Жизнедеятельность в биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вопрос 4. Дайте определения разделов, входящих в дисциплину «Общая экология»

"Общая экология" представляет собой совокупность следующих разделов:

- Биоэкология - дисциплина, изучающая отношение организмов (особей, популяций, биоценозов) между собой и окружающей средой.

-Геоэкология - дисциплина, изучающая законы взаимодействия литосферы и биосферы, с учетом деятельности человека, в т.ч. роль геологических процессов в функционировании экосистем.

- Экология человека - наука о взаимоотношении человека со средой обитания в различных аспектах (экономическом, техническом, физико-техническом, социально психологическом) и призвана определить оптимальные условия существования.

- Прикладная экология - изучение механизмов разрушения биосферы человеком, способов предотвращения этого процесса и разработка принципов рационального использования природных ресурсов без деградации среды жизни.

• В состав биоэкологии входят разделы:

Аутэкология - раздел экологии изучающий взаимодействие отдельного организма с отдельными элементами окружающей среды (от греческого аутос - сам).

Демэкология - раздел экологии изучающий взаимоотношения группы особей одного вида и окружающей средой (дем- группировка).

Синэкология - раздел экологии изучающий сосуществование групп организмов, находящихся в единстве.

Экология биоценозов - раздел экологии изучающий исторически сложившиеся совокупности растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп) и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами окружающей среды.

Эволюционная экология - раздел экологии, исследующий экологические аспекты эволюции. Раздел является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма, а также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и др.

• В состав геоэкологии входят разделы:

Экология географических сред_- изучает крупные геосистемы, географические процессы с участием живых систем их среды.

Экология геологических сред - является синтезом целого ряда наук. Объединяет исследования состава, строения, свойств физических и геохимических полей геосфер Земли; изучает географические, геологические, почвенные факторы и их влияниена среду обитания человека и других организмов.

• В состав экологии человека входят разделы:

Биоэкология человека - раздел о взаимоотношении человека со средой обитания в биологическом аспекте.

Социальная экология - наука, изучающая условия и закономерности взаимодействия общества и природы. Социальная экология подразделяется на экономическую, демографическую, урбанистическую, футурологическую (определяющую перспективы развития системы "Общество - Природа") и правовую экологии.

Медицинская экология (экологическая медицина) -- новое направление медицинской науки, рассматривающей взаимодействие между факторами риска внешней среды и здоровьем человека.

Экология духа (души) - раздел психологии, касающийся изучения особенностей восприятия окружающей природы конкретным человеком и обществом.

• В состав прикладной экологии входят разделы:

Инженерная экология - раздел, представляющая собой систему научно обоснованных инженерно-технических мероприятий, направленных на сохранение качества окружающей среды в условиях растущего промышленного производства. Инженерная экология возникла на стыке технических, естественных и социальных наук. Одной из основных задач инженерной экологии является создание инженерных методов исследования и защиты окружающей природной среды. В этом аспекте особую значимость имеет комплексный подход к проблеме инженерно-экологического обеспечения производственных предприятий на основе единой методологии, с учетом последних достижений в различных отраслях знаний.

Сельскохозяйственная экология - раздел изучающий создаваемые человеком сельскохозяйственные экосистемы.

Экология ПТГС - природно-технических геосистем. Под ПТГС понимается: совокупность взаимодействующих природных и искусственных объектов, образующихся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природной средой.

Экологический менеджмент можно определить как процесс и результат деятельности предприятий, направленной на улучшение экологических целей производства, определяемых экологической политикой этих предприятий. На практике экологический менеджмент зависит от заинтересованности руководства предприятия и его персонала в результатах деятельности предприятия. Представляет собой систематически совершенствуемую из года в год деятельность предприятия по предотвращению воздействия производственных факторов на окружающую среду.

Вопрос 17. Какие формы изменчивости существуют

Изменчивость - это возникновение индивидуальных различий. На основе изменчивости организмов появляется генетическое разнообразие форм, которые в результате действия естественного отбора преобразуются в новые подвиды и виды.

Форма изменчивости:

Характеристика	Модификационная изменчивость	Мутационная изменчивость
Объект изменения	Фенотип в пределах нормы реакции	Генотип
Отбирающий фактор	Изменение условии окружающей среды	Изменение условии окружающей среды
Наследование признаков	Не наследуются	Наследуются
Подверженность изменениям хромосом Подверженность изменениям молекул ДНК	Не подвергаются	Подвергаются при хромосомной мутации Подвергаются в случае генной мутации
Значение для особи	Повышает или понижает жизнеспособность, продуктивность, адаптацию	Полезные изменения приводят к победе в борьбе за существование, вредные -- к гибели
Значение для вида	Способствует выживанию	Приводит к образованию новых популяций, видов и т. д. в результате дивергенции
Роль в эволюции	Приспособление организмов к условиям среды	Материал для естественного отбора
Форма изменчивости	Определенная(групповая)	Неопределенная(индивидуальная), комбинативная
Подчиненность закономерности	Статистическая закономерность вариационных рядов	Закон гомологических рядов наследственной изменчивости

Вопрос 4. Дайте характеристику поверхности Мохоровичича

Поверхности Мохоровичича - названа по имени хорватского геофизика Андрея Мохоровичича (1857-1936), впервые выявившего ее в 1909 г.

Нижняя граница земной коры проходит по границе (поверхности) Мохоровичича - зоне, в которой происходит резкий скачок скоростей сейсмических волн. Продольных с 6,7-7,6 км/сек до 7,9-8,2 км/сек., а поперечных - с 3.6-4.2 км/сек до 4,4-4,7 км/сек.

