Типові завдання НМТ: екологія і біосфера

Розділ 5 програми НМТ з біології («Основи екології і еволюційного вчення») охоплює теми 5.1–5.5; екології присвячено теми 5.1 «Екологічні чинники. Популяція», 5.2 «Екосистеми», 5.3 «Біосфера як глобальна екосистема» та 5.4 «Адаптація як загальна властивість біологічних систем». У демонстраційному варіанті НМТ-2026 з розділу 5 було три завдання на 3 бали з 46: № 22 (модель на рисунку, тема 5.1), № 23 (адаптації за рисунком, теми 5.4 і 5.5) і № 24 (цитата з наукової праці, тема 5.5). Тема 5.2 (тип біотичних зв’язків) була ще додатковою в завданні № 29 «три з трьох груп» (основна тема 3.5). Це характеристика одного варіанта, а не гарантована кількість на НМТ-2027, але вона показує, які форми завдань обирають укладачі.

Типові форми завдань

• Одна відповідь з чотирьох: ланцюг живлення, екологічна піраміда, сукцесія, адаптація за рисунком.

• Логічні пари: «пара організмів → тип біотичного зв’язку чи взаємодії», «явище → тип біоритму чи адаптації».

• Три з трьох груп: комплексна характеристика екологічного поняття або явища.

Екологічні чинники (тема 5.1)

Усі чинники середовища поділяють на три групи:

Для кожного чинника існує зона оптимуму — діапазон значень, за якого організм почувається найкраще. Межі, за якими життя неможливе, називають межами витривалості (толерантності). Закон мінімуму (Лібіха) стверджує: обмежує ріст і розмноження той ресурс, якого найбільше бракує. Закон толерантності (Шелфорда) доповнює: обмежувати може не лише дефіцит, а й надлишок чинника.

Популяція (тема 5.1)

Популяція — це сукупність особин одного виду, що тривалий час населяють певну територію, вільно схрещуються й певною мірою ізольовані від інших популяцій того самого виду. Її характеризують:

• чисельність (загальна кількість особин);

• щільність (кількість особин на одиницю площі чи об’єму);

• народжуваність і смертність (скільки особин з’являється й гине за одиницю часу);

• вікова структура (співвідношення молодих, дорослих і старих особин);

• статева структура (співвідношення самців і самиць).

У класичній моделі «хижак — жертва» чисельність популяцій коливається циклічно, причому піки чисельності хижака запізнюються відносно піків жертви. Це важливо пам’ятати для завдань на аналіз графіків динаміки популяцій.

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) — це послідовність організмів, у якій кожен попередній є їжею для наступного. Кожна ланка займає певний трофічний рівень. Продуценти (рослини, ціанобактерії) утворюють I трофічний рівень. Консументи I порядку (рослиноїдні тварини) — II рівень, консументи II порядку (хижаки, що їдять рослиноїдних) — III рівень, консументи III порядку — IV рівень. Редуценти (сапротрофні бактерії та гриби) розкладають мертву органіку всіх рівнів, але не входять до основного ланцюга як окремий трофічний рівень.

Пасовищні й детритні ланцюги

Пасовищний ланцюг починається з живих продуцентів: сонячна енергія → рослина → травоїдна тварина → хижак. Детритний ланцюг починається з мертвої органіки (опале листя, трупи) і йде через детритофагів (дощові черв’яки, мокриці) до редуцентів.

Як визначити трофічний рівень

Розгляньмо ланцюг: конюшина → коник → жаба → вуж → лелека. Конюшина — продуцент (I рівень). Коник їсть конюшину — консумент I порядку (II рівень). Жаба їсть коника — консумент II порядку (III рівень). Вуж їсть жабу — консумент III порядку (IV рівень). Лелека їсть вужа — консумент IV порядку (V рівень). Зверни увагу: порядок консумента завжди на одиницю менший за номер трофічного рівня. Жаба — консумент II порядку, але III трофічний рівень.

Розрахунки за пірамідою

Програма НМТ не задає фіксованого числа переходу енергії чи біомаси між рівнями. Тому розрахунки виконують лише за даними, наведеними в умові. Якщо в умові сказано, що на наступний трофічний рівень переходить 10 % енергії (або біомаси), то для отримання 2 кг біомаси вужа (IV рівень) потрібно:

• 2 кг вужа × 10 = 20 кг жаб (III рівень);

• 20 кг жаб × 10 = 200 кг коників (II рівень);

• 200 кг коників × 10 = 2000 кг конюшини (I рівень).

