В природе каждый существующий вид представляет собой сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают особей со специфическими чертами строения, физиологии и поведения. Таким внутривидовым объединением особей и является популяция.
Слово «популяция» происходит от латинского «популюс» — народ, население. Следовательно, популяция — совокупность живущих на определенной территории особей одного вида, т.е. таких, которые скрещиваются только друге другом. Термин «популяция» в настоящее время используют в узком смысле слова, когда говорят о конкретной внутривидовой группировке, населяющей определенный биогеоценоз, и широком, общем смысле — для обозначения обособленных групп вида независимо оттого, какую территорию она занимает и какую генетическую информацию несет.
Члены одной популяции оказывают друг на друга не меньшее воздействие, чем физические факторы среды или другие обитающие совместно виды организмов. В популяциях проявляются в той или иной степени все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические (взаимно выгодные) и конкурентные. Популяции могут быть монолитными или состоять из группировок субпопуляционного уровня - семей, кланов, стад, стай и т.п. Объединение организмов одного вида в популяцию создает качественно новые свойства. По сравнению со временем жизни отдельного организма популяция может существовать очень долго.
Вместе с тем популяция обладает сходством с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, целостность, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторе гуляции и адаптации. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в среде, в природном окружении или под хозяйственным контролем человека, опосредуется обычно через популяции. Важно, что многие закономерности популяционной экологии относятся и к популяциям человека.
Популяция является генетической единицей вида, изменения которой осуществляет эволюция вида. Как группа совместно обитающих особей одного вида, популяция выступает первой надорганизменной биологической макросистемой. У популяции приспособительные возможности значительно выше, чем у составляющих ее индивидов. Популяция как биологическая единица обладает определенными структурой и функциями.
Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве.
Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, т.е. популяции обладают конкретными генетическими и экологическими характеристиками.
В популяциях действуют законы, позволяющие таким образом использовать ограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства. Популяции многих видов обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою численность. Поддержание оптимальной в данных условиях численности называют гомеостазом популяции.
Таким образом, популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Основные характеристики популяций: численность, плотность, рождаемость, смертность, темп роста.
Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер.
Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи.
Популяционная структура вида
Пространство или ареал, занимаемое популяцией, может быть различным как для разных видов, так и в пределах одного вида. Величина ареала популяции определяется в значительной мере подвижностью особей или радиусом индивидуальной активности. Если радиус индивидуальной активности невелик, величина популяционного ареала обычно также невелика. В зависимости от размеров занимаемой территории можно выделить три типа популяций : элементарные, экологические и географические (рис. 1).
Рис. 1. Пространственное подразделение популяций: 1 — ареал вида; 2-4 — соответственно географическая, экологическая и элементарная популяции
Различают половую, возрастную, генетическую, пространственную и экологическую структуру популяций.
Половая структура популяции представляет собой соотношение в ней особей разного пола.
Возрастная структура популяции — соотношение в составе популяции особей разного возраста, представляющих один или разные приплоды одного или нескольких поколений.
Генетическая структура популяции определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов — аллелей, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми при скрещивании происходит постоянный обмен аллелями.
Пространственная структура популяции - характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок в ареале. Пространственная структура популяций заметно различается у оседлых и кочующих или мигрирующих животных.
Экологическая структура популяции представляет собой разделение всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды.
Каждый вид, занимая определенную территорию (ареал ), представлен на ней системой популяций. Чем сложнее расчленена территория, занимаемая видом, тем больше возможностей для обособления отдельных популяций. Однако не в меньшей степени популяционную структуру вида определяют его биологические особенности, — такие, как подвижность составляющих его особей, степень их привязанности к территории, способность преодолевать естественные преграды.
Обособленность популяций
Если члены вида постоянно перемешаются и перемешиваются на обширных пространствах, такой вид характеризуется небольшим числом крупных популяций. При слабо развитых способностях к перемещению в составе вида формируется множество мелких популяций, отражающих мозаичность ландшафта. У растений и малоподвижных животных число популяций находится в прямой зависимости от степени разнородности среды.
Степень обособленности соседних популяций вида различна. В некоторых случаях они резко разделены территорией, непригодной для обитания, и четко локализованы в пространстве, например популяции окуня и линя в изолированных друг от друга озерах.
Противоположный вариант — сплошное заселение видом обширных территорий. В пределах одного и того же вида могут быть популяции как с хорошо различимыми, так и со смазанными границами и в пределах вида популяции могут быть представлены группами разного объема.
Связи между популяциями поддерживают вид как единое целое. Слишком длительная и полная изоляция популяций может привести к образованию новых видов.
Различия между отдельными популяциями выражены в разной степени. Они могут затрагивать не только их групповые характеристики, но и качественные особенности физиологии, морфологии и поведения отдельных особей. Эти различия создаются в основном под влиянием естественного отбора, приспосабливающего каждую популяцию к конкретным условиям ее существования.
Классификация и структура популяций
Обязательным признаком популяции считается ее способность к самостоятельному существованию на данной территории в течение неопределенно долгого времени за счет размножения, а не притока особей извне. Временные поселения разных масштабов не относятся к разряду популяций, а считаются внутрипопуляционными подразделениями. С этих позиций вид представлен не иерархическим соподчинением, а пространственной системой соседствующих популяций разных масштабов и с разной степенью связей и изоляции между ними.
