.
За яким із чотирьох графіків ти би сказав, що екосистема:
– найбільш стабільна?
– на межі втрати рівноваги?
– має потужний захист?
– пережила стрес, але має потенціал для відновлення?
- Як пов’язані між собою стійкість екосистем та біорізноманіття?
- Чому важливо зберігати всі види, навіть ті, які здаються “непотрібними”?
- Які приклади порушення саморегуляції ти можеш навести з власного досвіду?
- Як людина може сприяти збереженню стійкості природних систем?
- Вивчіть біорізноманіття шкільного подвір’я та оцініть його стійкість
- Створіть фотозвіт про біорізноманіття району, в якому розташована ваша школа/дім
Урок №238. Властивості екосистем: стійкість, саморегуляція, біорізноманіття.
Місце уроку в темі:
- Розуміє, що таке стійкість екосистеми та як вона пов’язана з біорізноманіттям;
- Пояснює поняття саморегуляції;
- Наводить приклади порушення рівноваги в екосистемі та її наслідки.
Цілі сталого розвитку:

Які цілі сталого розвитку опрацьовуємо на уроці:
- ЦСР 13: Пом’якшення наслідків зміни клімату
- ЦСР 15: Збереження екосистем суші
- ЦСР 12: Раціональне використання ресурсів
Ключові слова: стійкість екосистем, саморегуляція, біорізноманіття, екологічна рівновага, гомеостаз, резистентність, резільєнтність, трофічні мережі, ключові види.
План уроку:
- Мотивація
- Теоретичний блок
- Життєва ситуація
- Попрактикуй самостійно
- Рефлексія
Очікувані результати для учнівства:
Уяви екосистему як оркестр:
- Біорізноманіття — це різні музиканти й інструменти.
- Ключовий вид — диригент.
- Саморегуляція — вміння грати в ритмі, коригуючи темп і гучність.
- Стійкість — це можливість зіграти гармонійно навіть тоді, коли один музикант захворів або струна порвалась

- Чому деякі ліси швидко відновлюються після пожеж, а інші — ні?
- Що відбувається з екосистемою, коли з неї зникає один вид тварин?
- Чому зникнення одного виду тварин може призвести до краху всієї екосистеми?
- Чому одні екосистеми процвітають, а інші зникають?
Перегляньте фото двох екосистем: один з високим біорізноманіттям, інший — монокультурна плантація. Яка з них буде більш стійка до несприятливих факторів і чому.


Історія про вовків у Йеллоустонському національному парку:
У 1995 році до парку повернули вовків після 70-річної відсутності.
Це призвело до каскадних змін: зменшилася популяція оленів, відновилася рослинність вздовж річок, повернулися бобри, змінилися русла річок.
Як 14 вовків змінили русло річок та що із ними сталося зараз?
Дрібниця яка змінила їх життя.@bio_UA
Відео
Приклад наново повернутих бобрів в Альберті (Канада):
після практично повного зникнення бобрових популяцій у XIX ст., їх повторне повернення у 1954 році призвело до 9‑кратного збільшення площ відкритої води за період 1948–2002 рр.
У роки посухи — на 60 % більшої водної площі, ніж раніше, що безпосередньо впливало на зволоження місцевості і підтримку лісів та луків
Why is biodiversity so important? – Kim Preshoff
Відео
Екосистема — це система, в якій всі живі організми (біотичний компонент) взаємодіють між собою і з неживим середовищем (абіотичний компонент). Важливо, що вона функціонує як єдине ціле.
Біорізноманіття — основа стабільності
Біорізноманіття — це різноманіття видів, форм життя, генів та екосистем.
Чим вища біорізноманітність, тим більше ролей виконують різні види → екосистема краще витримує стрес.
Уяви футбольну команду: якщо багато гравців вміють грати на кількох позиціях — травма одного гравця не зруйнує команду. Так і з видами.
Стійкість екосистеми — це її здатність зберігати структуру і функції під дією зовнішніх змін (наприклад, пожеж, посухи, появи хижаків).
Існують два типи стійкості:
- Резистентність — здатність не змінюватися при стресі.
- Резилієнтність (пружність) — здатність швидко відновлюватися після змін.
Приклад: Степ може вигоріти, але відновитися за рік — це резилієнтність.
А хвойний ліс може не змінюватися багато років — резистентність.
Принципи стійкості:
1. Принцип надмірності — наявність дублюючих функцій
Екосистема: Ліс.
Приклад: У лісі є кілька видів комах-запилювачів (бджоли, джмелі, метелики), які виконують функцію запилення рослин. Якщо один вид (наприклад, бджоли) зменшується в чисельності через хворобу, інші запилювачі (джмелі чи метелики) продовжують виконувати цю функцію, підтримуючи репродукцію рослин. Це забезпечує стійкість екосистеми, адже втрата одного виду не призводить до повного порушення процесу запилення.
2. Принцип взаємозамінності — різні види можуть виконувати схожі функції
Екосистема: Савана.
Приклад: У савані травоїдні тварини, такі як зебри, антилопи гну та газелі, споживають траву, контролюючи її ріст. Хоча ці види мають різні стратегії харчування (зебри їдять грубіші трави, антилопи — ніжніші), вони можуть частково заміщувати один одного в разі зменшення популяції одного з видів. Це дозволяє екосистемі підтримувати баланс між рослинністю та травоїдами.

