Основные характеристики популяции:

1. Статистические:

• Численность – количество особей в пределах территории, населенной популяцией;

• Плотность – число особей на единицу площади;

2. Пространственные:

• Характер распределения – характер размещения особей относительно элементов ландшафта и друг друга. По характеру распределения, вид в пределах ареала может быть расположен равномерно, неравномерно и скучено. Так же делится на одиночный, семейный и стадный;

• Территориально поведение – ведение оседлого образа жизни, либо миграции под влиянием каких-либо факторов;

3. Половые:

• Соотношение самок и самцов

4. Возрастные:

• Абсолютный возраст – количество лет, которое данная группа особей прожила в популяции;

• Биологический возраст – периоды развития особи в популяции: предгенеративный, генеративный, постгенеративный.

5. Динамический

• Рождаемость;

• Смертность;

• Стабильность

№22. Понятие "жизненная форма". Классификация организмов по жизненным формам.

Жизненная форма— внешний облик растений , отражающий их приспособленность к условиям среды. Термин предложен датским ботаником Эугениусом Вармингом в 1884 году, понимавшим под ним «форму, в которой вегетативное тело растения находится в гармонии с внешней средой в течение всей жизни, от семени до отмирания».

В процессе индивидуального развития (онтогенезе) внешний облик растения меняется. Среди факторов, которые влияют на это изменение можно выделить как внешние (окружающая среда), так и внутренние, заложенные в генетическом коде. Несмотря на разнообразие жизненных форм растений, можно выделить некоторые общие критерии, на основании которых множество жизненных форм будет разбито на группы.

Жизненные формы растений по Серебрякову:

1. Древесные растения:

• Деревья

• Кустарники

• Кустарнички

1. Полудревесные растения:

• Полукустарники

• Полукустарнички

1. Наземные травы:

• Поликарпические травы (многолетние травы, цветут много раз)

• Монокарпические травы (живут несколько лет, цветут один раз и отмирают)

1. Водные травы:

• Земноводные травы

• Плавающие и подводные травы

Жизненные формы растений по Раункиеру:

• фанерофиты

• хамефиты

• гемикринтофиты

• криптофиты

• терофиты

Жизненные формы животных по Кашкарову:

• Холоднокровные (пойкилотермные):

1) деятельные весь год;

2) деятельные часть года:

а) летоспящие; б) зимоспящие.

• Теплокровные   (гомойотермные):  

а) Оседлые:

1) деятельные весь год;

2) деятельные часть года;

а) летоспящие; б) зимоспящие;

б) Сезонные:

1) гнездящиеся; 2) зимние; 3) летние; 4) пролетные.

№26. Модель динамики численности популяции Мальтуса.

Любой вид стремится размножаться бесконечно. Истинно значение количества видов определяется биотическим потенциалом – максимальным количеством особей, которое может получиться за единицу времени. В конце XVIII века Мальтус выдвинул теорию о росте народонаселения по экспоненциальному закону, позволяющему предсказать число видов в любой момент времени. Изменение численности популяции при отсутствии конкурентов и влияния лимитирующих факторов описывается следующей зависимостью:

, где:

N_t - численность популяции в момент времени t;

N₀ – численность популяции в начальный момент времени;

r – скорость изменения численности;

t – время.

Графическое представление экспоненциального закона:

№24. Понятие экологическая ниша. Принцип Гаузе. Экологическая диверсификация.

Экологическая ниша – это комплекс всех экологических фактов среды, необходимых для жизни, роста и размножения организма в данной экосистеме. Понятие экологической ниши предложено Элтоном в 1927 году.

Фундаментальная ниша – это теоретическая ниша, которую может занимать данный организм исходя из своих физиологических возможностей.

Реальная ниша – та ниша, в которой реально находиться организм, которую данный организм в состоянии отстоять в конкурентной борьбе.

В зависимости от источников питания, размеров территории, температуры и других физико-химических факторов, экологические ниши делятся на:

1. Специализированные экологические ниши занимают организмы, которые могут существовать только в узком диапазоне экологических факторов, называемые стенобионтами;

2. Общие экологические ниши занимают организмы, легко приспосабливающиеся к изменениям условий окружающей среды, называемые эврибионтами.

3. Трофическая ниша характеризует особенности питания, роль организма в сообществе.