Якщо умова дає іншу частку (наприклад, 5 % або 20 %), використовуй саме її. Ніколи не застосовуй «правило 10 %» за звичкою, якщо його немає в умові.

Типи екологічних пірамід

Енергія не циркулює

Одна з найпоширеніших пасток: вважати, що енергія в екосистемі циркулює так само, як речовини. Насправді у фотосинтетичних екосистемах енергія надходить із сонячним світлом і проходить крізь ланцюг живлення в одному напрямку, поступово розсіюючись як тепло. Циркулюють (беруть участь у колообігу) хімічні елементи — Карбон, Нітроген, Оксиген, Фосфор тощо.

Типи біотичних зв’язків

Біотичні зв’язки — це відносини між організмами в екосистемі. Їх поділяють на чотири основні типи:

Типи міжвидових взаємодій

За впливом на популяції взаємодії позначають знаками: «+» — користь, «−» — шкода, «0» — нейтрально.

Редуценти й консументи: пастка з грибами

Сапротрофні гриби й бактерії, що розкладають мертву органіку, — редуценти. Але гриби-паразити (трутовик на живому дереві, сажка, борошниста роса) живляться живими тканинами, тому вони — консументи. Твердження «усі гриби — редуценти» хибне.

Сукцесія

Сукцесія — послідовна зміна біоценозів на одній території.

• Первинна сукцесія починається на субстраті без сформованого ґрунту: гола скеля, вулканічна лава, пісок. Піонери (лишайники, мохи) залежать від конкретних умов.

• Вторинна сукцесія — відновлення після порушення, коли ґрунт зберігся: лісове згарище, вирубка, покинуте поле. Вона відбувається швидше за первинну.

• Клімакс — відносно стійкий стан екосистеми в класичній моделі сукцесії. Однак це не незмінний гарантований кінець будь-якої сукцесії.

Екосистема, біогеоценоз, агроценоз

Екосистема охоплює угруповання живих організмів (біоценоз) і абіотичне середовище. Біогеоценоз — просторово визначена природна екосистема (наприклад, дубовий гай). Просторова структура екосистеми проявляється в ярусності (розподіл по вертикалі) і мозаїчності (розподіл по горизонталі). Агроценоз (штучна екосистема) має мало видів, отримує додаткову енергію від людини й без її підтримки нестійкий. Різноманіття часто сприяє стійкості, але ефект залежить від того, які саме види присутні, як вони пов’язані й яке порушення відбувається.

Колообіг Нітрогену

Нітроген — ключовий елемент білків і нуклеїнових кислот. Його колообіг розгалужений і не є однією обов’язковою послідовністю. Основні етапи:

• Азотфіксація: бактерії (вільноживучі Azotobacter, симбіотичні Rhizobium у бульбочках бобових) перетворюють атмосферний N₂ на амонійні сполуки.

• Амоніфікація: бактерії-амоніфікатори розкладають органічний Нітроген (білки, сечовину) до амонійних сполук.

• Нітрифікація: нітрифікувальні бактерії окиснюють амоній до нітритів (NO₂⁻), а потім до нітратів (NO₃⁻).

• Засвоєння рослинами: рослини поглинають коренями амонійні сполуки й нітрати, використовуючи Нітроген для синтезу білків.

• Денітрифікація: денітрифікувальні бактерії відновлюють нітрати до N₂, який повертається в атмосферу.

Важливо: атмосферний N₂ рослини безпосередньо не засвоюють. Його спочатку мають зв’язати бактерії. Тому твердження «рослини отримують азот з повітря» хибне.

Колообіг Карбону

Карбон — основа органічних сполук. Його колообіг:

• Фотосинтез: рослини, ціанобактерії й водорості зв’язують вуглекислий газ (CO₂) з атмосфери, утворюючи органічні речовини.

• Дихання: усі живі організми окиснюють органічні сполуки, повертаючи CO₂ в атмосферу.

• Розкладання: редуценти розкладають мертву органіку, вивільняючи CO₂.

• Горіння: спалювання деревини, викопного палива повертає CO₂.

• Довготривале зберігання: частина Карбону надовго фіксується в покладах вугілля, нафти, торфу й вапняків.