3. Принцип зв’язності — міцні трофічні та просторові зв’язки
Екосистема: Кораловий риф.
Приклад: У кораловому рифі риби-чистильники (наприклад, губани-чистильники) видаляють паразитів з більших риб, таких як барракуди чи мурени, отримуючи їжу, а більші риби — очищення. Просторово ці зв’язки міцні, оскільки риби-чистильники створюють «станції очищення», куди регулярно припливають інші види. Трофічні зв’язки (харчові) та просторові (специфічні місця взаємодії) забезпечують стабільність екосистеми, адже втрата таких зв’язків може порушити баланс і викликати каскадний ефект (наприклад, зростання паразитів).

WWF про біорізноманіття
Саморегуляція — це здатність екосистеми підтримувати рівновагу завдяки зворотним зв’язкам між компонентами.
Наприклад:
- Якщо в екосистемі багато травоїдних — знижується кількість рослин.
- Менше їжі → менше травоїдних → рослини знову ростуть.

Механізми саморегуляції:
У екосистемах діють механізми саморегуляції, їх класифікують:
- Позитивні зворотні зв’язки – можуть призводити до дестабілізації
- Негативні зворотні зв’язки – стабілізують систему
- Буферні властивості середовища – «глушать» зміни
- Компенсаційні механізми – відновлюють баланс після змін
Ключовий вид — це не обов’язково найчисельніший, але він критично важливий для структури та функціонування екосистеми.
Приклад:
- Морська видра — їсть морських їжаків.
- Без видр їжаки розмножуються неконтрольовано і знищують водорості.
- Це руйнує всю харчову мережу.
Характеристики ключових видів:
- Мають диспропорційно великий вплив на структуру та функції екосистеми
- Їх зникнення призводить до каскадних змін
- Часто контролюють чисельність інших видів
- Підтримують біорізноманіття
Типи ключових видів:
- Хижаки-регулятори (вовки, акули)
- Контролюють чисельність жертв
- Запобігають надмірному випасу
- Інженери екосистем (бобри, коралові поліпи)
- Змінюють фізичне середовище
- Створюють нові місцеперебування
- Мутуалісти (опилювачі, поширювачі насіння)
- Забезпечують критично важливі послуги
- Підтримують відтворення рослин
- Домінанти (великі дерева в лісі)
- Визначають структуру спільноти
- Створюють мікроклімат
Приклади ключових видів:
- Морська зірка Pisaster — контролює популяції молюсків
- Слони — “садівники саван”, поширюють насіння
- Бджоли — опилюють до 30% сільськогосподарських культур
- Боби — інженери водно-болотних угідь
- Зникнення інших видів через втрату місцеперебувань
- Порушення кругообігу речовин
- Зміна фізико-хімічних умов
- Втрата стійкості екосистеми
Історичні приклади:
- Зникнення вовків у Йеллоустоні (1926-1995) → надмірне розмноження оленів → деградація лісів
- Винищення акул → зростання популяції скатів → зменшення молюсків → деградація морських трав
- Зменшення чисельності хижих птахів → розмноження гризунів → втрати сільського господарства
Ви — дослідники дикої природи. Ви спостерігаєте за популяціями зайців (Lepus americanus, жертвa) і рисей (Felis canadensis, хижак) у природному заповіднику протягом 20 років.
Перед вами — графік динаміки їх чисельності.

