Главная Общая биология От чего зависит устойчивость популяции. Популяции. Возрастная структура популяций у животных

От чего зависит устойчивость популяции. Популяции. Возрастная структура популяций у животных

Вопросы для беседы:

Предмет и задачи экологии.

История экологии как науки.

Вклад отечественных ученых в науку.

Этапы становления науки «экология». Особенности каждого этапа.

Структура экологии.

Связь экологии с другими науками.

Раздел (модуль) 2. Экологические кризисы и революции. Глобальные экологические проблемы

Вопросы для беседы:

1. Причины экологических кризисов и революций

2. Понятие экологического кризиса, экологической катастрофы, экологической революции.

3. Кризис консументов, кризис продуцентов, кризис редуцентов.

4. В чем заключается «философия» экологических проблем?

5. Каковы особенности современного воздействия на природу?

6. Перечислите известные вам глобальные экологические проблемы.

7. Сокращение биоразнообразия как одна их глобальных проблем

8. Разрушение озонового слоя: причины, последствия

9. Кислотные дожди: причины возникновения, последствия

10. Проблема глобального потепления

11. Техногенез как глобальная экологическая проблема

Раздел (модуль) 3. Экологические факторы

Вопросы для подготовки к коллоквиуму:

1. Что представляют собой экологические факторы?

2. Классификация экологических факторов

2. Адаптации животных и растений к свету как фактору среда

3. Адаптации животных и растений к температуре как фактору среды

4. Адаптации животных и растений к влажности как фактору среды

5. Диапазон толерантности живых организмов

6. Что такое ресурсы живых существ, как они классифицируются и в чем их экологическое значение?

7. Какие факторы следует учитывать в первую очередь при создании проектов управления экосистемами. Почему?

8. Какие законы общего действия экологических факторов вам известны? Сформулируйте их.

9. Приведите примеры использования законов минимума и толерантности в практической деятельности.

Раздел (модуль) 4. Основные среды жизни

Вопросы для беседы:

Назовите основные особенности жизни организмов в водной среде, наземно-воздушной среде и в почве?

Какие приспособления выработались у организмов к обитанию в водной среде?

Как организмы избегают отрицательного влияния низких температур?

В чём состоят основные особенности организмов, использующих тела других организмов как среду обитания?

Раздел (модуль) 5. Популяционная экология

А) Тестовые задания:

Задание № 1.

Заполните пропуск:

«Самоорганизация популяции осуществляется за счет _____ и _____ взаимодействия особей»

 - информационных

 - репродуктивных

 - дедуктивных

 - индуктивных

Задание № 2.

Заполните пропуск:

«Взаимоотношения видов, при котором они на одной территории потребляют одинаковые пищевые ресурсы, называются ___ и ____.

 - конкурентными

 - хищническими

 - трофическими

 - форическими

Задание № 3.

Заполните пропуск:

«Устойчивость биологической популяции определяется ____ и ____ разнообразием особей»

 - генетическим

 - таксономическим

 - фенотипическим

 - систематическим

Задание № 4.

Совокупность особей одного вида является популяцией, если ….

 - их численность несущественно изменяется во времени

 - средой их жизни является вода

 - у них происходит свободное скрещивание и образуется потомство

 - они потребляют одинаковую пищу

Задание № 5.

Объединение волков стаи для охоты является примером эффекта …

 - группы

 - массы

Б) Темы для подготовки реферата:

1.Экологические стратегии популяций

2.Популяция как элементарная частица эволюции

3. Типы популяций

4. Становление этологической структуры популяций

5. Человеческая популяция

Раздел (модуль) 6. Экология сообществ. Экосистемы

Вопросы для беседы:

1.Дайте определение пространственной структуре биоценоза.

2. Основные индексы, используемые для оценки разнообразия сообщества.

3. Основные индексы сходства сообществ.

4. Что такое биотоп?

5. Приведите примеры взаимовыгодных отношений между животными и растениями.

6. Что понимается под трофической структурой экосистем?

7. Какие энергетические процессы происходят в экосистемах?

8. По каким закономерностям энергия рассеивается и передается в цепях питания?

9. Что такое сукцессия? Каковы ее причины?

10. Назовите виды сукцессий.

Раздел (модуль) 7. Экология растений

Вопросы для беседы:

1. Почему в сосновом бору не растут травянистые растения?

2. Какие листья более теневыносливые: верхние или нижние?

3. Почему дикорастущие яблони, сливы или черешни встречаются на полянах или опушках леса?