Біоритми

Біоритми — періодичні зміни інтенсивності біологічних процесів. Основні типи:

Фотоперіодизм — реакція організмів на тривалість світлового дня. Скорочення дня є важливим сигналом для підготовки до зими в багатьох видів. Однак на листопад впливають також температура й водозабезпечення.

Адаптації

Адаптації — пристосування організмів до умов середовища. Їх поділяють на три групи:

• Морфологічні: особливості будови — обтічна форма тіла риб, товстий шар жиру в китів, колючки кактусів.

• Фізіологічні: зміни процесів життєдіяльності — зимова сплячка (їжак, ховрах, бабак), анабіоз (тихоходки), здатність верблюда довго не пити.

• Поведінкові: дії, що підвищують виживання — запасання корму (білка), міграції (лелеки), турбота про потомство.

За температурним режимом тварин поділяють на пойкілотермних (температура тіла залежить від середовища: риби, плазуни, комахи) і гомойотермних (стала температура тіла: птахи, ссавці).

Приклад 1. Трофічний рівень у ланцюгу

Завдання (одна відповідь з чотирьох): У ланцюгу живлення «пшениця → миша польова → ласка → пугач» який трофічний рівень займає ласка?

Розв’язання: Пшениця — продуцент (I рівень). Миша їсть пшеницю — консумент I порядку (II рівень). Ласка їсть мишу — консумент II порядку (III рівень). Пугач їсть ласку — консумент III порядку (IV рівень). Отже, ласка — III трофічний рівень.

Відповідь: III.

Чому інші варіанти неправильні: «II» — сплутали порядок консумента з трофічним рівнем (ласка — консумент II порядку, але займає III трофічний рівень); «IV» — це рівень пугача; «I» — рівень продуцента.

Приклад 2. Розрахунок за пірамідою

Завдання (одна відповідь з чотирьох): За умовою на наступний трофічний рівень переходить 10 % енергії. Скільки енергії мають засвоїти продуценти, щоб консумент III порядку отримав 5 кДж?

Розв’язання: Консумент III порядку — це IV трофічний рівень. Між продуцентами (I рівень) і консументом III порядку (IV рівень) — три переходи. Кожен перехід зберігає 10 % енергії. Рухаємось від консумента вгору: 5 кДж × 10 = 50 кДж (III рівень), 50 × 10 = 500 кДж (II рівень), 500 × 10 = 5000 кДж (I рівень, продуценти).

Відповідь: 5000 кДж.

Чому інші варіанти неправильні: «500 кДж» — зробили на один перехід менше; «50 000 кДж» — на один перехід більше; «50 кДж» — лише один перехід.

Приклад 3. Логічні пари: організми → тип зв’язку

Завдання: Установи відповідність між парою організмів (1–4) і типом біотичного зв’язку (А–Д).

1. Гусінь капустяної білянки й капуста. 2. Синиця гніздиться в дуплі, видовбаному дятлом. 3. Сойка розносить і закопує жолуді дуба. 4. Грак будує гніздо з гілок.

Варіанти: А — фабричний; Б — трофічний; В — паразитизм (зайвий); Г — топічний; Д — форичний.

Розв’язання: 1 — гусінь їсть капусту (трофічний) → Б. 2 — синиця використовує дупло, створене дятлом (топічний) → Г. 3 — сойка переносить жолуді (форичний) → Д. 4 — грак використовує гілки для будівництва гнізда (фабричний) → А.

Відповідь: 1Б, 2Г, 3Д, 4А.

Приклад 4. Два твердження

Завдання (одна відповідь з чотирьох): Оціни правильність двох тверджень.

I. Заростання лісового згарища зі збереженим ґрунтом — первинна сукцесія. II. Гриб-трутовик, що паразитує на живій березі, — консумент.

Розв’язання: Твердження I хибне — згарище зі збереженим ґрунтом відновлюється через вторинну сукцесію. Твердження II правильне — трутовик паразитує на живому дереві, живиться його тканинами, тому він консумент, а не редуцент.

Відповідь: правильне лише II.

Приклад 5. Логічні пари: явище → тип біоритму

Завдання: Установи відповідність між явищем (1–4) і типом біоритму (А–Д).

1. Квітки кульбаби розкриваються вранці й закриваються ввечері. 2. Молюски літоралі активні під час припливу. 3. Осінній листопад у дуба. 4. Багаторічні коливання чисельності зайця-біляка.

