Билет № 1. 1. Блочная модель круговорота биогенов, осадочный и атмосферный циклы круговорота биогенов, коэффициент рецикуляции биогенов: Имеет место определенная цикличность биогенов. С другой стороны, поток биогенов предполагает одноразовое использование энергии.

Блочная модель круговорота биогенов:

1. Биотическое сообщество, 2. Обменный фонд (мин. в-ва и орг. в-ва), 3. Основной резервный фонд (мин. в-ва и орг. в-ва).

Резервный фонд – это большая масса медленно движущихся веществ, он стабилизирует круговорот биогенов, делая его замкнутым. При дефиците биогенов они берутся из резервного фонда и наоборот. Резервный фонд – забуференная система, имеет определенную емкость. Биоген не может непосредственно поступать из резервного фонда. В обменном фонде находятся биогены, доступные для употребления другими организмами (например, растения получают вещества, растворимые в воде). В зависимости от того, в какой среде расположен резервный фонд, все круговороты разделяются на 2 категории:1)Осадочный тип (с резервным фондом в земной коре, например круговорот фосфора) 2)Атмосферный тип (с резервным фондом в атмосфере или гидросфере – например, N)

Замкнутость цикла определяется соотношением количества вещества, поступившего из резервного фонда в круговорот, и вернувшегося обратно в резервный фонд. Существует закономерность – осадочные циклы менее замкнутые и менее устойчивые, чем атмосферные циклы.

Размеры возврата веществ в круговорот в разных экосистемах можно сравнить, рассчитывая коэффициент рециркуляции - соотношение суммарных количеств веществ, циркулирующих между разными блоками экосистемы и общим потоком вещества через всю систему:

Здесь CI - коэффициент рециркуляции (возврата); TSTc - рециркулируемая доля потока вещества через систему и TST - общий поток вещества через систему. Последняя величина определяется как сумма всех поступлений вещества минус изменение его запасов в системе (если это изменение отрицательно), или как суммарный выход вещества плюс изменение его запасов (если оно положительно). Коэффициент рециркуляции связан с поступлениями каждого элемента извне, его подвижностью и потребностями в нем биоты. Коэффициент возврата бывает низким (0-10%) либо на ранних стадиях развития экосистемы, либо при изобилии ресурсов, либо в случае несущественных для жизни элементов. СI высок (> 50%) на зрелых стадиях развития экосистемы, при бедности ресурсов и в случае незаменимых для жизни элементов.