4. Почему у елей в лесу зеленеют не только верхушки, но и нижние ветви до самой земли?

5. Почему в сосновом лесу мы видим много отмерших сучьев, а у деревьев зеленеют только верхушки?

6. Назовите тенелюбивые, теневыносливые и светолюбивые растения Ставропольского края.

7. Каково влияние тепла на растения и растительность?

8. Каковы причины гибели растений от низких температур?

9. Каковы причины гибели растений от высоких температур?

10. Опишите механизмы устойчивости органов растений к перегреву и низким температурам.

11. Назовите экологические группы растений по отношению к температуре.

12. Каковы типы растений по их отношению к водному режиму?

13. Дайте характеристику гигрофитным растениям.

14. Дайте характеристику группы мезофитов.

15. В чем различия между эфемерными и эфемероидными растениями?

16. Дайте характеристику группы ксерофитов.

17. Что такое диссеминация?

18. Перечислите адаптации диаспор к аэрохории.

19. Почему парящие пылеватые семена характерны для безветренных областей.

20. Опишите процес планирования диаспор.

21. В чем принципиальная разница в строении диаспор, планирующих без вращения и авторотирующих?

22. Для каких местообитаний характерны растения с гемианемохорными диаспорами?

23. Как влияет повышенная кислотность почв на жизнедеятельность растений?

24. Как влияет засоление почвы на рост и развитие растений?

25. Какие приспособления к недостатку влаги выработались у псаммофитов?

Раздел (модуль) 8. Концепция биосферы. Загрязнение биосферы

Вопросы для беседы:

1. Что такое биосфера?

2. Структура биосферы

3. Уровни организации жизни

4. Что такое загрязнение?

5. Перечислите виды воздействия загрязнителей на живое вещество

6. Типы загрязнения

7. Виды загрязнения

8. Формы загрязнения

Темы для подготовки доклада:

1. Живое вещество биосферы

2.Учение Вернадского о биосфере

3.Законы Б. Коммонера

4. Поведение химических загрязнителей в среде

5. Поведение химических загрязнителей в организме

Раздел (модуль) 9. Основы рационального природопользования

А) Тестовые задания

Задание № 1

Закончите предложение:

Природные условия – это …

Задание № 2

Выберите правильный ответ:

Невозобновимые природные ресурсы:

 богатство недр

 растительный и животный мир

Задание № 3

Выберите правильный ответ:

Неисчерпаемые природные ресурсы:

 некоторое минеральное сырье

 водные

 полезные ископаемые

Задание № 4

Выберите правильный ответ:

Энергия ветра:

 невозобновимые природные ресурсы

 возобновимые природные ресурсы

 неисчерпаемые природные ресурсы

Задание № 5

Закончите предложение:

Природно-ресурсный потенциал - это...

Задание № 6

Установите порядок расположения потребляемых человечеством природных ресурсов в % соотношении по возрастающей:

1: Товары народного потребления непищевого значения

2: Удобрения

3: Строительные материалы

4: Продукция тяжелой индустрии

5: Производство энергоносителей

Задание№ 7

Выберите правильный ответ:

Экологический кризис:

 обратимое изменение равновесного состояния природных комплексов

 природная аномалия

 фазы развития биосферы, где происходит качественное обновление живого вещества

Задание № 8

Выберите правильный ответ:

Преднамеренные преобразования:

 изменения газового состава атмосферы

 развитие эрозионных процессов

 осушение болот

Задание № 9

Выберите правильный ответ:

Непреднамеренные изменения:

 загрязнение окружающей среды

 строительство городов

 освоение земель под посевы

Задание № 10

Выберите правильный ответ:

Материальные антропогенные загрязнители:

 тепловая энергия

Задание № 11

Выберите правильный ответ:

Биологические загрязнители:

 газообразные соединения

 организмы, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред

 эмульсии

Задание № 12

Закончите предложение:

Экологическая ситуация - это...

Задание № 13

Выберите правильный ответ:

Естественные факторы загрязнения атмосферы:

 внеземное загрязнение воздуха космической пылью и излучением

 электромагнитное

 радиоактивное

Задание № 14

Выберите правильный ответ:

Искусственные загрязнения:

 выветривание горных пород

 вынос морских солей

 электромагнитное

Задание № 15

Установите порядок расположения основных загрязнителей атмосферы (млн. т/год) по возрастающей:

1: Хлор

2: Аммиак

3: Соединения фосфора

4: Окислы серы

5: Окислы углерода

6: Твердые частицы дыма и промышленная пыль

Задание № 16

Выберите правильный ответ.