Популяции можно классифицировать по их пространственной и возрастной структуре, по плотности, по кинетике, по постоянству или смене сред обитания и другим экологическим критериям.
Территориальные границы популяций разных видов не совпадают. Многообразие природных популяций выражается также в многообразии типов их внутренней структуры.
Основные показатели структуры популяций — численность, распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей.
Индивидуальные черты каждого организма зависят от особенностей его наследственной программы (генотипа) и оттого, как эта программа реализуется в ходе онтогенеза. Каждая особь имеет определенные размеры, пол, отличительные черты морфологии, особенности поведения, свои пределы выносливости и приспособляемости к изменениям среды. Распределение этих признаков в популяции также характеризует ее структуру.
Структура популяции не стабильна. Рост и развитие организмов, рождение новых, гибель от различных причин, изменение окружающих условий, увеличение или уменьшение численности врагов — все это приводит к изменению различных соотношений внутри популяции. Оттого, какова структура популяции в данный период времени, во многом зависит направление ее дальнейших изменений.
Половая структура популяций
Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение характерно для популяции в целом. Сцепленные с полом признаки часто определяют значительные различия в физиологии, экологии и поведении самок и самцов. В силу разной жизнеспособности мужского и женского организмов это первичное соотношение нередко отличается от вторичного и особенно от третичного — характерного для взрослых особей. Так, у человека вторичное соотношение полов составляет 100 девочек на 106 мальчиков, к 16-18 годам это соотношение из-за повышенной мужской смертности выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам — 50 мужчин на 100 женщин.
Соотношение полов в популяции устанавливается не только по генетическим законам, но и в определенной мере под влиянием среды обитания.
Возрастная структура популяций
Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения возрастных групп. По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста : предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный.
С возрастом требования особи к среде и устойчивость к отдельным ее факторам закономерно и весьма существенно изменяются. На разных стадиях онтогенеза могут происходить смена сред обитания, изменение типа питания, характера передвижения, обшей активности организмов.
Возрастные различия в популяции существенно усиливают ее экологическую неоднородность и, следовательно, сопротивляемость среде. Повышается вероятность того, что при сильных отклонениях условий от нормы в популяции сохранится хотя бы часть жизнеспособных особей, и она сможет продолжить свое существование.
Возрастная структура популяций имеет приспособительный характер. Она формируется на основе биологических свойств вида, но всегда отражает также силу воздействия факторов окружающей среды.
Возрастная структура популяций у растений
У растений возрастная структура ценопопуляции, т.е. популяции конкретного фитоценоза, определяется соотношением возрастных групп. Абсолютный, или календарный, возраст растения и его возрастное состояние — понятия не тождественные. Растения одного возраста могут находиться в разных возрастных состояниях. Возрастное, или онтогенетическое состояние особи — это этап ее онтогенеза, на котором она характеризуется определенными отношениями со средой.
Возрастная структура ценопопуляции во многом определяется биологическими особенностями вида: периодичностью плодоношения, числом продуцируемых семян и вегетативных зачатков, способностью вегетативных зачатков к омоложению, скоростью перехода особей из одного возрастного состояния в другое, способностью образовывать клоны и др. Проявление всех этих биологических особенностей, в свою очередь, зависит от условий внешней среды. Меняется и ход онтогенеза, который может протекать у одного вида во многих вариантах.
Разные размеры растений отражают различную жизненность особей в пределах каждой возрастной группы. Жизненность особи проявляется в мощности ее вегетативных и генеративных органов, что соответствует количеству накопленной энергии, и в устойчивости к неблагоприятным воздействиям, что определяется способностью к регенерации. Жизненность каждой особи меняется в онтогенезе по одновершинной кривой, возрастая на восходящей ветви онтогенеза и уменьшаясь на нисходящей.
Многие луговые, лесные, степные виды при выращивании их в питомниках или посевах, т.е. на лучшем агротехническом фоне, сокращают свой онтогенез.
Возможность менять путь онтогенеза обеспечивает адаптацию к меняющимся условиям среды и расширяет экологическую нишу вида.
Возрастная структура популяций у животных
В зависимости от особенностей размножения члены популяции могут принадлежать к одной генерации или к разным. В первом случае все особи близки по возрасту и примерно одновременно проходят очередные этапы жизненного цикла. Сроки размножения и прохождения отдельных возрастных стадий обычно приурочены к определенному сезону года. Численность таких популяций, как правило, неустойчива: сильные отклонения условий от оптимума на любой стадии жизненного цикла действуют сразу на всю популяцию, вызывая значительную смертность.
У видов с однократным размножением и короткими жизненными циклами в течение года сменяется несколько поколений.
При эксплуатации человеком природных популяций животных учет их возрастной структуры имеет важнейшее значение. У видов с ежегодным большим пополнением можно изымать более значительную часть популяции без угрозы подорвать ее численность. Например, у горбуши, созревающей на второй год жизни, возможен вылов до 50-60% нерестящихся особей без угрозы дальнейшего снижения численности популяции. Для кеты, созревающей позднее и имеющей более сложную возрастную структуру, нормы изъятия из половозрелого стада должны быть меньше.
Анализ возрастной структуры помогает прогнозировать численность популяции на протяжении жизни ряда ближайших поколений.