Два вида, обитающих на одной и той же территории, не могут иметь совершенно одинаковую экологическую нишу. Эта зависимость была экспериментально подтверждена российским ученым Гаузе в 1934 году опытом с родственными видами инфузорий, которые вместе были помещены в богатую пищей среду, как бы в одну экологическую нишу. Через 18 суток в среде обнаружили только один вид инфузории. При этом ни один из организмов не нападал на другой и не выделял токсичных веществ. Просто данный вид отличался более высокой скоростью роста и размножения и угнетал второй вид.

Явление разделения экологической ниши в результате межвидовой конкуренции называется экологической диверсификацией. Диверсификация осуществляется по трем параметрам: пространственному размещению, пищевому рациону, распределению активности по времени.

№29. Классификация природных систем по информационному признаку. Понятие экологической системы.

Классификация природных систем по информационному признаку:

1. Системы, способные сохранять информацию лишь на короткий период отклонения от состояния равновесия (жидкости, газы);

2. Системы, способные в течении длительного времени сохранять информацию и передавать её родственным системам (кристаллы, магнитные среды);

3. Системы, способные не только сохранять информацию, но и осуществлять её отбор и накопление(жив организмы, популяции, виды, сообщества);

4. Системы, способные путем целенаправленного сопоставления накопленной информации и вновь поступающей создавать новую информацию (мыслящий человек, социальные группы населения, и др.)

Термин экосистема был введен Тэнсли в 1935 году.

Экосистема – основная единица в экологии, представляющая совокупность совместно обитающих организмов и окружающей среды, взаимосвязанных между собой и объединенных в единое целое закономерностями их существования.

№28. Формы внутривидовых и межвидовых отношений (гомо- и гетеротипические реакции).

Гомо- и гетеротипические реакции относятся к биотическим факторам окружающей среды.

Внутривидовые взаимодействия происходят между особями одного и того же вида, представленные групповыми и массовыми эффектами, заключающимися в объединении животных одного вида в группы по несколько особей и проявлении связанных с этим демографических факторов. А так же внутривидовая конкуренция, проявляющаяся в борьбе за ресурсы, в частности за территорию, пищу, самок.

Межвидовые взаимодействия, происходящие между разными видами организмов, предполагают следующие типы взаимоотношений:

1. Нейтрализм – тип взаимоотношений, при котором виды независимы и не оказывают друг на друга никакого воздействия;

2. Конкуренция - тип взаимоотношений, при котором виды зависимы и оказывают неблагоприятное влияние друг на друга, чаще всего косвенное;

3. Мутуализм - тип взаимоотношений, при котором виды не могут существовать друг без друга;

4. Симбиоз (протокооперация) - тип взаимоотношений, при котором виды образуют взаимовыгодное сообщество, но могут существовать и раздельно;

5. Комменсализм - тип взаимоотношений, при котором один из видов (комменсал) извлекает пользу от сожительства, а другой (хозяин) не имеет никакой выгоды, но при этом сохраняется взаимная терпимость;

6. Аменсализм - тип взаимоотношений, при котором один из видов (аменсал) угнетается другим видом (ингибитором) (угнетает рост, размножение);

7. Паразитизм - тип взаимоотношений, при котором один из видов (паразит) тормозит рост и развитие другого, существуя за его счет;

8. Хищничество – поедание представителями одного вида других.

№32. Типы взаимодействия между компонентами экосистемы. Гомеостаз экосистемы.

Типы взаимодействия между компонентами экосистемы:

1. Простейшей формой связи является необратимая связь – жестко детерминированное причинно-следственное отношение;

2. Более сложной формой связи являются параллельные отношения, они отражают воздействие двух или более элементов на некоторый другой элемент;

3. Обратная связь отражает ситуацию, когда один компонент влияет на другие элементы и одновременно воздействует сам на себя.

Гомеостаз – это способность экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды с помощью обратных связей.

№33. Поток энергии в биоценозе экосистемы. Пищевые цепи и сеть.

Энергия – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, благодаря чему все явления природы связанны воедино. Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) гласит, что энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает – она переходит из одной формы в другую, при этом количество энергии остается постоянным. Второй закон термодинамики формулируется так: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования, эффективность превращения кинетической энергии в потенциальную всегда меньше 100%.