На графіку обери три моменти:
- Пік чисельності жертв
- Пік чисельності хижаків
- Мінімум чисельності жертв
Запиши приблизний рік кожної події та поясни, чому вони трапляються саме в такій послідовності.
Намалюйте власний варіант хід графіка у разі:
- Вимирання хижаків
- Різкого збільшення кількості їжі для жертв
- Переміщення частини популяції хижаків в іншу місцевість
Ситуація для аналізу.
В озері неподалік від рибальського селища виловили майже всіх хижих риб.
Через кілька років водойма перетворилася на заболочену каламуть.
Зникли не тільки риби, а й інші тварини.
Завдання:
- Визначити: що змінилося?
- Що призвело до порушення саморегуляції?
- Як можна було уникнути цього?
Практична робота: “Симуляція екосистеми: аналіз стійкості та саморегуляції”
https://phet.colorado.edu/sims/html/natural-selection/latest/natural-selection_all.html?locale=uk

Визнач за фрагментами тексту, який тип саморегуляції в екосистемах вони демострують (негативний зворотній звязок, позитивний зворотній зв’язок, буферна властивість середовища, компенсаторний механізм):
- Збільшення кількості зайців у лісі призводить до зростання популяції хижаків, наприклад, лисиць. Згодом лисиці скорочують кількість зайців, і популяція лисиць теж зменшується.
- Масове вирубування дерев у дощовому лісі призводить до зменшення випаровування вологи, що зменшує опади, що своєю чергою ще більше погіршує умови для росту дерев.
- У ставку влітку підвищується температура води, але завдяки великій тепловій ємності води температура зростає повільно і не перевищує меж, критичних для живих організмів.
- Після лісової пожежі поступово зростають трави, чагарники, а потім і дерева, які відновлюють зруйновану екосистему.
- Коли популяція комах-запилювачів скорочується, деякі рослини починають утворювати більше квітів або адаптуються до інших запилювачів.
- Зростання чисельності фітопланктону в морі призводить до зменшення прозорості води, що обмежує світло для глибоководних водоростей, і стримує подальше зростання фітопланктону.
- Танення льодовиків в арктичних районах зменшує відбиття сонячного світла (альбедо), що призводить до ще більшого нагрівання поверхні та пришвидшення танення.
- Забруднення ґрунтів кислотними дощами частково нейтралізується мінералами ґрунту, які зв’язують кислоти і не дають одразу змінити pH середовища.
Додатково:
- Що б сталося, якби механізм не спрацював?
- Зробіть візуалізацію: побудуйте стрілкові схеми з причиново-наслідковими зв’язками.
Робота з графіками, що ілюструють типи саморегуляції:

- Опиши, як змінюється показник з часом.
- Що означають коливання навколо певного рівня?
- Наведи приклад негативного зворотного зв’язку в екосистемі (наприклад, хижацтво).
- Як цей механізм сприяє стійкості?

- Як змінюється показник з часом? Що ти помічаєш?
- Уяви, що це чисельність виду, який втратив хижака. Які наслідки це може мати для екосистеми?
- Чи є такі приклади в реальності? Згадай випадок з Йеллоустоном або зниження чисельності акул.
- Чому цей механізм може бути небезпечним?

- Що показує цей графік? Як зміни в системі поступово сповільнюються?
- Уяви, що це температура у водоймі. Як буферні властивості води впливають на життя у ній?
- Наведи інші приклади буферних властивостей у природі (ґрунт, ліс тощо).
- Чому буферність важлива для виживання організмів?

- Який «збій» видно на графіку, і як система на нього реагує?
- Наведи приклад з природи, коли після різкого зменшення виду, екосистема поступово відновлюється.
- Чим компенсаторні механізми відрізняються від буферних?
- Які фактори можуть заважати відновленню?
Уяви, що ти еколог.
За яким із чотирьох графіків ти би сказав, що екосистема:
– найбільш стабільна?
– на межі втрати рівноваги?
– має потужний захист?
– пережила стрес, але має потенціал для відновлення?
- Як пов’язані між собою стійкість екосистем та біорізноманіття?
- Чому важливо зберігати всі види, навіть ті, які здаються “непотрібними”?
- Які приклади порушення саморегуляції ти можеш навести з власного досвіду?
- Як людина може сприяти збереженню стійкості природних систем?
- Вивчіть біорізноманіття шкільного подвір’я та оцініть його стійкість
- Створіть фотозвіт про біорізноманіття району, в якому розташована ваша школа/дім
Ділись та обговорюй важливе