Устойчивость популяций

Понятие устойчивости можно назвать одним из основополагающих в экологии. Действительно, практический смысл всем биоэкологическим изысканиям придает лишь знание пределов устойчивости той или иной биологической системы к возможному воздействию со стороны человека. Каков допустимый уровень воздействия человека на природу, при котором она еще способна к самовосстановлению? Пожалуй, это один из важнейших вопросов, на который должен ответить эколог.

В то же время определенности с понятием "устойчивость" в экологической науке до сих пор нет. Существует множество подходов к тому, что же считать устойчивостью, и еще больше -- какие свойства природных объектов можно считать критериями устойчивости. Иными словами, какие изменения каких свойств той или иной биологической системы (организма, популяции, экосистемы) говорят о потери устойчивости?

К проблеме устойчивости мы еще вернемся в одном из ближайших уроков, посвященном устойчивости экосистем. Пока же хочется обозначить основные моменты. Чаще всего, под устойчивостью понимают способность системы адекватно реагировать на изменение внешних условий. Устойчивость популяции - это ее способность находится в состоянии динамического (то есть подвижного, изменяющегося) равновесия со средой: изменяются условия среды - адекватно изменяется и популяции. Условия возвращаются в начальное значение - популяция также восстанавливает свои свойства. Стабильность же предполагает способность сохранять свои свойства, не смотря на внешние изменения.

Одним из важнейших условий устойчивости (кстати, это ответ на одно из заданий, если кто-то его еще помнит) является внутреннее разнообразие. Хотя споры ученых о том, как соотносится структурное и функциональное разнообразие с устойчивостью системы, не утихают, несомненно, что чем система разнообразнее - тем она устойчивее. Скажем, чем разнообразнее по своим генетическим задаткам особи популяции, тем больше шансов, что при изменении условий в популяции найдутся особи, способные в этих условиях существовать.

Разнообразие - общее свойство, обеспечивающее устойчивость биологических систем. В то же время есть и специфические механизмы поддержания устойчивости. Применительно к популяции это, прежде всего, механизмы поддержания определенной плотности популяции.

Выделяют три типа зависимости численности популяции от ее плотности.

Первый тип (I) является, пожалуй, одним из самых распространенных. Как видно из рисунка, I тип характеризуется уменьшением роста популяции при увеличении ее плотности. Это обеспечивается различными механизмами. Прежде всего, это снижение рождаемости при увеличении плотности популяции. Такая зависимость рождаемости (плодовитости) от плотности популяции была отмечена, например, для многих видов птиц. Другим механизмом является увеличение смертности, снижение сопротивляемости организмов при повышенной плотности популяции. Даже в человеческой популяции большие скопления людей (толпа на базаре, давка в общественном транспорте) вызывают стресс - это "рудименты" оставшегося нам от предков механизма контроля плотности. Еще одним любопытным механизмом является изменение возраста наступления половой зрелости в зависимости от плотности популяции.

Второй тип (II) характеризуется постоянным темпом роста численности, который резко падает при достижении максимальной численности. Подобная картина была описана у леммингов. При достижении максимальной плотности они начинали массово мигрировать; достигнув моря, многие лемминги тонули.

Одним из важнейших факторов поддержания численности популяций является внутривидовая конкуренция. Она может проявляться в различных формах: от борьбы за места для гнездования до каннибализма.

Наконец, третьим типом (III) является тип, характерный для популяций, в которых отмечается так называемый "эффект группы", то есть определенная оптимальная плотность популяции способствует лучшему выживанию, развитию, жизнедеятельности всех особей. В данном случае наиболее благоприятной является определенная оптимальная, а не минимальная плотность. В определенной степени эффект группы характерен для большинства групповых, а тем более социальных (то есть имеющих "социальную структуру" популяции, разделение ролей) животных. Скажем, для возобновления популяций разнополых животных, как минимум, необходима плотность, обеспечивающая достаточную вероятность встречи самца и самки.

С регуляцией плотности, а особенно с уменьшением внутривидовой конкуренции, тесно связано поддержание популяцией определенной пространственной структуры. Мы уже отмечали в предыдущих уроках, что пространственная структура имеет большое значение для оптимального использования ресурсов и для уменьшения конкуренции внутри популяции за эти ресурсы.