Занимаемое популяцией пространство предоставляет ей средства к жизни. Каждая территория может прокормить лишь определенное число особей. Естественно, что полнота использования имеющихся ресурсов зависит не только от общей численности популяции, но и от размещения особей в пространстве. Это наглядно проявляется у растений, площадь питания которых не может быть меньше некоторой предельной величины.
В природе изредка встречается почти равномерное упорядоченное распределение особей на занимаемой территории. Однако чаще всего члены популяции распределяются в пространстве неравномерно.
В каждом конкретном случае тип распределения в занимаемом пространстве оказывается приспособительным, т.е. позволяет оптимально использовать имеющиеся ресурсы. Растения в ценопопуляции чаще всего распределены крайне неравномерно. Часто более плотный центр скопления окружен особями, расположенными менее плотно.
Пространственная неоднородность ценопопуляции связана с характером развития скоплений во времени.
У животных благодаря их подвижности способы упорядочивания территориальных отношений более разнообразны по сравнению с растениями.
У высших животных внутрипопуляционное распределение регулируется системой инстинктов. Им свойственно особое территориальное поведение — реакция на местонахождение других членов популяции. Однако оседлый образ жизни таит в себе угрозу быстрого истощения ресурсов, если плотность популяции окажется слишком высокой. Общая площадь, занимаемая популяцией, оказывается поделена на отдельные индивидуальные или групповые участки, чем достигается упорядоченное использование запасов пищи, естественных укрытий, мест для размножения и т.п.
Несмотря на территориальное обособление членов популяции, между ними поддерживается связь с помощью системы различных сигналов и непосредственных контактов на границах владений.
«Закрепление участка» достигается разными способами: 1) охраной границ занимаемого пространства и прямой агрессией по отношению к чужаку; 2) особым ритуальным поведением, демонстрирующим угрозу; 3) системой специальных сигналов и меток, свидетельствующих о занятости территории.
Обычная реакция на территориальные метки — избегание — закреплена у животных наследственно. Биологическая выгода такого типа поведения очевидна. Если бы овладение территорией решалось только исходом физической борьбы, появление каждого более сильного пришельца грозило бы хозяину потерей участка и устранением от размножения.
Частичное перекрывание индивидуальных территорий служит способом поддержания контактов между членами популяции. Соседние особи часто поддерживают устойчивую обоюдовыгодную систему связей: взаимное предупреждение об опасности, совместную защиту от врагов. Нормальное поведение животных включает активный поиск контактов с представителями своего вида, который часто усиливается в период падения численности.
Некоторые виды образуют широко кочующие группы, не привязанные к определенной территории. Таково поведение многих видов рыб во время нагульных миграций.
Между разными способами использования территории нет абсолютных разграничений. Пространственная структура популяции очень динамична. Она подвержена сезонным и другим адаптивным перестройкам в соответствии с местом и временем.
Закономерности поведения животных составляют предмет особой науки - этологии. Систему взаимоотношений между членами одной популяции называют поэтому этологической, или поведенческой структурой популяции.
Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависит, прежде всего, оттого, одиночный или групповой образ жизни свойствен виду.
Одиночный образ жизни, при котором особи популяции независимы и обособлены друг от друга, характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается, так как при этом было бы невозможным осуществление их основной жизненной функции — размножения.
При семейном образе жизни усиливаются также связи между родителями и их потомством. Простейший вид такой связи — забота одного из родителей об отложенных яйцах: охрана кладки, инкубация, дополнительное аэрирование и т.п. При семейном образе жизни территориальное поведение животных выражено наиболее ярко: различные сигналы, маркировка, ритуальные формы угрозы и прямая агрессия обеспечивают владение участком, достаточным для выкармливания потомства.
Более крупные объединения животных - стаи, стада и колонии. В основе их формирования лежит дальнейшее усложнение поведенческих связей в популяциях.
Жизнь в группе через нервную и гормональную системы отражается на протекании многих физиологических процессов в организме животного. У изолированных особей заметно меняется уровень метаболизма, быстрее тратятся резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность.
Положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит для всех недостатком ресурсов среды. Тогда вступают в действие другие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем ее деления, рассредоточения или падения рождаемости.
Контрольная работа по теме «Биосфера»
Вариант № 1
1) экосистемой 3) биосферой
2) ноосферой 4) видом
1) гидросферы 3) литосферы
1) более простые
1) животные 3) грибы
2) бактерии 4) растения
1) тип животного 3) царство
1) кислород 3) климат
В состав биосферы входят:
А. растения Г. бактерии
Поясните, почему биологическая эволюция последовала за химической эволюцией, а не наоборот.
Контрольная работа по теме «Биосфера»
Вариант № 2
Часть1.Ввыберите один правильный ответ.
1) создание заповедников
1) биосферой 3) биосферой
3) космической энергии
4) энергии Солнца
Часть3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.
Каково значение круговорота веществ в природе для существования биосферы? Приведите примеры.
Контрольная работа по теме «Биосфера»
Вариант № 3
Часть1.Ввыберите один правильный ответ.
усилению фотосинтеза
газовой 4) концентрационной
заказником 3) сообществом
газовая 3) запасающая
химическим 4) биологическим
заповедниках 3) заказниках
Часть 2. Выберите несколько правильных утверждений
Г. процесс дыхания
Часть3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.
Назовите компоненты и границы биосферы.
Контрольная работа по теме «Биосфера»
Вариант № 4
Часть1.Ввыберите один правильный ответ.