Важнейшая термодинамическая характеристика экосистемы – ее способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности. Общий поток энергии, характеризующий экосистему, состоит из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения, получаемого от близлежащих тел. В процессе фотосинтеза используется лишь малая часть энергии солнечного излучения. За счет этой энергии создается первичная продукция. В процессе производства органического вещества выделяют 4 уровня:

1. Валовая первичная продуктивность – скорость накопления вещества, включая ту часть, которая будет израсходована на дыхание;

2. Чистая первичная продуктивность – скорость накопления вещества за вычетом дыхания;

3. Вторичная продуктивность – скорость накопления органического вещества на уровне консументов;

4. Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления вещества, не потребленного гетеротрофами, то есть чистая первичная продуктивность за вычетом той ее части, которая была потреблена гетеротрофами.

Представители разных трофических уровней связанны между собой односторонне направленной передачей биомассы в пищевые цепи - ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища — потребитель. При каждом переходе на следующий трофический уровень часть доступной энергии не воспринимается, часть отдается в виде тепла, часть расходуется на дыхание. На следующий трофический уровень передается лишь 10% от предыдущего количества энергии.

Пищевые цепи можно разделить на два основных типа:

1. Пастбищные цепи, которые начинаются с продуцентов к травоядным консументам, которые служат пищей более крупным хищникам, которые в последствии увеличиваются в размерах и уменьшаются в числе;

2. Детритные цепи, которые от мертвого органического вещества идут к детритофагам, а затем к хищникам.

Пищевые цепи не изолирован друг от друга, а тесно переплетены, составляя трофические сети. Принцип образования трофических цепей в следующем: каждый прожуцент имеет не одного, а несколько консументов, которые в свою очередь имеют несколько источников питания.

№34. Понятие метаболизм. Экологический метаболизм. Метаболизм и размер особи.

Метаболизм – это совокупность биохимических реакций и превращений энергии в клетках живых организмов, сопровождающихся обменом веществ между организмами и средой.

Сумма реакций, ведущих к распаду или деградации молекул и выделению энергии, называется катаболизмом, а реакций, приводящих к образованию новых молекул анаболизмом.

Экологический метаболизм – метаболизм на уровне популяции, состоящий из ассимиляции –процесс усвоения органического вещества, и диссимиляции – траты энергии на дыхание.

Чем меньше организм, тем выше его удельный метаболизм (на 1 г или на 1 кал биомассы). Следовательно, чем меньше организм, тем меньше биомасса, которая может поддерживаться на данном трофическом уровне экосистемы, и, наоборот, чем крупнее организм, тем выше биомасса на корню.

№35. Понятие продукции и продуктивности.

Продукция экосистемы – биомасса (органическое вещество), произведенная автотрофами (первичная продукция) и гетеротрофами (вторичная продукция).

Продуктивность – скорость, с которой энергия используется организмами, накапливаясь в форме химических связей органических веществ.

5. Валовая первичная продуктивность – скорость накопления вещества, включая ту часть, которая будет израсходована на дыхание;

6. Чистая первичная продуктивность – скорость накопления вещества за вычетом дыхания;

7. Вторичная продуктивность – скорость накопления органического вещества на уровне консументов;

8. Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления вещества, не потребленного гетеротрофами, то есть чистая первичная продуктивность за вычетом той ее части, которая была потреблена гетеротрофами.

№36. Экологические пирамиды и значение размера особи.

В результате рассеяния энергии в пищевых цепях и благодаря такому фактору, как зависимость метаболизма от размера особей каждое сообщество можно графически выразить в виде пирамид, основанием которых служит первый трофический уровень, а последующие образуют этажи и вершину пирамиды. Различают три основных типа экологических пирамид – пирамиды чисел, биомассы и энергии.

1. Пирамида чисел (распределения особей по трофическим уровням) зависит от того, что в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее, а так же для каждого хищного животного существует верхний и нижний предел размера их жертв.

2. Пирамида биомассы представляют количественные соотношения биомасс. Если организмы не слишком сильно различаются по размеру то, диаграмма ступенчатая, а если организмы низших уровней мельче организмов высших уровней, то пирамида обращенная.

3. Пирамида энергии дает представление о функциональной организации сообщества, отражает скорость массы пищи через пищевую цепь. На форму этой пирамиды размер особей не влияет, она всегда имеет каноническую форму.