Однако необходимо учесть, что устойчивость популяции не исчерпывается регуляцией плотности. Оптимальная плотность чрезвычайно важна для оптимального использования ресурсов (при увеличении плотности ресурсов может не хватить), однако это еще не гарантия устойчивой популяции. Как мы уже отмечали, устойчивость во многом связана с внутренним разнообразием. Поэтому очень важно поддержание генетической структуры популяции. Рассмотрение эволюционных и генетических механизмов поддержания генетической структуры, пожалуй, не входит в наши задачи, однако интересующимся можно посоветовать посмотреть закон Харди-Вайнберга.

Мы рассмотрели далеко не все механизмы, обеспечивающие стабильность популяций. Однако, на мой взгляд, мы уже можем сделать важный вывод о том, что эволюционно сохранялись те виды и популяции, которые могут поддерживать свою структуру в меняющихся условиях. При этом очевидно, что пределы устойчивости не бесконечны. Если уровень воздействия (например, со стороны человека - прямо, или косвенно через изменение среды обитания) превышает пределы устойчивости, популяции угрожает гибель.

Глоссарий

ОРГАНИЗМ

любое живое существо, целостная система, реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее свойствами; происходит от одного зачатка (зиготы, споры, семени и т.п.); индивидуально подвержен факторам эволюции и экологическим факторам.

ПОПУЛЯЦИЯ

совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих определенное пространство.

ЭКОСИСТЕМА

единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

ПЛОТНОСТЬ ПОПУЛЯЦИИ (населения)

среднее число особей популяции (вида) на единицу площади или объема пространства.

СТРЕСС

неспецифическая (общая) реакция напряжения живого организма на любое сильное воздействие, оказываемое на него.

КОНКУРЕНЦИЯ

соперничество, любые антогонистические отношения, определяемые стремлением лучше или скорее достигнуть какой-либо цели по сравнению с другими членами сообщества. Конкуренция возникает за пространство, пищу, свет, самкуу и т.д. Конкуренция - одно из проявлений борьбы за существование.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта

Постепенное повышение уровня жизни в последние два столетия привело к увеличению средней продолжительности жизни. Из таблиц, составленных статистиком У. Фарром для Англии и Уэльса и относящихся к 1838–1854 гг., следует, что средняя продолжительность жизни в то время была равна 40,9 года. С развитием медицины и гигиены средняя продолжительность жизни увеличилась до 49,2 года (1900–1902 гг.). В США в 1945 г. средняя продолжительность жизни достигла 65,8, т.е. увеличилась за пять десятилетий примерно на 16 лет.

Коротко о главном

Экологическое взаимодействие среды и сообщества определяет численность популяции. Эта величина служит показателем того, насколько успешно сообщество подчиняет себе среду (в результате сознательной деятельности или каким-либо иным путем).

Ускоренный рост численности населения начался примерно 8000 лет назад. В эпоху палеолита и мезолита плотность населения составляла менее 1 человека на 3 км2 . В эпоху неолита, когда человек стал обрабатывать землю, плотность возросла примерно в 10 раз; в бронзовом и железном веках – еще в 10 раз. Общее число людей в эпоху неолита определяют примерно в 5 млн, а в период появления первых крупных городов – в 20–40 млн.

Современному виду Homo sapiens потребовалось около 20 тыс. лет, чтобы достичь численности 200 млн (во времена Римской империи). В последующие 1500 лет (к 1600 г. н.э.) население земного шара возросло до 500 млн, спустя еще 200 лет – более чем удвоилось (около 1 млрд в 1800 г.).

Численность человеческой популяции регулируется не только биологическими, но и культурными факторами.

Рост популяции следует рассматривать как процесс, связанный с равновесием трех демографических факторов – плодовитости, смертности и миграции.

Уровень жизни того или иного человеческого сообщества зависит от способа, с помощью которого данное сообщество достигает равновесия в определенных экологических условиях. Это равновесие может быть достигнуто благодаря более высокой общей смертности или высокой заболеваемости, а также за счет напряженной работы, ухудшения здоровья или недостатка материальных благ. Для характеристики равновесия можно пользоваться различными критериями (в том числе такими, которые определяют уровень потребления, работоспособность, энергию или денежный доход, приходящийся на душу населения), а также разными демографическими показателями. Особого внимания заслуживают показатели детской смертности и средней продолжительности жизни.

Контрольные вопросы

1. От каких факторов зависит плотность населения и его численность?

2. Какие процессы регулируют численность популяции?

3. Каковы меры по регуляции численности популяций человека?

Литература

Обязательная

1. Хрисанфова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология. – М.: Высшая школа, 2002.

2. Хомутов А.Е. Антропология. – Ростов н/Д: Феникс, 2004.