А1. Совокупность популяций разных видов, связанных между собой пищевыми и энергетическими связями, а также с факторами неживой природы, круговоротом веществ, длительное время обитающих на определенной территории, называют:
1) экосистемой 3) биосферой
2) ноосферой 4) видом
А2. В круговороте веществ наибольшую роль играют:
1) абиотические факторы 3) живые организмы
2) антропогенные факторы 4) биологические ритмы
А3. Основная причина сокращения числа видов на Земле в ХХ веке состоит в действии антропогенного фактора, так как он:
1) ослабляет конкуренцию между видами
2) изменяет среду их обитания
3) способствует удлинению цепей питания
4) влияет на сезонные изменения в природе
А4. Наиболее молодая из всех сфер Земли – биосфера, так как она возникла только с появлением:
1) гидросферы 3) литосферы
2) атмосферы 4) жизни на Земле
А5. Причина снижения плодородия почвы под воздействием человека - это:
1) применение удобрений 3) эрозия, засоление
2) создание в степи лесополос 4) чередование выращиваемых культурных растений
А6. Биотехнологические методы производства продуктов питания более эффективны, так как они:
1) более простые
2) позволяют получить экологически чистую продукцию
3) не требует специальных условий
4) не требует квалифицированного труда
А7. Экосистему, созданную человеком для выращивания культурных растений, называют:
1) биогеоценозом 3) биосферой
2) агроценозом 4) опытной станцией
А8. В большинстве экосистем первоначальным источником органического вещества и энергии является:
1) животные 3) грибы
2) бактерии 4) растения
А9. Источником энергии для фотосинтеза у растений служит свет, который относят к факторам:
1) непериодическим 3) абиотическим
2) антропогенным 4) биотическим
А10. Живые организмы за время существования биосферы многократно использовали одни и те же химические элементы благодаря:
1) синтезу веществ организмами 3) круговороту веществ
2) расщеплению веществ организмами 4) постоянному поступлению веществ из Космоса
А11. Структурно-функциональной единицей биосферы является
1) тип животного 3) царство
2) отдел растения 4) биогеоценоз
А12. Причиной отрицательного воздействия человека на биосферу, проявляющейся в нарушении круговорота кислорода, является:
1) создание искусственных водоемов 3) сокращение площади лесов
2) орошение земель 4) осушение болот
А13. Какая функция живого вещества лежит в основе его способности аккумулировать химические элементы из окружающей среды?
1) газовая 3) концентрационная
2) окислительно-восстановительная 4) биогеохимическая
А14. В круговороте веществ и превращения энергии в биосфере наиболее активно участвует:
1) кислород 3) климат
2) живое вещество 4) тепло земных недр
Часть 2. Выберите несколько правильных утверждений.
В состав биосферы входят:
А. растения Г. бактерии
Б. биокосное вещество Д. биогенное вещество
В. живое вещество Е. косное вещество
Часть3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.
Каковы основные функции живого вещества биосферы?
Контрольная работа по теме «Биосфера»
Вариант № 5
Часть1.Ввыберите один правильный ответ.
А1. В сохранении многообразия видов растений и животных в биосфере большое значение имеет:
1) создание заповедников
2) расширение площади агроценозов
3) повышение продуктивности агроценозов
4) борьба с вредителями сельскохозяйственных растений
А2. Замкнутый, сбалансированный круговорот веществ в экосистеме служит причиной:
1) саморегуляции 3) изменения экосистемы
2) колебания численности популяции 4) устойчивости экосистемы
А3. Русский ученый В.И. Вернадский создал учение о:
1) биогеоценозах 3) биоритмах
2) ведущей роли живого вещества в биосфере 4) фотопериодизме
А4. Внедрение малоотходных технологий в промышленное производство позволяет:
1) защитить биосферу от загрязнения
2) повысить продуктивность агроценозов
3) ускорить круговорот веществ в биосфере
4) замедлить круговорот веществ в биосфере
А5. В хвойном лесу обитает множество видов, связанных между собой и с факторами неживой природы, поэтому его называют:
1) биосферой 3) биосферой
2)биогеоценозом 4) заказником
А6. Наибольшую роль в круговороте веществ играют(ет)
1) абиотические факторы 3) антропогенные факторы
2)ограничивающие факторы 4) живое вещество
А7. Изъятие человеком значительного количества биомассы из экосистемы делает круговорот веществ несбалансированным, что служит причиной:
1) нестабильной экосистемы 3) саморегуляции в экосистеме
2) стабильной экосистемы 4) увеличения численности популяции
А8. Масса живого вещества в биосфере очень мала, но она играет огромную роль в…
1)создании литосферы 3) создании Мирового океана
2)преобразовании вещества и энергии 4) образовании материков
А9. Отрицательные последствия воздействия человека на биосферу проявляются в:
1) изменении атмосферного давления
2) регулировании численности популяции промысловых животных
3) сокращении биоразнообразия
4) создании новых сортов растений и пород животных
А10. Изменение организмами в процессе жизнедеятельности среды обитания в экосистеме является причиной:
1)круговорота веществ 3) возникновения приспособлений у организмов
2) смены экосистем 4) возникновения новых видов
А11. Отходы промышленного производства – соли тяжелых металлов: свинца, кадмия – вызывают у людей отравления, рождение уродов, попадая в их организм:
1) в процессе размножения 3) с вдыхаемым воздухом
2) по цепям питания 4) со сточными водами
А12. Впервые название «Биосфера» было дано:
1) К Линнеем 3) В.И. Вернадским
2) Ж.Б. Ламарком 4) В.Н. Сукачевым
А13. Биосфера существует в основном за счет:
1) космической энергии и внутрипланетарной тепловой энергии
2) внутрипланетарной тепловой энергии
3) космической энергии
4) энергии Солнца
А14. Верхняя граница биосферы ограничена:
1) высотой полета птиц 3) озоновым слоем
2) высотой обнаружения спор 4) не имеет верхней границы
Часть 2. Выберите несколько правильных утверждений
К функциям живого вещества в биосфере относятся:
А. накопительная Г. концентрационная
Б. окислительно-восстановительная Д. газовая
В. проводниковая Е. окислительная
Часть3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.
