Билет №11 Динамика популяций

Билет №14 Экологическая система

 

Экосистема – пространственно определённая совокупность живых организмов и среды их обитания, объединённых вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Концепция экосистемы – одно из наиболее важных обобщений биологии – играет важную роль в экологии. Обобщения в экологии стали необходимы. Остро встали вопросы охраны биосферы и внедрения природоохранных мероприятий, которые опираются на концепцию экосистем. Распространению идеи экосистемы способствовала гибкость самого понятия, так как к экосистемам можно относить биологические сообщества любого масштаба с их средой обитания. Выделяют микроэкосистему (подушка лишайника), мезоэкосистему (пруд, озеро, степь), глобальную экосистему (биосфера Земли). Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию. Выделяют водные и наземные экосистемы. В наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп или экотоп – участок с одинаковыми климатическими, почвенными, ландшафтными условиями, и биотический компонент – сообщество или биоценоз – совокупность всех организмов, населяющих биотоп. В экосистему входят группы организмов разных видов, которые различаются по способам питания: консументы, продуценты, редуценты. Важной характеристикой экосистем является разнообразие видового состава. Биогеоценоз – главная форма существования природных экосистем – это наземная экологическая система, объединяющая на основе обмена веществ, энергии и информации сообщество живых организмов (биоценоз) и пространственную совокупность абиотических условий (биотоп).

 

Поток энергии экосистемы.

Жизнь на Земле существует за счёт солнечной энергии. Растения создают органическое вещество, которым питаются травоядные, а ими питаются хищники, то есть солнечная энергия через растения передаётся всем организмам, создающих трофическую цепь. Трофический уровень – место каждого звена в пищевой цепи: 1 уровень – продуценты; 2 уровень – растительноядные консументы; 3 уровень – плотоядные консументы и т.д. Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полностью. Энергетические затраты, связанные с поддержанием метаболитических процессов – трата на дыхание. Меньшая часть энергии идёт на рост. Остальная часть выделяется в виде экскрементов. Значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и мышечной работе. В конечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде. Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, теряется. На каждый следующий уровень передаётся 10 % энергии от предыдущего уровня. Но чтобы жизнь существовала, энергия должна возобновляться.

 

Пищевые цепи и сети.

Экосистема включает несколько трофических уровней. 1 уровень – растения-автотрофы – продуценты; 2 и другие уровни – животные-гетеротрофы – консументы; последний уровень – микроорганизмы и грибы, питающиеся мёртвым веществом - редуценты. Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет собой цепь питания (трофическую цепь). Главное свойство цепи питания – осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасённой в органическом веществе энергии. Цепь питания не всегда может быть полной. В ней могут отсутствовать растения или животные. Экосистемы с более длинными цепями питания характеризуются повышенной надёжностью и более интенсивным круговоротом веществ. Пищевые сети образуются за счёт того, что почти любой член какой-либо пищевой цепи одновременно является звеном и в другой пищевой цепи: он потребляет, и его потребляют несколько видов других организмов. Существует несколько видов пищевых цепей: пастбищные – начинаются с продуцентов; детритные – включают только редуцентов; цепи паразитов.

 

Билет №20 Эволюция биосферы

Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биотическая регуляция окружающей среды – результат эволюции биосферы. Она тесно связана с геологической историей планеты. Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала субстраты и реакции для возникновения жизни, и биологической эволюции.

Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и её атмосферы.

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере; появляется жидкая вода; формируется круговорот воды; появляются органические молекулы.

3. Образуются сложные органические вещества – белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

4. Возникает круговорот органических соединений С; усложнение веществ.

Биотическая эволюция:

1. Возникновение жизни; появление клеток с различным типом питания.

2. Появление эукариот; многоклеточные формы; выход на сушу растений и животных; возникновение сложной системы; повышение биоразнообразия и биомассы биосферы; замкнутость биотического круговорота.

3. Усложнение организации живых существ и биосферы; заняты все экологические ниши; происходит формирование современного облика планеты.