№37. Универсальная модель звена трофической цепи. Уравнение баланса энергии в звене трофической цепи.

На рисунке квадрат, обозначенный буквой B, изображает живую структуру, или биомассу, основного компонента модели. Общее поступление энергии - источник, обозначено буквой I. Для автотрофов - это свет, для гетеротрофов - органическая пища. Не вся энергия, поступающая в биомассу, подвергается превращению. Часть ее может просто пройти через биологическую структуру; например, пища может пройти через пищеварительный тракт, не включаясь в метаболизм, а часть энергии света проходит через растительность, не усваиваясь. Эта часть энергии обозначается через NU. Используемая, или ассимилируемая, часть на схеме обозначена буквой А. Ключевая особенность этой модели - разделение ассимилированной энергии на компоненты P и R. Та часть фиксированной энергии А, которая окисляется и теряется в форме тепла, называется дыханием (R), а та часть, которая превращается в новое или принадлежащее другому виду органическое вещество, называется продукцией (P). У растений это чистая продукция, у животных - вторичная продукция. Компонент P - это энергия, доступная следующему трофическому уровню, в противоположность компоненту NU , который доступен и на данном трофическом уровне.

Продукция может принимать различные формы.G - рост, или увеличение, биомассы, E - ассимилированное органическое вещество, выделяемое с экскрементами, S- запас (например, жировые накопления, которые могут быть использованы позже). Обратный поток S можно назвать и "рабочей петлей", поскольку это та часть продукции, которая используется для обеспечения энергией в будущем (например, хищник использует энергию запасенных веществ, чтобы найти новую жертву, энергия экскрементов или выделений травоядного животного удобряет почву, поддерживая жизнь растений, которыми это животное питается).

Уравнение баланса энергии в звене трофической цепи есть продукция равная поступившей энергии за вычетом всей использованной.

№38.Поток энергии по трофической цепи. Закон Линдемана - Одума.

Энергия – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, благодаря чему все явления природы связанны воедино. Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии) гласит, что энергия в природе не возникает из ничего и не исчезает – она переходит из одной формы в другую, при этом количество энергии остается постоянным.

Энергия движется в трофической цепи по направлению от автотрофов, которые способна преобразовать энергию солнца в энергию, доступную для использования живыми организмами, к гетеротрофам – организмам, эту готовую энергию потребляющие и перераспределяющие.

Закон максимальной энергии Одума гласит, что в соперничестве с другими, наибольшими шансами на сохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и использованию энергии. Следствие – закон одного процента: изменение энергетики природной системы хотя бы на 1 % выводит систему из состояния гомеостаза.

Закон пирамиды энергии Р.Линдемана - закон, согласно которому при переходе с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10% энергии.

№39. Глобальный круговорот вещества. Большой биогеохимический круговорот.

В основе глобального круговорота вещества лежит процесс переноса веществ из одного места в другое в масштабах планеты. Длится он огромное количество времени (тысячи лет). Около 30 % падающей на Землю лучистой энергии расходуется на перемещение воздуха, испарение воды, выветривание горных пород, растворение минералов и т. п. Движение воды и ветра, в свою очередь, приводит в эрозии почв и горных пород, транспорту, перераспределению, осаждению и накоплению механических и химических осадков на суше и в океане. В течение длительного времени образующиеся в море напластования могут возвращаться на поверхность суши, и процессы возобновляются. К этим циклам подключаются вулканическая деятельность, землетрясения и движения океанических плит в земной коре.

Круговорот веществ возможен только на основе постоянного притока солнечной энергии и осуществляется при участии живого вещества. Поступая в организмы из окружающей среды, различные элементы вовлекаются в процессы клеточного метаболизма, затем возвращаются в среду и вновь используются организмами. Основными элементами глобального круговорота являются углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Круговороты этих и других элементов называют биогеохимическими круговоротами. В ходе таких циклов большинство элементов проходят через живое вещество огромное число раз.

Циклы круговоротов элементов не замкнуты. Некоторая часть вещества биосферы, благодаря способности организмов накапливать различные химические элементы, выходит из круговорота веществ, накапливается в глубоких слоях земной коры. Это приводит к накоплению огромного количества ископаемых органических веществ.