Каковы причины устойчивости биосферы?
Контрольная работа по теме «Биосфера»
Вариант № 6
Часть1.Ввыберите один правильный ответ.
А1. Процесс периодического снижения численности популяции под воздействием экологических факторов до определенного предела и последующего ее повышения называют:
биологическим ритмом 3) саморегуляцией
круговоротом веществ 4) миграцией атомов
А2. Процесс разрушения редуцентами органических веществ до неорганических и возвращения их в окружающую среду – важное звено в:
обмене веществ 3) круговороте веществ
саморегуляции 4) сезонных изменениях в жизни организмов
А3. Массовая вырубка доминантных, средообразующих видов деревьев в лесу может привести к:
усилению круговорота веществ 3) удлинению цепей питания
возникновению цепей питания 4) смены экосистемы
А4. Кислотные дожди, которые образуются в результате загрязнения атмосферы оксидами азота и серы, приводят к:
улучшению минерального питания растений
гибели лесов в ряде регионов земного шара
улучшению водного обмена у растений
усилению фотосинтеза
А5. Фотосинтез и дыхание относят к функции живого вещества:
окислительно-восстановительной 3) биогеохимической
газовой 4) концентрационной
А6. Во многих странах мира созданы партии «зеленых», действия которых направлены на:
охрану биосферы 3) охрану прав человека на чистый воздух
отказ от применения любой техники 4) приостановку развития биосферы
А7. Экосистемы, в которых запрещен отстрел редких видов животных, сбор растений, называют:
заказником 3) сообществом
агроэкосистемой 4) лесопарком
А8. Большое видовое разнообразие, саморегуляция, сбалансированный круговорот веществ – это признаки:
агроэкосистемы 3) нестабильной экосистемы
устойчивой экосистемы 4) развития экосистемы
А9. В способности организмов превращать одни вещества в другие и образованием солей, оксидов состоит функция живого вещества:
газовая 3) запасающая
2) концентрационная 4) окислительно-восстановительная
А10. Биосфера как глобальная экосистема состоит из:
биотических и химических компонентов
биотических и мертвых компонентов
живых и химических компонентов
биотических и абиотических компонентов
А11. Живое вещество биосферы образованно совокупностью особей всех видов:
животных, включая человека 3) растений и человека
растений и животных 4) живых организмов, населяющих планету
А12. Биогенная миграция атомов называется… круговоротом:
биохимическим 3) биогеохимическим
химическим 4) биологическим
А13. Все виды растений и животных и их природная среда охраняется в:
заповедниках 3) заказниках
биогеоценозах 4) природных парках
А14. Несмотря на постоянное использование растениями неорганических веществ, поглощаемых из почвы, запас их в почве не иссякает, так как происходит:
обмен веществ 3) круговорот веществ
смена биогеоценозов 4) саморегуляция
Часть 2. Выберите несколько правильных утверждений
К газовой функции живого вещества относятся следующие процессы:
А. возвращению молекулярного азота в атмосферу бактериями
Б. усвоение молекулярного азота атмосферы клубеньковыми бактериями
В. способность накапливать в клетках хвощей и осок определенное вещество
Г. процесс дыхания
Д. накопление йода в клетках морской водоросли ламинарии
Е. аккумулирование химических веществ в клетках организмов
Часть3. Дайте развернутый ответ на следующий вопрос.
Поясните основное различие идей А.И.Опарина и Дж.Холдейна о происхождении жизни.
Ключ ответов к тестам по биосфере.
номер вопроса
вариант
1,4
2,5
3,6
А1
А2
А3
А4
А5
А6
А7
А8
А9
А10
А11
А12
А13
А14
Задание 2
БВДЕ
БГД
АБГ
КРИТЕРИИ ОЦЕНИВАНИЯ:
Часть1. За каждый правильный ответ 1 балл (всего 14 баллов)
Часть2. За каждый правильный ответ 0.5баллов (всего 3 балла)
Часть1. 1 – 3 балла
Максимальное количество баллов - 20
ШКАЛА ПЕРЕВОДА БАЛЛОВ В ОТМЕТКУ
«2»
«3»
«4»
«5»
0 – 10б.
11 – 14б.
15 – 17б.
18 – 20б.
Популяция - совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся между собой, дающих плодовитое потомство и каким-либо образом изолированных от других популяций. Популяция является структурной единицей вида и единицей эволюции.
Ареал - область распространения популяции.
В зависимости от величины ареала и характера распространения различают космополитов, убиквистов, эндемиков.