4. Появление человека; развитие человеческого общества; биосфера сталкивается с техносферой; антропогенное воздействие на природу.

 

Билет №11 Динамика популяций

 

Экспоненциальный рост численности – это рост численности её особей в неизменяющихся условиях. Например, быстроразмножающиеся организмы осваивают какое-либо субстрат или среду, где нет конкурентов. Увеличение численности идёт по J-образной кривой. Такой тип роста характерен для человека. Для большинства популяций и видов рост численности характеризуется кривой, которая отражает высокую смертность молодых особей или яиц. При таком типе выживаемости (смертности) численность популяции выражается S-образной кривой – логистической. Но и в этом случае периодические колебания численности особей значительны. Такие отклонения от средней численности имеют сезонный (у насекомых), взрывной (у грызунов) или сглаженный (у крупных млекопитающих) характер.

Периоды резкого изменения численности – “популяционные волны” или “волны жизни”. В одних случаях они связаны с пищевым фактором, в других – с погодными явлениями, в третьих – с солнечной активностью или комплексом факторов. Резкие изменения численности средних значений имеют обычно отрицательные следствия для жизни популяций: при высокой численности – из-за ослабления всех особей в результате недостатка пищи, заболеваний; при низкой численности – из-за превышения порога её минимальных значений.

В целом можно выделить динамику популяций, независимую от плотности (численности) её особей и зависимую от плотности. Для первого типа характерна экспоненциальная кривая роста, для второго – логистическая кривая. Различают и механизмы, оказывающие влияния на численность особей. При независимом от плотности типе изменения численности, она обусловливается в основном абиотическими факторами (погодные явления, наличие пищи, катастрофы). Эти факторы могут обеспечивать условия как для роста, так и для снижения численности популяций. Эти факторы – модифицирующие. Зависимая от плотности динамика популяций обеспечивается биотическими факторами. Их называют регулирующими. Чем выше численность, тем сильнее действуют механизмы, обусловливающие её снижение, и наоборот. Факторы такого типа лежат в основе популяционного гомеостаза, который обеспечивает поддержание численности.

Статистические показатели популяции – характеризуют состояние популяции в данный момент. К таким показателям относится плотность, численность и показатели структуры. Численность – количество организмов в пределах некоторой пространственной единицы – ареала, области, акватории моря. Плотность – число особей, приходящихся на единицу площади. Показатели структуры: половой – соотношение полов; размерный - соотношение количества особей различного возраста в популяции.

Динамические показатели популяции – характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени. К таким показателям относится рождаемость, смертность и скорость роста популяции. Рождаемость – число особей, рождающихся в популяции за единицу времени. Для экосистем это – продукция – сумма прироста массы всех особей из множества популяций сообщества за определённый промежуток времени. Смертность – число особей, погибших в популяции в единицу времени. Но убыль или прибыль организмов в популяции зависит не только от рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции и эмиграции.

Продолжительность жизни зависит от условий жизни:

1. Физиологическая – определяется только физиологическими возможностями организма. Она возможна, если в период всей жизни организма на него не оказывают влияние лимитирующие факторы.

2. Максимальная – продолжительность жизни, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды. Эта величина варьирует в широких пределах от нескольких минут (бактерии) до нескольких тысяч лет (секвойя). Чем крупнее организм, тем больше его продолжительность жизни.

Кривые выживания – в них отражается зависимость количества доживших до определённого возраста особей от продолжительности этого интервала с момента рождения организмов. Выделяют 3 основных типа кривых выживания:

1. Кривая I типа – на протяжении всей жизни смертность мала, резко возрастая в конце её (дрозофила, человек).

2. Кривая II типа – смертность остаётся примерно постоянной в течении всей жизни (рыбы, птицы, пресмыкающиеся, многолетние растения).

3. Кривая III типа – массовая гибель особей в начале жизни (гидробионты, которые выживают за счёт большого числа икры, личинок).

Биологическая ёмкость – степень способности природного окружения обеспечить нормальную жизнедеятельность (дыхание, питание, размножение) определённому числу организмов и их сообществ без нарушения самого окружения.