Биогеохимический круговорот веществ - это обмен веществом и энергией между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью организмов и носящий циклический характер. Движущими силами биогеохимического круговорота служат потоки энергии Солнца и деятельность живого вещества, приводящие к перемещению огромных масс химических элементов, концентрированию и перераспределению аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии. Благодаря фотосинтезу и непрерывно действующим циклическим круговоротам биогенных элементов создаётся устойчивая организованность биосферы Земли, осуществляется её нормальное функционирование. Нормальный (ненарушенный) биогеохимический круговорот в биосфере не являются замкнутыми. Неполная обратимость (незамкнутость) — одно из важнейших свойств биогеохимического круговорота, имеющее планетарное значение. За всю историю развития биосферы (3,5—3.8 млрд. лет) доля вещества, выходящая из глобального круговорота, обусловила биогенное накопление кислорода и азота в атмосфере, различных химических элементов и соединений в земной коре.

№41. Круговорот углерода в природе.

Круговорот углерода состоит из двух самостоятельный круговоротов – в атмосфере и в океане, между которыми также происходит обмен. В атмосфере углерод содержится в виде углекислого газа (СО₂), угарного газа (СО), метана (СH₄) и некоторых других углеводородов. Океан является исключительно важным резервуаром углерода. Общее количество элемента в нём в 100 раз больше чем содержится в атмосфере. Океан через поверхность может обмениваться с углекислым газом с атмосферой, и посредством осаждения и растворения карбонатов с осадочным чехлом Земли.

Углерод – основной строительный материал молекул важных для жизни органических соединений (жиры, белки, ДНК, РНК). Потребление СО₂ происходит при фотосинтезе, реакциях с карбонатами в океане и при выветривании горных пород. В атмосферу же СО₂ поступает в результате дыхания организмов, минерализации органических веществ, вулканизма и сжигании топлива и древесины.

Низкое содержание углекислого газа и высокие концентрации кислорода в атмосфере служат лимитирующими факторами для фотосинтеза, а зеленые растения и карбонаты океана являются регуляторами этих газов, поддерживающими относительно стабильное их соотношение (0,03% и 21% соответственно).

Основная масса углерода находится в земной коре в связанном состоянии. Человек тем или иным способ извлекая эти запасы из недр, увеличивает содержание CO₂ в атмосфере путем сжигания горючих ископаемых.

№42. Круговорот фосфора в природе.

Особенностью круговорота фосфора заключается в том, что его основным резервным фондом является не атмосфера, а горные породы и отложения, образовавшиеся в прошлом. Фосфор – один из наиболее важных биогенных элементов, входит в состав нуклеиновых кислот, костей, тканей. В биохимический круговорот фосфор поступает в процессе разрушения протоплазмы организмов и постепенно переходит в фосфаты. При разложении мертвых останков фосфаты возвращаются в почву и снова используются растениями, а часть переносится потоками в море, где идет на обеспечение для фитопланктона.

Фосфор очень медленно перемещается из фосфатных пород на суше к живым организмам и обратно. Он потребляется организмами для построения белков и в промышленном производстве удобрений, моющих средств и прочее.

№43. Круговорот азота в природе.

Воздух по объему почти на 80% состоит из молекулярного азота и представляет собой крупнейший резервуар этого элемента. Все организмы нуждаются в азоте для образования белков и нуклеиновых кислот. Потребление азота происходит в процессе биологической фиксации азота из воздуха – азотофиксации, благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий. Также азот потребляется в результате естественных физических процессов, например при грозовых разрядах. В атмосферу азот поступает в процессе минерализации азотосодержащих органических веществ до оксидов азота и последующей денитрификацией до молекулярного газа азота., а так же с вулканическими газами и при производстве.

№44. Биосфера как глобальная экосистема. Горизонтальная и вертикальная структура биосферы.

Термин «биосфера» имеет греческое происхождение: биос – жизнь, сфера – шар, что в буквальном переводе обозначает «сфера жизни». Впервые термин «биосфера» был введен французским исследователем Жаном Батистом Ламарком. Основоположником учения о биосфере принято считать русского ученого Вернадского. Он определил биосферу как геологическое тело, строение и функции которого определяются особенностями Земли и космоса, где совокупная деятельность организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Итак, биосфера – это живая оболочка Земли, область жизни, включающая все организмы и их остатки, которая охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.