Космополиты - виды растений и животных, представители которых встречаются на большой части обитаемых областей Земли (муха, крыса).
Убиквисты - виды растений и животных с широкой экологической валентностью, способны существовать в разнообразных условиях среды, имеют обширные ареалы (тростник обыкновенный, волк).
Эндемики - виды растений и животных, которые имеют небольшие ограниченные ареалы. Встречаются они на островах океанического происхождения, в горных районах и т.д.
Показатели популяции бывают статические и динамические. К статическим относят численность и плотность, а к динамическим - рождаемость, смертность, скорость роста популяции.
Комплекс свойств популяции, направленных на повышение вероятности выживания и оставления потомства, называется экологической стратегией выживания. Выделяют r- стратеги (r- виды, r-популяции) и К-стратеги (К –виды, К-популяции).
Популяции бывают перманентные (постоянные) и темпоральные (временные).
Перманентные - популяции, относительно устойчивые в пространстве и во времени, способные к неограниченно длительному самовоспроизведению.
Темпоральные - популяции неустойчивые в пространстве и во времени, неспособные к длительному самовоспроизведению, с течением времени либо преобразуется в перманентные, либо исчезают.
По способу размножения популяции делят на панмиктические, клональные и клонально-панмиктические. Панмитические популяции состоят из особей, размножающихся половым путем, для них характерно перекрестное оплодотворение. Клональные полуляции состоят из особей, для которых характерно только бесполое размножение. Клонально-панмиктические популяции образованы особями с чередованием полового и бесполого размножения.
Контрольные вопросы
1. Что такое популяция?
2. Какие показатели популяции вы знаете?
3. Что такое экологическая стратегия выживания?
4. Какие группы популяции вы знаете в зависимости от их характера распространения?
5. Назовите характерные особенности r- и К- видов.
6. Какие вы знаете популяции по самовоспроизведению и по способу размножения?
7. Что такое численность и плотность популяции?
Тема 1.4 Экология сообществ и экосистем
Биоценоз (сообщество) – совокупность популяций разных видов обитающих на определенной территории. Понятие «биоценоз» ввел Мебиус (1877). Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный – зооценозом, микробный – микробоценозом. Ведущим компонентом в биоценозе является фитоценоз, который определяет каким будет зооценоз и микробоценоз. Различают видовую, пространственную и экологическую структуру биоценоза. Видовая структура – число видов, образующих биоценоз и соотношение их численности или массы.
Пространственная структура – распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонтали).
Экологическая структура – соотношение организмов разных экологических групп.
Биотоп – определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва).
Биогеоценоз – совокупность биоценоза и биотопа. Термин «биогеоценоз» предложен российским ученым В.Н.Сукачевым. Экосистема – система живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ. Термин «экосистема» предложил английский ученый А.Тенсли (1935).
«Экосистема» и «биогеоценоз» - понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз - это экосистема в границах фитоценоза. Каждый биогеоценоз - это экосистема, но не каждая экосистема - биогеоценоз. Экосистема - понятие более общее. Единая экосистема нашей планеты называется биосферой.
Типы связей между организмами бывают трофические, топические, форические, фабрические.
Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другим.
Топические - проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида.
Форические - один вид участвует в распространении другого вида.
Фабрические – один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида.
Различают следующие функциональные группы организмов в экосистеме: продуценты, консументы, редуценты, детритофаги.
Пищевые цепи бывают двух типов: пастбищные и детритные.
Пищевые цепы можно представить в виде экологических пирамид: пирамида чисел (пирамида Элтона), пирамида биомасс, пирамида энергии (продукции).
Биологическая продукция (продуктивность) - прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу времени.
Биологическая продуктивность бывает первичная и вторичная. Первичная делится на валовую и чистую. Масса организмов определенной группы или сообщества в целом называется биомассой.
Контрольные вопросы
1. Дайте определения понятий биоценоз, биотоп, биогеоценоз, экосистема.
2.В чем отличие понятий биогеоценоз, экосистема?
3. Какие структуры биоценоза вы знаете? Охарактеризуйте их?
4. Какие различают типы связей между организмами?
5. Какие различают взаимоотношения между организмами?
6. Какие выделяют типы пищевых цепей?
7. Какие типы экологических пирамид выделяют?
I. Популяции различных видов существуют в природе не обособленно, а связаны между собой разнообразными взаимосвязями. Благодаря этому формируются сообщества - определенные совокупности популяций разных видов, взаимосвязанных между собой. Каждый вид может существовать в форме популяций только благодаря связям с популяциями других видов. В результате этих взаимосвязей между видами, населяющими участок местности с однородными условиями существования, формируются биоценозы.
Биоценоз - сообщество взаимосвязанных между собой популяций организмов различных видов, населяющих участок местности с однородными условиями обитания. Основу биоценозов составляют фотосинтезирующие организмы (преимущественно зеленые растения). Растительный компонент биоценоза сообщества - фитоценоз - определяют границы биоценоза (например, биоценоз соснового леса, ковыльной степи). Водные биоценозы расположены в однородных участках водоемов (например, биоценозы приливно-отливной зоны). Каждый биоценоз характеризуется определенным видовым разнообразием, биомассой, продуктивностью, плотностью видовых популяций, площадью или объемом, которые он занимает.