Для этой же области характерно резкое увеличение плотности вещества - с 2,9-3 до 3,1-3,5 т/м³. То есть на границе Мохоровичича менее упругий материал земной коры заменяется более упругим веществом верхней мантии.

Наличие поверхности Мохоровичича установлено для всего Земного шара на глубине 5-70 км. По всей видимости, данная граница разделяет слои с разным химическим составом.

Поверхность Мохоровичича повторяет рельеф земной поверхности, являясь его зеркальным отражением. Под океанами она выше, под континентами - ниже.

Вопрос 17. Роль Ж.Ламарка в создании учения о биосфере

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Жан Батист Ламарк (1744-1829) - французский естествоиспытатель, натуралист, создатель первой целостной, последовательно разработанной теории эволюции живой природы, предшественник Чарльза Дарвина. Ж. Ламарк первым пришел к представлениям о биосфере как о поверхностной оболочке Земли. Рассматривая жизнедеятельность организмов, в которых наиболее сильно действуют флюиды магнетизма и электричества, в качестве геологического фактора в истории Земли, он указал на их значение в создании всех веществ на поверхности планеты. Согласно Ламарку, вся поверхность Земли, водные массы и атмосфера - это огромное поле деятельности Природы, а один из наиболее очевидных результатов этой деятельности -- постоянно происходящее разрушение разнообразных сложных веществ. В рамках развиваемой концепции такое разрушение само по себе не нуждается в каких-либо дополнительных объяснениях, поскольку происходит в силу «внутренних» (или «естественных») причин.

Ламарк утверждал, что у живых тел обнаруживаются все сложные неорганические вещества, встречающиеся в природе, и что в местах, не заселенных организмами, минералы весьма однородны. В «Гидрогеологии» Ламарк все минералы земной коры, включая даже граниты, рассматривал как продукты жизнедеятельности организмов.

Ламарк примыкал к деистической форме материализма. (Деисты, критикуя религию - библейские представления, утверждали, что все явления природы происходят по естественным законам и отвергали непосредственное вмешательство бога в дела природы.). Он признавал бога лишь в качестве безличной первопричины мира. В отличие от сторонников креационизма -К. Линнея и Ж. Кювье, считавших, что виды животных и растений были созданы творцом и потому имеют качественно-определенные грани, в отличие от этого деист Ж. Ламарк: считал, что виды организмов возникают и развиваются по законам природы, причем между видами объективных граней не существует, и они незаметно переходят одни в другие. Ламарк в своем толковании природы выступает как ученый и философ-материалист.

Кроме того, Ламарк устанавливает существенные различия между животными и растениями, считая раздражимость исключительной способностью первых.

Исторической заслугой Ламарка является установление важных законов материалистической биологии о влиянии упражнения и неупражнения органов на их развитие (первый закон) и о наследовании приобретенных в течение жизни свойств и признаков (второй закон).

В 1775 г. Ламарк вполне определился как естествоиспытатель и в первую очередь ботаник. Он, используя систему Линнея, и предложения по естественной системе Жюссье и Турнефора, создал новую, свою систему. Эта система была доступной и выгодно отличалась новшествами, внесенными Ламарком - впервые примененные дихотомические таблицы для определения растений. Эти таблицы чрезвычайно облегчали определение растений и делали его доступным для начинающих. В своей работе «Флора Франции» Ламарк описывает принципы ботаники и органографию растений. Ученый, говоря о причинах изменчивости растений, в противоположность своим взглядам на изменчивость животных, указывает, что, так как растения не имеют собственных «привычек», то все достигается изменениями, вызываемыми в питании, в зависимости от «поглощения и испарения» и количества получаемого тепла, света, воздуха и влаги.

Ламарк, в своих работах неоднократно говоря о соотношениях организма и среды, формы и функции, указывает, что «все, что приобретено, намечено или изменено в организме данных особей, в течение их жизни, сохраняется наследственностью и передается новым особям, происходящим от тех, которые испытали эти перемены». Это конечно первые Ламарковские формулировки того явления, которое позже стали называть «наследование приобретенных признаков». В научном труде ("Философия зоологии") впервые были поставлены все основные проблемы эволюции: реальность видов и пределы их изменчивости, роль в эволюции внешних и внутренних факторов, направленность эволюции, причины развития у организмов адаптаций и так далее. Ламарк придал реальное содержание представлениям о иерархии организмов, их сродстве. В качестве доказательств Ламарк использовал географическую изменчивость и отсутствие твердых границ между видами и разновидностями.

Замечательным в системе Ламарка является то, что он к классу млекопитающих, к классу животного царства, отнес и человека, выделив его в особое семейство двуруких. Ламарк допускает, что предком человека были высшие обезьяны; процесс превращения обезьяны в человека слагается из нескольких моментов: прямохождение, изменение в строении лицевых костей и зубов вследствие изменения функции челюстей - хватательной в жевательную, необходимость общения между широко расселившимися особями привела к появлению речи.

В разделении животных этой схемы на бесчувственных, чувственных и разумных нашли свое отражение физиологические и зоопсихологические взгляды Ламарка. Ламарк первым разделил нервную систему на систему ощущений с центростремительными токами и систему двигательную с токами центробежными.