Дополнительная

1. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. Т.

Наша планета Земля по составу, состоянию слагающего вещества, физическим свойствам и протекающим в ней процессам неоднородна. Вообще, неоднородность - это главное свойство и движущая сила всей Вселенной, в том числе и нашей планеты.

В направлении к центру Земли можно выделить следующие оболочки, или, иначе говоря, геосферы: атмосферу, гидросферу, биосферу, земную кору, мантию и ядро. Иногда внутри твердой Земли выделяют литосферу, объединяющую земную кору и верхнюю мантию, астеносферу, или частично расплавленный слой в верхней мантии, и подастеносферную мантию. Ниже мы покажем, что последняя классификация верхних геосфер твердой Земли более обоснована при рассмотрении геодинамических процессов.

Три внешние оболочки (атмосфера, гидросфера и биосфера) имеют весьма непостоянные или даже неопределенные границы, но по сравнению с другими геосферами они наиболее доступны непосредственному наблюдению. Геосферы твердой Земли, за исключением самого верхнего слоя земной коры, изучаются в основном косвенными, геофизическими методами, поэтому многие вопросы пока остаются нерешенными. Достаточно сравнить радиус Земли - 6370 км и глубину самой глубокой пробуренной скважины - менее 15 км, чтобы представить себе, как мало мы имеем непосредственной информации о составе вещества планеты.

Рассмотрим основные физические характеристики отдельных геосфер.

Устойчивость популяций

Выделяют три типа зависимости численности популяции от ее плотности.

Глоссарий

ОРГАНИЗМ

ПОПУЛЯЦИЯ

совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих определенное пространство.

ЭКОСИСТЕМА

единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

ПЛОТНОСТЬ ПОПУЛЯЦИИ (населения)

среднее число особей популяции (вида) на единицу площади или объема пространства.

КОНКУРЕНЦИЯ

Популяция -- это человеческое, животное или растительное население некоторой местности.

Различают половую, возрастную, территориальную и другие виды структуры. В теоретическом и прикладном планах наиболее важны данные о возрастной структуре, под которой понимают соотношение особей (часто объединенных в группы) различных возрастов. У животных выделяют следующие возрастные группы:

ювенальная группа (детская)

сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию)

Популяции свойственно также определенное соотношение полов, причем, как правило, количество самцов и самок различно (соотношение полов не равно 1:1). Известны случаи резкого преобладания того или иного пола, чередование поколений с отсутствием самцов. Каждая популяция может иметь и сложную пространственную структуру, подразделяясь на более или менее крупные иерархические группы - от географической до элементарной (микропопуляции).

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. Такие популяции называют нормальными. Если в популяции преобладают старческие особи, это однозначно свидетельствует о наличии отрицательных факторов в ее существовании, нарушающих воспроизводительные функции. Такие популяции рассматривают как регрессивные, или вымирающие. Требуются срочные меры по выявлению причин такого состояния и их исключению. Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или инвазионные. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые здесь ранее отсутствовали. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность. Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек из нее может изымать то количество особей или биомассу (последний показатель обычно используется применительно к растительным сообществам), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Ясно, что изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол или другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

К числу важнейших свойств популяций относится динамика свойственной им численности особей и механизмы ее регулирования. Всякое значительное отклонение численности особей в популяциях от оптимальной связано с отрицательными последствиями для ее существования. В связи с этим популяции обычно имеют адаптационные механизмы, способствующие как снижению численности, если она значительно превышает оптимальную, так и ее восстановлению, если она уменьшается ниже оптимальных значений. Каждой популяции свойствен так называемый биотический потенциал, под которым понимают теоретически возможное потомство от одной пары особей при реализации способности организмов увеличивать численность в геометрической прогрессии. Обычно биотический потенциал тем выше, чем ниже уровень организации организмов

Однако биотический потенциал реализуется организмами со значительной степенью полноты только в отдельных случаях и в течение коротких промежутков времени.

Для большинства же популяций и видов выживаемость характеризуется кривой второго типа, которая отражает высокую смертность молодых особей или их зачатков (яйца, икринки, споры, семена и т.п.). При таком типе выживаемости (смертности) численность популяции обычно выражается S-образной кривой. Такая кривая носит название логистической. Но и в этом случае периодические колебания численности особей значительны. Такие отклонения от средней численности имеют сезонный (как у многих насекомых), взрывной (как у некоторых грызунов - лемминги, белки) или постепенный (как у крупных млекопитающих) характер.