Видовое разнообразие биоценоза определяется видовым богатством - количеством видов, популяции которых входят в его состав и выравненностью - соотношением между численностью популяций каждого из них. Существуют биоценозы с незначительным (пустыни, тундра) и богатым (тропические леса, коралловые рифы) видовым разнообразием. Виды, входящие в состав биоценоза, имеют разную численность. Наиболее многочисленные виды называют доминирующими . Они определяют характер биоценоза в целом (например, виды ковыля в ковыльной степи, дуб и граб в дубово-грабовом лесу).
Биомасса биоценоза - суммарная масса особей разных видов в перерасчете на единицу площади или объема. Каждый биоценоз характеризуется определенной продуктивностью - биомассой, созданной за единицу времени. Различают продуктивность первичную и вторичную. Первичная продуктивность - это биомасса, созданная за единицу времени автотрофными организмами, вторичная - гетеротрофными.
II. Каждый биоценоз имеет определенную структуру: видовую, пространственную, экологическую.
1. Видовая структура обусловлена как видовым разнообразием.
2. Пространственная структура определяется, в первую очередь, пространственным расположением разных видов растений - ярусностью . Различают надземную и подземную ярусность . Надземная ярусность снижает конкуренцию растений за свет: верхние ярусы занимают, как правило, светолюбивые виды, а нижние - теневыносливые и тенелюбивые. Аналогично подземная ярусность снижает конкуренцию за воду и минеральные вещества. Ярусное расположение растений влияет также и на пространственное расположение популяций животных, которые трофически или пространственно связаны с растительностью.
3. Экологическая структура определяется определенным соотношением популяций разных экологических групп организмов (их жизненных форм). Как вы уже помните, по типу питания все организмы делят на автотрофы, гетеротрофы и миксотрофы. Миксотпрофы - организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических и потреблять готовые органические вещества (эвглена зеленая, хламидомонада и др.).
В свою очередь, среди гетеротрофов по характеру питания выделяют следующие группы:
- сапротрофы - организмы, питающиеся остатками других организмов или продуктами их жизнедеятельности.
- хищники - животные (иногда растения), которые ловят, умерщвляют и поедают других животных.
- фитофаги – организмы, питающиеся растениями.
Гетеротрофные организмы, способные питаться разной по происхождению пищей, называют полифагами . Например, бурый медведь питается и как хищник, и как фитофаг; широкий спектр кормов и у таких животных, как кабан, серая крыса, рыжий таракан и другие.
III. Все популяция организмов, входящие в состав определенного биогеоценоза, между собой взаимосвязаны. Связи между популяциями разных видов в биоценозе можно разделить на антагонистические, мутуалистические и нейтральные.
Например, на протяжении XX столетия на территории Украины наблюдалось вытеснение широкопалого речного рака узкопалым. Первый из них, доминировавший в водоемах в начале века, теперь встречается только в реках северной части страны и занесен в Красную книгу Украины. После массовой гибели широкопалого рака в результате вирусного заболевания (рачьей чумы) в пресных водоемах его место занял узкопалый речной рак. Этот вид оказался более стойким к всё возрастающему антропогенному влиянию: он менее требователен к чистоте воды, содержанию в ней кислорода и более плодовитый.
При нейтральных взаимосвязях существование на общей территории популяций двух видов каждый из них не ощущает на себе непосредственного отрицательного или положительного влияния другого. Например, хищники, которые питаются разными видами добычи, не конкурируют между собой.
При мутуалистических (взаимовыгодных)взаимосвязях каждый из взаимодействующих видов получает пользу. Примеры мутуализма (бактериальные клубеньки на корнях бобовых растений, микориза др.) были детально рассмотрены на вводной лекции.
Следовательно, между популяциями разных видов, входящих в состав определенного биоценоза, возникают сложные и разнообразные взаимосвязи, которые могут быть более или менее тесными. Их совокупность обеспечивает функционирование биоценоза как единой целостной системы и его саморегуляцию.
IV. Популяции видов, входящих в состав биоценоза, тесно связаны не только между собой, но и с условиями физической среды обитания (то есть неживой природой). В частности, они получают из окружающей среды вещества, необходимые для обеспечения их жизнедеятельности и выделяют туда конечные продукты обмена веществ. Таким образом, сообщества организмов образуют с физической средой обитания единую функциональную систему - экосистему.
Понятие «экосистема» предложил з 1935 году английский эколог Артур Джордж Тенсли (1871-1955). Экосистемы он рассматривал как функциональные единицы природы нашей планеты, которые могут охватывать любые участки биосферы. Экосистема - совокупность популяций организмов различных видов, взаимодействующих между собой и с неживой природой таким образом, что внутри системы возникают потоки энергии и круговорот веществ. Это обеспечивает ее функционирование как единой целостной многокомпонентной системы.
В 1940 году российский эколог Владимир Николаевич Сукачев предложил понятие «биогеоценоз». Биогеоценоз - определенная территория с более или менее однородными условиями обитания, населенная взаимосвязанными популяциями различных видов, объединенных между собой и физической средой обитания круговоротом веществ и потоками энергии. Основой любого биогеоценоза являются фотосинтезирующие организмы.
Таким образом, понятия «экосистема» и «биогеоценоз» достаточно близки, но не тождественны. Биогеоценоз, в отличие от экосистемы, понятие более конкретное, поскольку он занимает участок местности с однородными условиями обитания и с определенным растительным сообществом.
