|
|
|||
|
БІОСИСТЕМИ. БІОСФЕРА
ЕКОСИСТЕМИ. ПОПУЛЯЦІЇ
ОРГАНІЗМИ У ДОВКІЛЛІ
ЛЮДСТВО ТА ЙОГО ДОЛЯ
|
|||
|
III-14. (доповнення) Шкільні задачі на екологічні піраміди |
|||
III-14. (доповнення) Шкільні задачі на екологічні піраміди
Викладання будь-якого предмета тісно пов'язане з перевіркою досягнень учнів. Добре, коли об'єкт навчання формалізований. Школярів, які вчили, як вирішувати диференціальні рівняння, можна примусити вирішувати такі рівняння. Саме тому для вчителя нічого немає зручніше за хороший задачник. Але науки є різні, і в біології мало задач: задачі з молекулярної біології («на ланцюзі РНК довжиною...») та задачі на «правило екологічної піраміди». Ніякий тест і ніяка підготовка до тестування не обходяться без цих задач. Ми у підручнику екології також не можемо оминути ці задачі увагою.
У якості прикладу розглянемо питання та відповідь, що доступні на одному з навчальних сайтів. Наївна школярка запитує, як розв'язувати наступну задачу:
«На основі правила екологічної піраміди визначте і поясніть, скільки водоростей і бактерій потрібно, щоб в Чорному морі виріс і міг існувати 1 дельфін масою 400 кг».
На питання відповідає вчителька зі статусом «гуру»:
«Складаємо харчовий ланцюг (приблизний): фітопланктон (водорості та бактерії) — зоопланктон — риби — дельфін. Правило екологічної піраміди свідчить, що на кожну наступну ланку харчового ланцюга переходить тільки 10 відсотків мас або енергії від попереднього. Ми ведемо розрахунок від дельфіна. Якщо він вагою 400 кг, то маса попередньої ланки — риб — дорівнювала 4000 кг, тобто 4 тонни, маса зоопланктону складе 40 тонн, а водоростей відповідно 400 тонн».
Відповідь «гуру» бездоганна з тієї точки зору, що школярка, яка її репродукує, отримає найвищу оцінку. Але чи є ця відповідь правильною? Справа не в тому, що поняття «фітопланктон» не слід розшифровувати як «водорості та бактерії». Великі питання пов'язані з самим так званим «правилом екологічної піраміди». На час написання цього пункту у підручнику українська Вікіпедія формулює його так: «Правило екологічної піраміди — продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша у середньому до 10 разів за продукцію попереднього». Іноді це називають правилом Линдемана, або правилом 10 відсотків. Його радять використовувати й для розрахунку співвідношення кількості консументів І рівня до кількості продуцентів, і для співвідношень між усіма наступними рівнями консументів.
Наприклад, М. Бігон зі співавторами (1989) вказують, що травоїдні тварини споживають відносно невелику частку продукції рослин. У воді ця частка (ефективність експлуатації) не перевищує 25 відсотків, на суші — 15 (зазвичай — набагато менше). Рослинна їжа (в усякому разі, зелена біомаса) — складний для засвоєння продукт. Клітинні стінки з целюлози ускладнюють її переварювання, а енергії в ній менше, ніж в м'ясі. Не вся енергія, що міститься в листі, засвоюється рослиноїдними організмами. Частку енергії, витягнуту з їжі, показує ефективність асиміляції; для живлення листям вона близька до 50 відсотків. Нарешті, не вся отримана з їжі енергія буде запасена в біомасі споживача. Відношення накопиченої в продукції енергії до її асимільованої кількості називається ефективністю чистої продукції. Для рослиноїдних комах вона становить близько 40 відсотків, а для ссавців вона на порядок менше (1-3 відсотки).
Тепер можна порахувати, як співвідносяться продукція рослиноїдних тварин до продукції рослин. Ця величина називається загальною екологічною ефективністю, або ефективністю Линдемана. Щоб її обчислити, треба перемножити (в частках, природно, а не у відсотках) ефективності експлуатації, асиміляції та чистої продукції. Якщо мова йде про харчування сарани листям, ефективність Линдемана складе 0,15 × 0,5 × 0,4 = 0,03. Врахуйте: 3 відсотки — це верхня межа загальної екологічної ефективності для наземних екосистем! Ця межа розрахована для трав, для яких ми припустили, що вони повністю складаються з листя. Якби ми робили розрахунок для дерев, нам би довелося врахувати значну кількість деревини, важкодоступної для рослиноїдних тварин. А загальна екологічна ефективність для ссавців менша за 1 відсоток!