Варіанти: А — сезонний; Б — місячний (зайвий); В — добовий; Г — багаторічний; Д — припливно-відпливний.

Розв’язання: 1 — розкривання квіток за 24 год (добовий) → В. 2 — активність залежить від припливу (припливно-відпливний) → Д. 3 — листопад щороку восени (сезонний) → А. 4 — коливання через кілька років (багаторічний) → Г.

Відповідь: 1В, 2Д, 3А, 4Г.

• Плутають форичні зв’язки з фабричними. Форичний — перенесення (насіння, пилок, спори). Фабричний — використання частин іншого виду для будівництва (гніздо з гілок). Запам’ятай: «форичний — форель пливе, переносить; фабричний — фабрика будує».

• Вважають усі гриби редуцентами. Насправді сапротрофні гриби (печериці, мукор, пеніцил) — редуценти, а гриби-паразити (трутовик, сажка, борошниста роса) — консументи, бо живляться живими організмами.

• Вважають заростання згарища чи покинутого поля первинною сукцесією. Якщо ґрунт зберігся — це вторинна сукцесія. Первинна починається на субстраті без ґрунту: гола скеля, лава, пісок.

• Вважають, що енергія в екосистемі циркулює так само, як речовини. Енергія проходить в одному напрямку й розсіюється як тепло. Циркулюють хімічні елементи (колообіг речовин).

• Прирівнюють трофічний рівень до порядку консумента. Жаба — консумент II порядку, але III трофічний рівень. Порядок консумента на одиницю менший за номер трофічного рівня.

• Застосовують «правило 10 %», коли умова дає інше число або не дає його зовсім. Розрахунки виконуй лише за даними умови. Якщо в умові сказано «5 %» — використовуй 5 %, якщо «20 %» — 20 %.

• Вважають, що рослини засвоюють атмосферний азот безпосередньо. Насправді рослини поглинають коренями амонійні сполуки й нітрати, які утворюють азотфіксувальні та нітрифікувальні бактерії. Атмосферний N₂ рослини не засвоюють.

У демонстраційному варіанті НМТ-2026 завдання з розділу 5 були розподілені так:

• № 22 — модель на рисунку (тема 5.1) — вибір однієї відповіді, 1 бал.

• № 23 — адаптації за рисунком (теми 5.4 і 5.5) — вибір однієї відповіді, 1 бал.

• № 24 — цитата з наукової праці (тема 5.5) — вибір однієї відповіді, 1 бал.

• Тема 5.2 (тип біотичних зв’язків) була додатковою в № 29 «три з трьох груп» (основна тема 3.5).

За основною темою розділ 5 у демо 2026 дав 3 завдання й 3 бали з 46. Це характеристика одного варіанта, а не прогноз частки екології на НМТ-2027. У різних варіантах кількість завдань з екології може відрізнятися.

Важливо: у програмі НМТ (тема 5.2) зазначено «екологічні піраміди» без числа переходу енергії. Правила 10 % у тексті програми немає. Тому розрахунки за пірамідою роблять лише за даними, наведеними в умові завдання.

Стратегія виконання

• У ланцюгу живлення спершу знайди продуцента (рослину) й пронумеруй трофічні рівні від I до IV.

• Для визначення типу біотичного зв’язку постав собі запитання: «їсть (трофічний), створює середовище (топічний), переносить (форичний) чи будує (фабричний)?»

• У завданнях на два твердження оцінюй кожне твердження окремо за фактами програми, не зважаючи на інше.

• У логічних парах спочатку визнач ті, у яких упевнений, а потім методом виключення обери решту.

• Продуценти — I трофічний рівень; консумент n-го порядку — рівень n + 1.

• Розрахунки за пірамідою виконуй лише з часткою переходу, наведеною в умові.

• Енергія в екосистемі проходить одним напрямком і розсіюється; речовини циркулюють (колообіг).

• Трофічний зв’язок — «їсть», топічний — «створює середовище», форичний — «переносить», фабричний — «будує».

• Сапротрофні гриби — редуценти; гриби-паразити — консументи.

• Згарище, вирубка, покинуте поле зі збереженим ґрунтом — вторинна сукцесія; гола скеля — первинна.

• Атмосферний азот зв’язують бактерії (азотфіксатори), а не рослини. Рослини засвоюють амоній і нітрати з ґрунту.