Много сделано Ламарком в области изучения внешних геологических факторов. Он прекрасно отмечает подготовительную работу процессов выветривания, явления переноса рыхлого материала, полученного в результате выветривания горных пород, а также значение эрозионных процессов для формирования рельефа земной поверхности. Следовательно, Ламарк объясняет образование рельефа земной поверхности путем эрозионных процессов. Что же касается вертикальных движений земной коры, то он их или совсем не признавал или считал их роль в образовании рельефа незначительной. Ламарк вооружается против представления о всеобщих катастрофах, уничтожавших органический мир на земной поверхности. «На земле, на которой мы живем, все подвержено постоянным и неизбежным изменениям, которые лежат в самом существе явлении. Они происходят с большой быстротой или медленно, сообразно природе, состоянию или положению данного объекта. Тем не менее, в какой-то промежуток времени они происходят. Для природы время - ничто и не является затруднением. Времени у нее всегда много, и для нее это безграничный способ создавать крупнейшие явления, как и самые малые. Изменения, которым подвластны все явления мира, не только касаются формы и природы вещей, но они сопровождаются также изменениями массы и даже изменениями положения.».

Ламарк один из первых останавливается на исключительной роли организмов в образовании горных пород. Он правильно оценил роль рифообразующих организмов, к которым он относил кораллы и всевозможные моллюски.



Вопрос 4. Дайте характеристику хищничеству как биотическому фактору на своем примере

Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную. Хищники часто нападают на слабые жертвы. Посредством данного биотического фактора поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва- хищник.

Примером хищничество являются пауки, питающиеся насекомыми. Кубинский паук-птицеед. Пауки встречаются повсюду, кроме полярных областей. Крупные виды (длина до 10 см) нападают на мелких позвоночных, включая птенцов птиц. Все пауки ядовиты (их слюна содержит яд, подобный кураре - он парализует жертву), но для человека не опасны (чтобы яд причинил вред, нужно, чтобы он попал в кровь, а прокусить кожу науки не способны). Только некоторые виды (черная вдова, каракурт, тарантул) представляют опасность, но все же укус их, как правило, не смертелен. В целом пауки приносят гораздо больше пользы чем вреда, поедая насекомых. Люди, живущие в тропиках, специально разводят некоторые виды пауков у себя в домах. Днем науки обычно прячутся, а ночью очищают квартиру от надоедливых насекомых.

Как правило, хищник не может полностью истребить жертву. В большинстве случаев наблюдают сопряженные (согласованные между собой) колебания численности обеих популяций. Рассмотрим это на примере цикла колебаний численности зайца-беляка и рыси.

Достоверно установлено, что популяции зайцев достигают пика численности через каждые 9 лет; вслед за этим численности популяций рыси также достигают ника. Однако затем численность популяций зайца резко сокращается. Первоначально эту закономерность объясняли тем, что рыси в определенный момент съедают слишком много пищи (зайцев), превышая поддерживающую емкость среды, что ведет к сокращению численности самой рыси, и весь цикл повторяется заново.

Позже в регионах, где рысь истреблена, была обнаружена точно такая же цикличность изменения численности зайцев. Таким образом, было установлено, что численность зайцев (пищевой ресурс) контролирует численность рыси, а не наоборот.

Вопрос 17. Дополнения Ю. Одума к закону толерантности

• организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;

• в организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

• диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;

• многие факторы среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения.

* оптимальные значения экологических факторов для организмов в природе и в лабораторных условиях (в силу существенной их изоляции), зачастую, оказываются различными (гипотеза компенсации экологических факторов); что тесно связано с различением фундаментальной и реализованной экологической ниши;



Вопрос 26. Влияние освещенности земной поверхности на жизнедеятельность в биосфере

Жизнедеятельность всех организмов зависит от освещенности, влажности, температуры, характера почвенного покрова.

Освещенность - экологический фактор, характеризующийся интенсивностью и качеством лучистой энергии Солнца, которая используется фотосинтезирующими зелеными растениями для создания растительной биомассы. Солнечный свет, достигающий поверхности Земли. - основной источник энергии для поддержания теплового баланса планеты, водного обмена организмов, создания и превращения органического вещества автотрофным звеном биосферы, что в конечном итоге делает возможным формирование среды, способной удовлетворять жизненные потребности организмов.

Биологическое действие солнечного света обусловливается его спектральным составом, интенсивностью, суточной и сезонной периодичностью. Сезонные и суточные изменения освещенности являются самыми точными часами, ход которых четко закономерен и практически не изменился в течение последнего периода эволюции.

Благодаря этому появилась возможность искусственного регулирования развития животных и растений. Например, создание растениям в теплицах, оранжереях или парниках светового дня длительностью 12-15 ч позволяет даже зимой выращивать овощные культуры, декоративные растения, ускорять рост и развитие рассады. Наоборот, затенение растений летом ускоряет появление цветков или семян позднецветущих осенних растений.

Продолжением дня за счет искусственного освещения зимой можно увеличить период яйцоностности кур, гусей, уток, регулировать размножение пушных зверей на зверофермах. Огромную роль играет световой фактор и в других жизненных процессах животных. Прежде всего он является необходимым условием видения, их зрительной ориентации в пространстве в результате восприятия органами зрения прямых, рассеянных или отраженных от окружающих предметов световых лучей. Велика информативность для большинства животных поляризованного света, способности различать цвета, ориентироваться по астрономическим источникам света в осенних и весенних миграциях птиц, в навигационных способностях других животных.

На основе фотопериодизма у растений и животных в процессе эволюции выработались специфические годичные циклы периодов роста, размножения, подготовки к зиме, которые получили название годичных или сезонных ритмов. Эти ритмы проявляются в изменении интенсивности характера биологических процессов и повторяются с годичной периодичностью. Совпадение периодов жизненного цикла с соответствующим временем года имеет огромное значение для существования вида. Сезонные ритмы обеспечивают растениям и животным наиболее благоприятные условия для роста и развития.