2. Взаимодействия популяций различных видов на примерах паразита и хозяина, хищника и жертвы. Одностороннее использование одного вида другим у животных часто выражается в виде хищничества и паразитизма. Хищничество – это как правило эволюционно сложившиеся отношения между жертвой и определенным видом хищника. В экологической пирамиде жертва может относиться к первичным, вторичным или третичным, а хищник – ко вторичным и третичным консументам. В цепи каждый последующий организм крупнее предыдущего. Цепи хищников способствуют устойчивости трофической цепочки. Увеличение численности жертвы расширяет ресурсную базу хищника, а увеличение численности хищника является элиминирующим фактором для жертвы. Существуют специализированные (скопа) и универсальные (гиены) хищники. Хищники связаны с жертвой непосредственным образом – коэволюция. У хищников существует комплекс приспособлений для охоты. Хищник может оказывать благотворное влияние на жертву: 1) регулятивное – регулировать численность жертвы, в Скандинавии решили повысить численность белой куропатки, уничтожали хищников, произошел временный рост числ-ти, затем упадок. 2)-селективное – отбор, н-р, хищники уничтожают особи с аномалиями и отклонениями от нормы, необычные формы привлек-т внимание 3) санитарное – илюминир. больных особей. н-р, волк вспугивает оленей, выделяет больных и преследует их. Опасны интродуцированные хищники, н-р, собака Динго охотится на сумчатых. Хищники увеличивают видовое разнообразие жертв. Паразитизм – это форма взаимоотношений, при которой организм–паразит использует хозяина и как местообитание, и как источник пищи. При истинном паразитизме метаболические системы паразита и хозяина неразрывно связаны. Различают следующие виды паразитизма: а) экзопаразитизм и эндопаразитизм – в первом случае паразит находится на поверхности тела хозяина, во втором случае – внутри тела хозяина; б) облигатный и факультативный – в первом случае паразит не может существовать без хозяина, во втором случае – способен и к самостоятельному существованию (например, используя трупы хозяев или отходы их жизнедеятельности); в) временный и стационарный – в первом случае паразит нападает на хозяина только для питания, во втором случае – проводит на хозяине большую часть жизни. При паразитизме во многих случаях наблюдается смена хозяев. Разным стадиям жизненного цикла паразитов часто соответствуют разные (обычно строго определенные) хозяева. В отличие от хищников паразиты любого типа оказывают меньшее влияние на численность эксплуатируемой популяции, но зато сами паразиты вследствие специализации гораздо сильнее зависят от эксплуатируемой популяции, чем хищник от жертвы. Поэтому амплитуда колебаний численности паразита более тесно связана с амплитудой колебаний численности хозяина, но фазовый сдвиг значительно меньше, чем в системе «хищник–жертва». Паразит не заинтересован в смерти хозяина. Паразиты в пищев-м тракте имеют особые покровы, защищающие от разрушения. У паразитов редуцируются органы чувств, нервная сис-ма, пищеварительный тракт. Природные штаммы высоко вирулентны. Паразиты м.б. запрограмированны на смерть хозяина (бешенство – 100% гибель). Макропаразиты – полостные паразиты, микропаразиты – вирусы, бактерии, одноклеточные.

Билет №2. 1. Видовое разнообразие сообщества, его изменение в процессе экологической сукцессии. влияние на него факторов окружающей среды.

Видовое разнообразие – это число видов, обитающих на определенной территории. Видовое разнообразие зависит от почвенно-климатических условий, от истории и современного состояния сообществ, также от степени однородности среды обитания: наибольшее видовое разнообразие наблюдается при наличии неоднородности среды обитания (опушечный (краевой)эффект-правило экотона). Между сообществами всегда сущ-т переходная зона – экотон. На опушке видовое разнообразие выше. Зависимость вид-го разнообразия и продуктивности: чем больше продуктивность, тем больше видов, но связь не носит прямого хар-ра. Бывает, что продуктивность высокая, но она поддерживается небольшим кол-м видов. Сущ-т связь между видовым разнообразием и устойчивостью сообщества ( чем больше видов, тем устойчивее). Виды в составе биоценоза различаются по численности. Наиболее многочисленные виды называются доминирующими. Менее многочисленные виды – субдоминирующими, или доминантами 2-го порядка. При наличии двух и более доминирующих видов они называются кодоминирующими. Часто доминирующие виды обладают средообразующим действием, такие виды называются эдификаторами. Обычно эдификаторами являются растения (древесные леса, коралловые полипы). со снижением видового разнообразия резко повышается численность отдельных видов. Таким образом, в нарушенных сообществах ослабевают биоценотические связи, и некоторые виды получают возможность беспрепятственно размножаться.

Чем специфичнее условия среды, тем ниже уровень видового разнообразия, и тем выше вероятность вспышек численности отдельных видов. Пик насыщения – максимум числа видов, кот-е потом исчезли, не достигнув климаксной стадии (набл-ся на субклимаксных стадиях).

Изменение в процессе экологической сукцессии:

На начальных стадиях видовое разнообразие незначительно, продуктивность и биомасса малы. но по мере развития сукцессии эти показатели возрастают. С развитием сукцессионного ряда увеличиваются взаимосвязи между организмами. Особенно возрастает количество и роль симбиотических отношений. Полнее осваивается среда обитания, усложняются цепи и сети питания. Уменьшается количество свободных экологических ниш, и в климаксном сообществе они либо отсутствуют, либо находятся в минимуме. В связи с этим по мере развития сукцессий уменьшается вероятность вспышек численности отдельных видов.