V. Поскольку биогеоценоз - это совокупность популяций живых организмов, которые взаимодействуют между собой и физической средой обитания, в нем выделяют биотическую (совокупность популяций организмов - биоценоз ) и абиотическую (условия физической среды обитания – биотоп ) части.
В состав абиотической части входят такие компоненты:
Неорганические вещества (углекислый газ, кислород, вода и т.д.), которые благодаря деятельности живых организмов включаются в круговорот;
Органические вещества (остатки живых организмов или продукты их жизнедеятельности), связывающие воедино абиотическую и биотическую части биогеоценоза;
Климатический режим, или микроклимат (среднегодовая температура, количество осадков и т.д.), который определяет условия существования организмов.
Биотическую часть биогеоценоза составляют разные экологические группы организмов, объединенных между собой пространственными и трофическими связями:
- продуценты - популяции автотрофных организмов, способных синтезировать органические вещества из неорганических (фототрофные или хемотрофные организмы);
- 
редуценты
- популяции организмов, питающихся мертвой органикой, разлагая ее до неорганических соединений (разнообразные бактерии, грибы).
VI . Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. В подавляющем большинстве случаев (за исключением некоторых глубоководных морских сообществ) основным источником поступающей в биогеоценоз энергии является солнечный свет. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Часть усвоенной энергии растения используют на обеспечение собственных процессов жизнедеятельности, а часть - запасают в виде синтезированных ими органических соединений. Организмы, питающиеся зелеными растениями, также запасают только часть энергии, полученной с пищей, а остальную рассеивают в виде тепла, расходуют на процессы жизнедеятельности. Подобное происходит и при поедании растительноядных видов хищниками и т.д.
Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания - углекислый газ, вода и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне.
Мы можем представить ряд организмов, в котором особи одного вида, их остатки или продукты жизнедеятельности служат объектом питания для организмов другого. Такие ряды организмов называют цепями питания . Каждая цепь питания состоит из определенного количества звеньев (то есть определенного числа видов). При этом каждый из этих видов занимает в цепи питания определенное положение, или трофический уровень. Существует два типа цепей питания: пастбищный и детритный .
В начале цепи питания пастбищного типа находятся продуценты (то есть автотрофные организмы). Трофический уровень консументов (гетеротрофных организмов) определяется количеством звеньев, через которые они получают энергию от продуцентов. Трофический уровень, или порядок консументов, обычно обозначается римскими цифрами.
Часть биомассы погибших продуцентов, которую не утилизировали консументы (например, лиственный опад), а также остатки или продукты жизнедеятельности самих консументов (например, трупы, экскременты животных) составляют кормовую базу редуцентов. Редуценты получают необходимую им энергию, разлагая в несколько этапов органические соединения до неорганических. Однако и сами редуценты могут послужить пищей консументам I-го порядка, тех в свою очередь могут съесть консументы II-го порядка и т. д. Это уже цепь питания детритного типа , которая начинается не от продуцентов, а от мертвых органических остатков – детрита.
Так как при передаче энергии от низшего трофического уровня на более высокий большая ее часть рассеивается в виде тепла, количество звеньев в цепи питания ограничено (обычно не превышает 4-6) и круговорот энергии в биогеоценозе, в отличие от круговорота веществ, невозможен. Для нормального функционирования биогеоценоза необходимо постоянное поступление определенного количества энергии извне, которое компенсирует ее потери живыми организмами. Следовательно, основу любого биогеоценоза должны составлять автотрофные организмы, способные улавливать энергию солнечного света (или энергию земных недр посредством выделяющихся из них веществ в случае хемотрофных организмов) и переводить ее в энергию химических связей синтезированных ими органических соединений.
В любом биогеоценозе различные цепи питания не существуют отдельно одна от другой, а переплетаются. Это происходит потому, что организмы одного вида могут быть звеньями различных цепей питания. Например, особи одного вида птиц могут питаться как растительноядными (консументы II порядка), так и хищными видами насекомых (консументы III и т.д. порядков). Переплетаясь, разные цепи питания формируют трофическую сеть биогеоценоза . Трофические сети обеспечивают устойчивость биогеоценозов, поскольку при уменьшении численности одних видов (или даже при полном их исчезновении из биогеоценоза) виды, которые ими питаются, могут переходить на другие объекты питания, в результате чего суммарная продуктивность биогеоценоза остается стабильной.
Для всех цепей питания присуши определенные соотношения расходуемой и запасаемой продукции (то есть биомассы с заключенной в ней энергией) на каждом иp трофических уровней. Эти закономерности получили название правила экологической пирамиды : на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени, значительно больше, чем на последующем (в среднем, в 5-10 раз).
Графически это правило можно изобразить в виде пирамиды, составленной из отдельных блоков. Каждый блок такой пирамиды соответствует продуктивности организмов на каждом из трофических уровней цепи питания. То есть, экологическая пирамида является графическим отображением трофической структуры цепи питания. Различают разные типы экологических пирамид, в зависимости от того, какой показатель положен в ее основу. Так, пирамида биомассы отображает количественные закономерности передачи по цепи питания массы органического вещества; пирамида энергии - соответствующие закономерности передачи энергии от одного звена цепи питания к последующему. Разработана и пирамида чисел , отображающая количество особей на каждом из трофических уровней цепи питания.