Более того, физиологические процессы растений и животных находятся в строгой зависимости от суточной ритмичности, что выражается определенными биологическими ритмами. Следовательно, биологические ритмы - это периодически повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений. У растений биологические ритмы проявляются в суточном движении листьев, лепестков, изменении фотосинтеза, у животных - в колебании температуры, изменении секреции гормонов, скорости деления клеток и т. д. У человека также наблюдаются суточные колебания частоты дыхания, пульса, артериального давления, бодрствования и сна и др.



Вопрос 4. Приведите несколько примеров гиперпространственной ниши для рыб, птиц, млекопитающих

В структуре экологической ниши выделяют три составляющие: пространственная ниша, трофическая ниша, многомерная ниша.

Многомерная (гиперпространственная) экологическая ниша - диапазон всех условий, при которых живет и воспроизводит себя популяция.

Многомерная ниша - это область в гиперпространстве, измерениями которого служат различные экологические факторы; она охватывает диапазоны толерантности по каждому фактору-измерению. Такой акцент исключает из рассмотрения функциональный и поведенческий аспекты ниши.

Внутри биоценоза в результате борьбы за существование происходит специализация видов и расхождение их по разным экологическим нишам. Г. Хатчинсон (1965) определяет экологическую нишу как гиперобъем в n-мерном пространстве множества экологических факторов.

Если в некоем гиперпространстве экологических факторов оказались виды с одинаковыми требованиями к условиям существования, между ними начинается жесткая конкуренция, которая может привести к трансформации этих организмов в новые виды, приспособленные к жизни в разных экологических ниша.

Дунайский лосось - прохладная, чистая, хорошо снабжаемая кислородом вода. Наиболее благоприятной для него является температура воды 15--20 °С, но при достаточном насыщении её кислородом (до 8-9 мг/л) может выдерживать температуру до 22 °С. pH воды 6,5-8.Нерестилищами являются горные потоки глубиной 0,3--1,2 м. Здесь, на чистом галечном дне, где скорость течения достигает 0,6--1 м/с, самки выкапывают гнёзда -- овальные ямы.

Налим - при "благоприятных" для налима условиях - температуре воды не более 10-12 °С, северном ветре, резких скачках атмосферного давления - он активно передвигается на расстояние 250-300 метров. При потеплении воды перемещение налима - не более 10-20 метров. Если температура воды превысит 15°, он уходит в более защищенные от солнца места и впадает в своего рода спячку, при этом может не принимать пищу целыми неделями. Количество растворенного кислорода в воде должна быть 5-7 мг/л. Нерест протекает в самые сильные морозы гораздо активнее, а при оттепелях растягивается почти на месяц. В средней полосе обычно начинается в первой декаде января.

Сомик-зебра- Наилучший диапазон жизненных условий: общая жесткость -- до 12°, карбонатная -- не более 30 процентов общей, pH 6,2--7,5, температура 26--28° С.

Фламинго - щелочные и соленые озера, становятся любимейшим местом обитания фламинго. Терпеливость к агрессивной среде объясняется некоторыми отличительными особенностями фламинго. На их ногах плотная кожа, которая защищает от агрессивной среды. Чтобы вывести потомство, фламинго ждут сезона дождей. Проливной дождь не только защищает их от хищников, но и обеспечивает строительным материалом. Фламинго сооружают гнезда на мелководье, располагая их близко друг от друга.

Слон - средняя температура мест обитания индийского слона, составляет более чем 35 градусов выше ноля. Размножение слонов не связано с определённым сезоном, однако большинство отёлов приходится на середину сезона дождей. В засушливые периоды или в скученных условиях обитания половая активность снижается, самки не овулируют.

Вопрос 17. Классификация популяций

Популяции различаются по размерам и степени генетической самостоятельности, длительности существования, способу размножения особей и т.д. Выделяют популяции:

• Независимая - распоряжается достаточным потенциалом рождаемости, который дает возможность пополнять потери ее численности и долго существовать без миграций особей извне.

• Полузависимая - может существовать размножению собственных особей в условиях низкой численности. Иммиграция извне чувствительно влияет на последствия заселения.

• Зависимая - эта популяция, в которой рождаемость не покрывает потерь численности, такая популяция не существует без миграции извне.

• Псевдопопуляция - группа особей какой-либо популяции, которая не имеет возможности размножаться в данном месте и которая образуется благодаря миграции особей соседних сообществ, такие популяции могут существовать долго, участвовать в био- ценотических процессах, но без возможного расширения.

• Периодическая -- популяция, появляющаяся в незаселенных биотоках или между границами данного вида в течении нескольких месяцев или лег. Ее существование связанно с периодическим возникновением благоприятных условий среды.

• Гемиопопуляция - это популяция в которой, отчетливо проявляются отличия жизненных потребностей в разных фазах жизненного цикла, отдельные индивиды занимают разное место в природе (комары).

По размерам занимаемой популяцией территории и степени связи между особями различают элементарные (локальные), экологические и географические популяции. Элементарная (локальная) популяция - элементарная группировка особей, характеризующаяся практически полной панмиксией. Экологическая популяция -- совокупность пространственно смежных элементарных популяций. Географическая популяция -- совокупность групп пространственно смежных экологических популяций.

По способности к самовоспроизведению и самостоятельной эволюции популяции бывают перманентные (постоянные) и темпоральные (временные). Перманентные (постоянные) -- популяции, относительно устойчивые в пространстве и во времени, способные к неограниченно длительному самовоспроизведению, являются элементарными единицами эволюции. Темпоральные (временные) -- популяции, неустойчивые в пространстве и во времени, неспособные к длительному самовоспроизведению, с течением времени либо преобразуются в перманентные, либо исчезают.