2. Фотопериодические реакции организмов. Понятие «биологических часов».

Реакция организмов на сезонные изменения длины дня называется фотопериодизм. Вблизи экватора соотношение светлой и темной части суток примерно одинаково. Фотопериодизм дает возможность организмам заранее подготовиться к изменениям среды. У животных изменение длины светового дня определяет сроки размножения, миграции, подготовки к спячке или к другим формам покоя. У растений изменение длины светового дня определяет начало цветения, начало листопада, начало подготовки к глубокому покою. У человека – сова, жаворонок, голубь(б-во). У животных 4 хронологических типа – жив-е с дневной, ночной, сумеречной и полифазной акт-ю. Полифазная опр-ся экзогенными факторами, н-р, дуплогнездники – долго спят, т.к. свет не сразу попадает в дупла. Акт-ть хищных птиц зависит от активности их жертв. Такие суточные ритмы называются циркадными. Сущ-т внутренний ритм – биологические часы, но они могут сбиваться. Природа их до сих пор не ясна, предположение -м.б. связано с циклическими реакциями. "Биологические часы определяют правильный суточный ритм как активности целых организмов, так и процессов, происходящих даже на уровне клеток, в частности клеточных делений. Есть лунные ритмы (28 дней): луна освещается за счет отражения солнечных людей. Н-р, у жителей Полинезии сущ-т праздник ¾ луны – связан с нерестом малощетинкого червя, членики всплывают – их едят. Годовые циклы: фотопериод определяет годовой цикл в значительной мере, т.к. этот фактор постоянен, продолжительность определенного дня не меняется из года в год. Разл-т растения короткого дня, длинного дня и безразличные у фотопериоду. 1ые зацветают при продолжительности дня менее 12 часов (зацветают в конце лета – начале осени).н-р, гдадиолусы. У животных: короткодневные – н-р, копытные, длиннодневные – гон весной, н-р, зайцы, псовые. Фотопериод определяет также линьку и миграцию животных. Приливно-отливная ритмика: зависит от притяжения луны и солнца, также от местных условий. Несколько типов ритмов: 1) суточная ритмика – 24:50, 2) 12 часов 3) отсутствует выраженная ритмика. Приливы и отливы в разных местах наступают в разное время. Литоральная зона- зона приливов и отливов. При этом наблюдается перепад температур, солености, сод-я кислорода. Развиты прикрепления, т.к. прибойная волна обладает огромной энергией. Литоральные организмы имеют двое часов – на ритмику приливов и отливов, и настроенные на фотопериодизм.

Билет № 3. 1. Концепция биогеоценоза. графическая модель биогеоценоза.

В 1877 году Мебиус изучал банки (морские отмели) устриц. Пришел к выводу, что это целый комплекс организмов и что они являются частью биоценоза.

Концепция биоценоза развивалась г. о. в России и Германии: Морозов, Докучаев. Сукачев сущ-но изменил концепцию биогеоценоза: показал, что комплекс организмов существует в связи с неживым окружением. Этот комплекс он назвал биогеоценозом. Графическая модель биогеоценоза по Сукачеву: вкл-т биоценоз (фитоценоз, зооценоз, микробоценоз) и экотоп (эдафотоп+климатотоп). Все взаимодействуют между собой. Границы и структуру биогеоценоза определяет фитоценоз. В дальнейшем было предложено заменить «экотоп» на «биотоп», чтобы подчеркнуть взаимодействие физико-химических условий и организма (экотоп – совокупность физико-химических условий, биотоп – измененная организмами среда обитания). Термин «ценоз» - замкнутая отд. группа, самостоятельная, что не верно. Можно зооценоз, фитоценоз и т.д.

2. Круговорот биогенов осадочного цикла на примере фосфора и серы.