Таким чином, реалістичною оцінкою співвідношення рослиноїдних тварин та рослин слугує не десятикратна різниця, а стократна, причому рівня в 10 відсотків від продукції рослин продукція лістоядних-травоїдних досягти взагалі не може. Якщо ж ми врахуємо, що у кілограмі плоті тварин міститься більше енергії, ніж в кілограмі листя, максимальний розрив у кількості біомаси лише збільшитися. Звичайно, не вся рослинна біомаса однакова. Ефективність асиміляції при харчуванні деревиною становить 15 відсотків, а при харчуванні плодами та насінням — до 80 відсотків, але, звичайно ж, «кількість рослинної речовини» треба розраховувати не виключно за плодами та насінням.
Гаразд, а для наступних рівнів справедливі розрахунки за «правилом 10 відсотків»? Ні, і сенсу в них не більше, ніж в обчисленні середньої температури по лікарні включно з моргом і гарячковим відділенням. Синиця з'їдає кілограм комах. Пітон з'їдає кілограмову морську свинку. Скільки вони додадуть у вазі? Школяр-відмінник і учитель «гуру» впевнено дадуть відповідь: по 100 грамів! Нічого подібного, і не тільки тому, що не буває стограмових синиць. Як показано у попередньому пункті, синиця додасть приблизно 6 грамів, а пітон — дві третини кілограма.
Але й цього недостатньо. У задачі про дельфіна запитували, скільки фітопланктону треба, щоб він «виріс і зміг існувати». У дельфінів, як у більшості ссавців, через деякий час після досягнення статевої зрілості зростання різко сповільнюється, практично зупиняється. Скільки потрібно фітопланктону, щоб міг існувати дельфін, який доріс до своїх 400 кг і більше не росте? Відповідно до логіки обговорюваних завдань — анітрохи. Надбавка «дельфінятіни» дорівнює нулю, значить, для неї потрібно нуль риби, нуль зоопланктону і нуль фітопланктону. Справді?
Коли один з авторів цього підручнику ще був радянським школярем, він пройшов через всеукраїнську олімпіаду з біології. Щоб потрапити «на республіку», переможцям обласної олімпіади треба було пройти через підготовку, якій керувала найкращий вчитель-методист. На цій підготовці були й задачі на кшталт наведеної задачі про дельфіна. Коли той школяр припустив, що розрахунки за «правилом екологічної піраміди» незастосовні для випадку дорослих ссавців, він отримав лише відповідь: «Ти що, читати не вмієш? Рахувати треба так, як написано!». Спроба сперечатися призвела до того, що його виключили зі складу обласної команди як нездатного до навчання. На олімпіаду майбутній еколог потрапив (і переміг на ній) лише внаслідок хвороби того учня, який не ставив зайвих питань.
Що треба робити, щоб сучасні школярі, яким приходять в голову подібні питання, отримували більш змістовні відповіді? На жаль, їх доводиться вчити розв'язувати задачі на «правило екологічної піраміди», щоб вони не програвали тим, кого навчали відповідно до канонів шкільної біології! Вигадка, що спотворює справжнє розуміння, сама себе посилює і стає внаслідок цього безнадійно неподоланою...
І наостанок — бонус: блискучий приклад задачі на «правило екологічної піраміди», що поєднує неіснуючу закономірність з біологічною безграмотністю та прекраснодушними фантазіями. Багато років тому ця задача з'явилася у відповідній статті російської Вікіпедії. На час написання цього розділу нашого підручника ця задача ще на місці (рис. 3.14.1). На тій же сторінці — посилання на текст автора цього підручнику, який колись намагався сперечатися з адміністраторами Вікіпедії. Автори української Вікіпедії переписали з російської цю задачу, але, звісно, не зацікавилися критикою. Далі — цитата.
«Приклад екологічної піраміди. Нехай одну людину протягом року можна прогодувати 300 форелями. Для їхнього годування треба 90 тисяч пуголовків жаб. Для годування цих пуголовків треба 27 000 000 комах. Ці комахи потребують для годування 1000 тонн трави. Якщо перевести людину на харчування лише рослинною їжею, проміжні рівні піраміди можна оминути, і тоді 1000 тонн біомаси рослин зможе прогодувати приблизно в 1000 разів більше людей».
Рис. 3.14.1. Сенс цього скрину з російської та української Вікіпедій — не спроба скомпрометувати найкращу у світі енциклопедію. Зміст Вікіпедії відбиває розуміння її авторів, що спотворене шкільним навчанням
Ви знаєте, що бегемоти ночами виходять пастися на суходіл? Мабуть, у фантазіях автора задачника та редакторів Вікіпедії жаб'ячі пуголовки роблять щось подібне. У іншому випадку ці переважно рослиноїдні водні личинки безхвостих амфібій не зможуть використати свої пристосовані для скобління ротові апарати для полювання на наземних комах. Тільки уявіть: ніч, десь далеко плескаються форелі. Заплавною лукою рушить вал з дев'яноста тисяч пуголовків, які пожирають комах. Назустріч під покровом темряви простує тисяча «екологів». Вони пасуться на траві, яка вже не дістанеться нещасним жертвам пуголовків...