По способу размножения популяции делят на панмиктические, клональные и кло- нально-панмиктические. Панмиктические популяции состоят из особей, размножающихся половым путем, для которых характерно перекрестное оплодотворение. Клональные популяции состоят из особей, для которых характерно только бесполое размножение. Кло- нально-панмиктические популяции образованы особями с чередованием полового и бесполого размножения.

Популяции, будучи групповыми объединениями, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельной особи: численность, плотность, рождаемость, смертность, скорость роста и др. Кроме того, популяции свойственна определенная организация: половая, возрастная, генетическая, пространственно-этологическая и другие структуры.

Пространственно-этологическая структура -- характер распределения особей в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения)вида

Различают три основных типа распределения особей в пространстве: равномерное (регулярное), неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) и случайное (диффузное).

Равномерное распределение характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних. Свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, проявляющих друг к другу антагонизм.

Неравномерное распределение проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой (стадный) образ жизни.

Случайное распределение выражается в неодинаковом, расстоянии между особями. Является результатом вероятностных процессов, неоднородности среды и слабых социальных связей между особями.

По типу использования пространства все подвижные животные подразделяются на оседлых и кочевых. Оседлый образ жизни имеет ряд биологических преимуществ, таких как свободная ориентация на знакомой территории при поиске пища или укрытия, возможность создать запасы пищи (белка, полевая мышь). К его недостаткам относится истощение пищевых ресурсов при излишне высокой плотности популяции.

Вопрос 27. Баланс популяций в экосистеме

Эволюционные исследования традиционно направлены на изучение прогрессивной эволюции, механизмов и закономерностей новых, отсутствовавших у предков, адаптаций. Естественный отбор идет по функциональным признакам фенотипа. Поэтому он и сохраняет те признаки, которые остаются адаптивными, хотя другие признаки изменяются под действием движущего отбора. Между тем, экологическая ниша вида никогда не предоставляет ему стабильных условий существования:

• колебания погоды и климата,

• изменения численности пищевых ресурсов,

• изменение численности конкурентов и хищников,

• эпидемии,

• антропогенные загрязнения природной среды и др.

Перестройка экосистем - нарушает соотношение организации особей и среды их обитания. Эволюционные изменения видов - компонентов биоценозов, заставляют коа- даптироваться между собой и другими компонентами этого сообщества.



Вопрос 4. Дайте характеристику свойств биогеоценоза

Биогеоценоз (греч. «биос» -- жизнь, «гео» -- земля, «ценос» -- общий) -- структурная и функциональная элементарная единица биосферы. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Например, озеро, сосновый лес, горная долина (Рисунок 8.1). Учение о биогеоценозе разработано академиком Владимиром Сукачёвым (Рисунок 8.10) в 1940 году.

Свойства биогеоценоза:

• естественная, исторически сложившаяся система;

• система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне;

• характерен круговорот веществ;

* открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой -- Солнце.

Целостность биогеоценоза обеспечивается потоками энергии и вещества, связывающими организмы друг с другом и средой их обитания. Солнечная энергия и неорганические вещества среды, аккумулируемые автотрофными организмами, используются в процессе жизнедеятельности всего живого компонента биогеоценоза по цепям и сетям питания. Пища, неусвоенная животными и удаленная во внешнюю среду, мертвые растительные, животные и другие органические остатки минерализуются в процессе жизнедеятельности редуцентов и возвращаются в круговорот веществ, непрерывно происходящий в биогеоценозе. Углекислый газ, затрачиваемый на образование органических веществ зелеными растениями, фотосинтезирующими и хемосинтези-рующими бактериями, возвращается в окружающую среду при дыхании организмов (рис. 209). Атмосферный кислород, используемый организмами при дыхании, восполняется в биогеоценозе благодаря процессу фотосинтеза.

Самовоспроизводство биогеоценоза связано со способностью его организмов к размножению, наличием пищевых ресурсов, необходимых для их роста и развития, а также воссозданием организмами среды обитания.

Устойчивость биогеоценоза -- это его способность к длительному существованию, сохранению во времени своей структуры и функциональных свойств при воздействии внешних факторов. Она также проявляется в способности биогеоценоза возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия факторов среды, выводящих его из сложившегося равновесия.

Саморегуляция -- свойство биогеоценоза поддерживать определенное соотношение организмов во всех сложившихся в нем цепях питания. Саморегуляция основана на принципе обратной связи: колебания растительной биомассы влияют на численность травоядных животных, а их численность зависит от числа хищников.

В любом биогеоценозе происходят изменения. Одни из них циклические, другие -- поступательные.

Вопрос 17. Саморегуляция экосистемы

Способность экосистемы к саморегуляции и поддержанию динамического равновесия называется гомеостазам. Гомеостаз экосистемы выражается в способности сохранять постоянство видового состава и численности особей, поддерживать относительную стабильность и целостность генетической структуры в меняющихся условиях внешней среды. Нарушение природных цепей питания под воздействием антропогенного фактора, непродуманное вмешательство человека в экосистемы могут привести к неконтролируемому росту или снижению численности особей определенных популяций и к нарушению природных экосистем.

Гомеостатические механизмы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам, и справлялась с ними (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения, горообразование и т. п.) благодаря действию гомеостатических механизмов и, в частности, принципа, который в настоящее время носит название Ле Шателье-Брауна: при действии на систему сил. выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется.