Круговороты осадочного цикла – резервный фонд нах-ся в литосфере. Круговорот фосфора: Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах фосфор содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Фосфор усваивается организмами только в форме растворимых фосфатов. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме так называемого органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащего фосфор соединения в процессе клеточного дыхания для получения организмом энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл. у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет свободного возврата в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном и происходит. Круговорот серы: Сера встречается в природе как в свободном состоянии (самородная сера), так и в различных соединениях. Очень распространены соединения серы с различными металлами. Из соединений серы в природе распространены также сульфаты, главным образом, кальция и магния. Наконец, соединения серы содержаться в организмах растений и животных.

Сера широко используется в народном хозяйстве. Круговорот серы происходит в атмосфере и литосфере. Поступление серы в атмосферу происходит в виде сульфатов, серного ангидрида и серы из

литосферы при вулканических извержениях, в виде сероводорода за счет распада пирита (FeS2) и органических соединений. Антропогенным источником поступления серы в атмосферу являются тепловые электростанции и другие объекты, где происходит сжигание угля, нефти и других углеводородов, а поступление серы в литосферу, в частности в почву, происходит с удобрениями и органическими соединениями. Перенос соединений серы в атмосфере осуществляется воздушными потоками, а выпадение на земную поверхность либо в виде пыли, либо с атмосферными осадками в виде дождя (кислотные дожди) и снега. На поверхности Земли в почве и водоемах происходит связывание сульфатных и сульфитных соединений серы кальцием с образованием гипса (CaSO4). Помимо этого происходит захоронение серы в осадочных породах с органическими остатками растительного и животного происхождения, из которых в дальнейшем происходит образование угля и нефти. В почве изменение соединений серы происходит с участием сульфобактерий, использующих

сульфатные соединения и выделяющих сероводород, который, поступая в атмосферу и, окисляясь, снова переходит в сульфаты. Кроме этого сероводород в почве может восстанавливаться до серы, которая денитрифицирующими бактериями окисляется до сульфатов.

Билет №4. 1. Биологическая конкуренция, ее формы. Влияние конкуренции на структуру сообщества.

Конкуренция возникает при взаимодействии популяций со сходным экологическим спектром, при наличии общих доступных ресурсов. Сущ-т понятие реализованной экологической ниши, т.е. рельной экологической ниши, которую вид занимает в условиях конкуренции. Н-р, 2 вида подмаренников – один растет на более кислых, другой на более щелочных почвах. Поместили оба в почву с широким диапазоном pH, растут на разных - из-за конкуренции

Существует множество типов конкуренции. Прямая (интерференционная) конкуренция возникает при непосредственном контакте конкурирующих организмов. Косвенная (эксплуатационная) конкуренция возникает в результате уменьшении объема доступного ресурса. В сообществах конкурентные отношения существуют одновременно между несколькими видами. Тогда возникает диффузная конкуренция, то есть, конкуренция, обусловленная влиянием на популяцию всех видов, входящих в состав сообщества. В лабораторных условиях (в смешанных популяциях разных видов инфузорий–туфелек) был доказан принцип конкурентного исключения (правило Гаузе, или закон Гаузе): два вида не могут занимать одну экологическую нишу – в результате конкуренции в данной нише сохраняется только один, наиболее конкурентоспособный вид. Популяции менее конкурентоспособных видов «уходят» от конкуренции, формируя новые системы связей с окружающей их средой, новые экологические ниши. Таким образом, конкуренция способствует формированию новых экологических связей, образованию новых экологических ниш и, в конечном итоге, повышает уровень биологического разнообразия в сообществах. Гаузе использовал Paramecium bursaria, P. caudatum, P. aurelia. 1 этап: помещали их в небольшие сосуды с водой и пищей (бактериями). Для инфузорий характерен S-образный тип роста популяции. Кривая выходит на плато, числ-т стабилизируется. 2 этап: инфузорий поместили в один сосуд: из монокультуры исчезла P. Aurelia. Конкуренция косвенного характера. Один из видов лучше использовал пищевой ресурс – это ассиметричная конкуренция.