Популяционный гомеостаз

К числу важнейших свойств популяций относится динамика свойственной им численности особей и механизмы ее регулирования. Они «работают» по принципу обратной отрицательной связи: чем значительнее численность, тем сильнее срабатывают механизмы. обусловливающие ее снижение, и наоборот - при низкой численности сила этих механизмов ослабевает и создаются условия для более полной реализации биотического потенциала. Факторы такого типа лежат в основе популяционного гомеостаза, обеспечивающего поддержание численности в определенных границах значений.

К числу регулирующих факторов относится, в частности, взаимоотношение организмов типа хищник-жертва. Высокая численность жертвы создает условия (пищевые) для размножения хищника. Последний, в свою очередь, увеличив численность, снижает количество жертвы. Численность обоих видов в результате этого носит синхронноколебательный характер. Регулирующие факторы никогда не доводят численность популяций до нулевых значений вследствие того, что сила их действия уменьшается по мере уменьшения численности популяций.

Вообще действие регулирующих факторов можно рассматривать на уровне межвидовых и внутривидовых (внутрипопуляционных) взаимоотношений организмов.

К межвидовым механизмам гомеостаза относятся отмеченные выше взаимоотношения типа хищник-жертва. В таком же плане действуют и взаимоотношения паразит - хозяин. К межвидовым механизмам относится также конкуренция, острота которой находится в прямой зависимости от численности организмов. Конкуренция лежит и в основе внутрипопуляционного гомеостаза. Она здесь может проявляться в жестких и смягченных формах. Жесткие формы обычно заканчиваются гибелью части особей. В растительном мире это проявляется в явлениях так называемого самоизреживания фитоценозов.

Миграции, как фактор гомеостаза, проявляются чаще всего в двух видах.

Первый из них относится к массовому исходу особей из популяции при явлениях перенаселенности (нашествия). Такие явления особенно характерны для леммингов, белок и некоторых других видов с взрывным типом динамики численности. Особи, оставившие популяцию (как правило, молодняк), обычно не возвращаются на прежнее место. Значительное количество их погибает при подобных перемещениях.

Второй вид миграций связан с более постепенным (спокойным) уходом части особей в другие популяции с меньшей плотностью населения.

Ясно, что гомеостаз в полной мере проявляется, если срабатывают все механизмы, лежащие в его основе. Например, не нарушается резко соотношение численностей хищников и жертв, не имеет места действие факторов, ослабляющих популяции (загрязнение, нарушение местообитаний и др.), не превышаются критические пределы численности и т. п. В настоящее время подобные нарушения гомеостатических механизмов вызываются в большинстве случаев антропогенными факторами.

Вопрос 2. Первичная продуктивность

В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется органическое вещество, т. е. соответствующая экосистема обладает определенной продуктивностью биомассы. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают количеством энергии, заключенной в тканях.

Понятия «продукция» и «продуктивность» хотя и выражены однокоренными словами, но в экологии (как и в биологии) имеют различный смысл. Продуктивность - это скорость производства биомассы в единицу времени, которую нельзя взвесить, а можно только рассчитать в единицах энергии или накопления органических веществ. В качестве синонима термина «продуктивность» Ю. Одум предложил использовать термин «скорость продуцирования».

Продуктивность экосистемы говорит о ее «богатстве». В богатом или продуктивном сообществе больше организмов, чем в менее продуктивном, хотя иногда бывает и наоборот, когда организмы в продуктивном сообществе быстрее изымаются или «оборачиваются». Так, урожая травы на корню богатого пастбища, выедаемого скотом, может быть гораздо меньше, чем на менее продуктивном пастбище, на которое не выгоняли скот.

Различают также продуктивность текущую и общую. Например, в некоторых конкретных условиях I га соснового леса способен за период своего существования и роста образовать 200 м³ древесной массы - это его общая продуктивность. Однако за один год этот лес создает всего лишь около 2 м³ древесины, что является текущей продуктивностью или годовым приростом.

Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелеными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза (хемопродуцентами). Эта энергия материализуется в виде органических веществ, тканей продуцен- # тов.

Принято выделять четыре последовательные ступени (или стадии) процесса производства органического вещества:

валовая первичная продуктивность - общая скорость накопления органических веществ продуцентами (скорость фотосинтеза), включая те, что были израсходованы на дыхание и секреторные функции. Растения на процессы жизнедеятельности тратят примерно 20% производимой химической энергии;

чистая первичная продуктивность - скорость накопления органических веществ за вычетом тех, что были израсходованы при дыхании и секреции за изучаемый период. Эта энергия может быть использована организмами следующих трофических уровней;

чистая продуктивность сообщества - скорость общего накопления органических веществ, оставшихся после потребления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами). Она обычно измеряется за какой-то период; например, вегетационный период роста и развития растений или за год в целом;

вторичная продуктивность - скорость накопления энергии консуменгами. Ее не делят на «валовую» и «чистую», так как консументы потребляют лишь ранее созданные (готовые) питательные вещества, расходуя их на дыхание и секреторные нужды, а остальное превращая в собственные ткани.

Вопрос 4. Австралопитек: история открытия, ареал существования, особенности строения тела, параметры мозга, наличие признака бипедализма

Австралопитек - {лат. australis южный + гр. pithekos обезьяна) ископаемая человекообразная обезьяна, близкая к предковой форме человека; жил в начале четвертичного периода; остатки австралопитека найдены в Юж., Воет, и Центр. Африке.

Первые находки останков существ, которые по своим морфологическим особенностям могут быть отнесены к предшественникам современного человека, связаны с именем профессора Йоханнесбургского Университета Раймонда Артура Дарта (1893-1988).

В 1924 году геологи, работавшие в известняковом карьере близ станции Таунг (ЮАР), прислали Дарту странную находку. Это была окаменевшая отливка черепной коробки некоего существа, которую рабочие карьера приняли сперва за череп бабуина. Но Дарт сразу определил, что это явно не обезьяна. В ответ на его запрос - не находили ли в Тунге еще чего-нибудь подобного? - геологи прислали Дарту еще две корзины со всевозможными окаменелостями, среди которых Дарт отыскал другие фрагменты скелета голо-* вы таинственного существа. Спустя месяц, аккуратно расчистив и склеив все осколки, Дарт держал в руках почти целый череп. Уцелели лобная кость, правая скуловая дуга, часть височной области, вся верхняя и почти полная нижняя челюсти со всеми зубами, а всю полость мозговой коробки заполняло минеральное образование. Все это позволило Дарту с первого взгляда понять, что перед ним череп детеныша с молочными зубами, по своему строению явно напоминающими зубы современного человека. Однако сам череп имел многие признаки, роднящие это существо с обезьяной. Дарт пришел к выводу, что «младенец Таунг» - так он окрестил свою находку - являлся ископаемым человекообразным существом, стоящим по своему развитию на ступеньку выше обезьяны, но еще весьма далеким от человека. Это существо ученый назвал «австралопитеком» - «южной обезьяной».

Ареал обитания австралопитеков - Африка, Южная и Юго-Восточная Азия.

Считается, что было три периода существования основных видов австралопитеков примерно по одному миллиону лет на каждый период.

В период от 5 до 0,5 миллионов лет назад в Южной и Восточной Африке обитали четыре вида австралопитеков:

До середины 90-х годов древнейшей формой австралопитеков считался “Австралопитек афарский” (А.афр.), обнаруженнный экспедицией Д.Йоханссона в 1974 году. Тогда был найден достаточно полный скелет особи женского пола, почему она получила имя “Люси”. Возраст останков был более 3,5 миллионов лет (некоторые методы датировки указывают на возраст 3,8 миллиона). Это было существо, похожее на карликового шимпанзе, но явно прямоходящего. Ростом оно было с шестилетнего ребенка (примерно 120-130 см), вес его был примерно 30 килограмм.

В 1995 году появилось сообщение о том, что экспедицией Т.Уайта, Ген Сува и Б.Асафу были обнаружены в долине р.Аваш (у селения Арамис) останки 17 австралопитеков возрастом 4,4 миллиона лет. Этой древнейшей форме австралопитеков присвоено название A. Ramidis. что на афарском языке означает “Австралопитек коренной”.

Самые поздние из обнаруженных останков А.афар. имеют возраст 2,5 миллиона лет. Эти существа имели хорошо сформировавшуюся двуногую походку при выпрямленном теле, о чём было подробно рассказано в разделе “Морфология”.

Третья разновидность представлена “Австралопитеком африканским”, жившим в интервале 0,5 - 0,7 миллионов лет назад. Эти существа были покрупнее, рост их достигал 150 см.

Примерно в этот же период и в тех же районах обитали еще более крупные “Австралопитеки массивные” или “парантропы”, их рост достигал 180 см и вес 60 кг. Останки этих существ встречаются по всей южной Азии. По общему мнению, эти существа внешне были похожи на горилл.

Особенности строения и образ жизни австралопитеков.

Череп австралопитеков похож на череп шимпанзе. Характерны большие челюсти, массивные костные гребни для прикрепления жевательной мускулатуры, маленький мозг и большое уплощённое лицо. Зубы австралопитеков были очень большие, но клыки короткие, а детали строения зубов больше похожи на человеческие, чем обезьяньи.

В строении скелета австралопитеков характерны широкий низкий таз, относительно длинные ноги и короткие руки, хватательная кисть и нсхватательная стопа, вертикальный позвоночник. Такое строение уже почти человеческое, отличия заключаются лишь в деталях строения и в маленьких размерах.

Рост австралопитеков колебался от метра до полутора. Характерно, что размер мозга был около 350-550 см³, то есть как у современных горилл и шимпанзе. Для сравнения, мозг современного человека имеет объём около 1200-1500 с.м\ Строение мозга австрало-_# питеков было весьма примитивно и мало отличалось от мозга шимпанзе.

Образ жизни австралопитеков был непохож на известный у современных приматов. Они жили в тропических лесах и саваннах, питались преимущественно растениями. Впрочем, поздние австралопитеки охотились на антилоп или отнимали добычу у крупных хищников - львов и гиен. Ранние австралопитеки населяли преимущественно разного рода леса. Грацильные австралопитеки Южной Африки обитали в широком диапазоне условий - от влажных лесов до открытых сухих саванн. Массивные австралопитеки Южной Африки тоже были встречены в контексте разнообразных природных условий; считается, однако, что они держались ближе к воде, чем грацильные австралопитеки и "ранние Homo", впрочем, есть и противоположные доказательства, свидетельствующие, что они обитали в более сухих и открытых ландшафтах. По большей части австралопитеки держались сравнительно открытых мест - в той или иной степени облесённых саванн.

Австралопитеки жили группами в несколько особей и, видимо, постоянно кочевали по просторам Африки в поисках пропитания. Орудия австралопитеки вряд ли умели изготовлять, хотя использовали наверняка. Их руки были весьма похожи на человеческие, но пальцы были сильнее изогнуты и более узкие. Как уже упоминалось, древнейшие орудия известны из слоев в Эфиопии, датированных 2,7 миллионами лет назад, то есть спустя 4 миллиона лет после появления австралопитеков. В Южной Африке австралопитеки или их непосредственные потомки около 2-1,5 миллионов лет назад использовали костяные обломки для вылавливания термитов из термитников.

Австралопитеки были первыми достоверными представителями той эволюционной ветви, которая в конечном итоге привела к человеку. Их основная отличительная черта - прямохождение (установлено по строению таза и др. костей нижней конечности, а также по отпечаткам следов в вулканических туфах) сочетается с обезьяньим мозгом и примитивным черепом.

Как австралопитеки перешли к прямохождению, пока не ясно. Среди рассматриваемых причин называют необходимость хватать объекты, такие как пищу и детенышей, передними лапами, и осматривать окрестности поверх высокой травы в поисках пищи или чтобы вовремя заметить опасность. Высказывается также предположение, что общие предки прямоходящих гоминид (в т.ч. людей и австралопитеков) жили на мелководье, и питались мелкими водными обитателями, а прямохождение сформировалось как адаптация к передвижению по мелководью. В пользу этой версии говорит ряд анатомо- физиологических и этологических особенностей, в частности - способность людей произвольно задерживать дыхание, на что способны не все плавающие животные.

Вопрос 17. Типы царства животных

Животные относятся к эукарионтам (в клетках имеются ядра). Классическими признаками животных считаются: гетеротрофность (питание готовыми органическими соединениями) и способность активно передвигаться. Впрочем, существует немало животных, ведущих неподвижный образ жизни, а гетеротрофность свойственна также грибами некоторым растениям-паразитам.

В современных системах классификации царство животных (Animalia) делят на два подцарства: паразои (Parazoa) и настоящие многоклеточные (Eumetazoa, или Metazoa). К паразоям относится лишь один тип - губки. У них нет настоящих тканей и органов, большая часть их клеток способна изменять свои форму и функции; кроме того, многие их клетки подвижны. В прежних системах простейших (Protozoa) - группу, объединяющую очень разнообразные одноклеточные организмы, - рассматривали как еще одно подцарство животных. Однако среди простейших известны сходные с растениями (способные ж фотосинтезу), промежуточные (с признаками, как растений, так и животных) и подобные животным, т.е. получающие органическую пищу из внешних источников, формы. Вследствие этого в современной системе пяти царств живого простейших уже не относят к царству животных, а считают подцарством царства протестов (Protista). Тип губки (Porifera, от лат. porus - пора, ferre - нести). К этому типу относятся примитивные многоклеточные животные, ведущие сидячий образ жизни, прикрепившись к твердым субстратам в воде. Известно примерно 8000 видов, большинство их - морские.

В приведённой ниже классификации насчитывается 35 типов животных:

* Подцарство эумстазои или настоящие многоклеточные, Eumetazoa

s Тип кишечнополостные ши радиальные, Coelenterata или Radiata

¦ Книдарии или стрекающие, Cnidaria (описано около 11 000 видов)

¦ Гребневики, Ctenophora (известно от 100 до 150 видов) s Bilateria

* Первичноротые (Protostomia)

¦ Acoelomorpha

¦ Ортонектиды, Orthonectida (около 30 видов)

¦ Дициемиды, Dicyemida или Rhombozoa

¦ Плоские черви, Plathelmintes (около 25 000 видов)

¦ Немертины, Nemertina или Nemertini (около 1000 видов)

¦ Брюхоресничные черви или гастротрихи. Gastrotricha (около 600 видов)

¦ Гнатостомулиды, Gnathostomulida (около 100 видов)

¦ Micrognathozoa (единственный вид -- Limnognathia maerski)

* Коловратки. Rotatoria или Rotifera (около 1500 видов)

¦ Скребни или акантоцефалы, Acanthocephala (около 750 видов)

¦ Головохоботные, Cephalorhyncha

¦ Внутрипорошицевые, Entoprocta (около 150 видов)

¦ Нематоды или собственно круглые черви, Nematoda (описано около 80 000 видов, общее число видов, предположительно, -- около миллиона)

¦ Волосатики, Gordiacea или Nematomorpha (около 320 видов)

¦ Циклиофоры, Cycliophora (известны три вида)

¦ Моллюски или мягкотелые, Moilusca (более 150 000 видов)

¦ Сипункулиды, Sipunculida (около 144--320 видов)

¦ Кольчатые черви, ши кольчецы, или аннелиды, Annelida (более 12 000 видов)

¦ Тихоходки, Tardigrada (более 900 видов)

¦ Онихофоры или первичнотрахейные, Onichophora (около 100 видов)

¦ Членистоногие, Arthropoda: насекомые (общее число видов, предположительно, -- от 3--10 до 30 млн), паукообразные (около 100 000 видов), ракообразные (около 52 000 видов) и др.

¦ Форониды, Phoronida (изучено 12 видов)

¦ Мшанки, Bryozoa или Ectoprocta (около 5000 видов)

¦ Плеченогие или брахиоподы, Brachiopoda (примерно 280 современных и 30 000 вымерших видов)

¦ Вторичноротые (Deuterostomia)

¦ Иглокожие, Echinodermata (около 7000 видов): морские звёзды (около 1600 видов), морские ежи (около 940 видов) и др. #

¦ Щетинкочелюстные, Chaetognatha (около 120 видов)

¦ Полухордовые, Hemichordata (около 100 видов)

¦ Хордовые, Chordata (около 51 000 видов): в том числе позвоночные (около 40 000 видов; млекопитающие (до 5400 видов), птицы (более 9800 видов) и др.))