билеты по экологии 1. Экологические факторы. Определение, классификация и принципы действия. Экологический фактор - любые свойства или компоненты окружающей среды, влияющие на организм. По природе фактора 1. Абиотические (факторы неживой природы): a. Климатические — освещенность, давление, температурный режим и т. п.; b. Эдафические (местные) — водоснабжение, тип почвы, рельеф местности; c. Орографические — воздушные (ветер) и водные течения. 2. Биотические (есть в таблице) Синфакторы и эпифакторы Синфактор — комплексный фактор Эпифактор — резко меняют отношения организма к другим факторам. Зависимые и независимые от плотности популяции Условия и ресурсы. Условие и ресурс отличаются друг от друга тем, что ресурс, в отличии от условия, можно потреблять (или что-то подобное), и за него идет конкуренция. За условия конкуренции нет. Элементарные и интегральные Элементарные — фактор среды, который нельзя разделить на составляющие (температура, давление, вода, гравитация). Интегральный — комплексный фактор (химический состав субстрата, солнечный свет) Воздействие факторы может быть сигнальным и витальным. Экологические факторы действуют по закону лимитирующего фактора. На благополучие организмов в наибольшей степени действуют те факторы, которые больше всего отклоняются от оптимальных для организма значений. Лимитирующее значение оказывают максимальные и минимальные значения фактора. Закон Либиха. Урожай агрокультур возрастает прямо пропорционально количеству тех внесенных удобрений, компоненты которых содержались в почве в минимальном количестве. 2. Среды жизни. Классификация, общие свойства. Среды обитания: 1. Водная среда a. Вода плотная и вязкая, она служит опорой для организмов b. Непостоянство химического состава, т.к. вода - хороший растворитель c. Постоянство температуры, т.к. у воды плохая теплопроводность d. Постоянное движение водных масс e. Свет рассеивается 2. Почвенная a. Стабильная влажность b. Стабильная плотность c. Стабильный температурный режим 3. Наземно-воздушная среда a. Более интенсивное воздействие света на организмы b. Влажность - важный лимитирующий фактор билеты по экологии 1 c. Ярче выражен перепад температур d. Ощутимое воздействие силы тяжести, нет выталкивающей силы e. Разные климатические пояса 4. Организменная среда a. Коадаптация хозяина и паразита Свойства среды обитания: 1. Гетерогенность. Проявляется во времени и пространстве.Чем более гетерогенная среда, тем больше организмов могут найти среду обитания (экологическую нишу??). 2. Место обитания - совокупность условий вокруг организма 3. В сообществе столько видов, сколько и ниш 3. Популяция, определение. Плотность, рождаемость, смертность. Возрастная структура Популяция - группа особей одного вида, способных свободно размножаться и давать плодовитое потомство, занимающая определенное пространство и обладающая многими признаками (н-р, плотность, смертность и т.д.). Плотность популяции — ее величина по отношению к единице пространства. Средняя плотность — число особей на единицу всего пространства. Экологическая плотность —число особей на заселенную площадь. Рождаемость - это способность популяции к увеличению. Характеризует частоту появления новых особей. Максимальная рождаемость - образование максимального теоретически возможного числа особей в идеальных условиях. Для популяции данная величина постоянна. Реализуемая, или экологическая рождаемость - увеличение популяции при фактических или специфических условиях среды. Эта величина изменяется в зависимости от состава и численности популяции, а также от физических параметров среды. Смертность характеризует гибель особей в популяции. Антитеза рождаемости. Есть минимальная смертность - постоянная величина, характеризующая смертность в идеальных условиях. Реализуемая, или экологическая смертность - количество особей, умерших на определенный период. Зависит от разных факторов. Больший интерес представляет выживаемость=рождаемость-смертность. Возрастная структура популяции оказывает влияние как на рождаемость, так и на смертность. Соотношение возрастных групп в популяции определяет ее способность к размножению в данный момент и показывает, чего можно ожидать в будущем. В популяции есть нормальное соотношение возрастных групп, возвращение к которому приводит к стабилизации популяции. 4. Ограниченный и неограниченный рост численности. Уравнение Ферхюльста-Пирла. Модель неограниченного роста Не бывает в реальной жизни J-образная прямая Экспоненциальный рост Оптимальные условия: отсутствие конкуренции отсутствие пресса хищников отсутствие пресса паразитов Описывается уравнением dN = rN dT Модель ограниченного роста S-образная прямая Также есть волны жизни Есть пресс хищников, паразитов, болезни, конкуренция и т.д. (любой фактор, влияющий на численность популяции) билеты по экологии 2 ⎧N < K ⎨r > 0 ⎩ b>d ⎧N = K ⎨r = 0 ⎩ b=d ⎧N > K ⎨r < 0 ⎩ b<d недолго Описывается уравнением Ферхлюста-Перла dN K−N ) = rN( dT K d - дифференциал N - количество особей в популяции T - промежуток времени r - константа удельного роста популяции K - емкость среды обитания 5. Структура экосистемы. Поток энергии и круговорот вещества. Цепи и сети питания. Экологическая пирамида. Концепция экосистемы: с точки зрения трофических отношений автотрофный компонент, для которого характерно использование простых неорганических веществ и построение сложных. автотрофный - самостоятельно питающийся гетеротрофный компонент, для которого характерно утилизация, перестройка и разложение сложных веществ для удобства описания можно выделять следующие компоненты неорганические - идут в круговороты органические - связывают абиотический и биотический компоненты климатический режим продуценты консументы редуценты пространственная структура экосистемы популяции распределены в пространстве определенным образом растительное сообщество как правило формирует облик экосистемы наблюдается ярусность билеты по экологии 3 видовая структура экосистемы - разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности сокращение видового разнообразие угрожает виду, т.к. несет за собой сокращение генетического разнообразия видовое разнообразие служит основой экологического разнообразия это все составляет биологическое разнообразие планеты Поток энергии и круговорот вещества Законы термодинамики (по ним идет линейный поток энергии) Первый закон гласит, что энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но не может быть создана или уничтожена. Второй закон утверждает, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потерь некоторой ее части. В конечном итоге вся энергия, поступающая в биотический круговорот экосистемы, рассеивается в виде тепла. Живые организмы фактически не используют тепло как источник энергии для совершения работы — они используют свет и химическую энергию. Пищевая цепь - перенос пищи от ее источника - растений - через ряд организмов, проходящий путем поедания одних организмов другими. Пищевые цепи не изолированы друг от друга, а тесно переплетены, и это называется пищевой сетью. Энергия теряется при переносе на следующий трофический уровень. 3 типа экологический пирамид: 1. пирамида чисел - численность отдельных организмов 2. пирамида биомассы - сухой вес, калорийность или другую меру общей биомассы 3. пирамида энергии Цепи, которые начинаются с продуцентов, называются цепями выедания, или пастбищными цепями (см. верхнюю цепь). Образующееся в результате жизнедеятельности организмов и их смерти мёртвое органическое вещество ещё содержит запас энергии, которая обеспечивает существование организмовредуцентов. Сами же редуценты служат пищей для консументов. Так образуются пищевые цепи разложения, или детритные цепи (детрит — полуразложившаяся органическая масса). билеты по экологии 4 пирамида энергии 6. Понятие о продуцентах, консументах и редуцентах. Систематическое положение и основные процессы преобразования вещества и энергии реализуемые ими. В сложном сообществе организмы, получающие свою пищу от растений через одинаковое количество этапов, считаются принадлежащими одному трофическому уровню. Зеленые растения занимают первый трофический уровень (продуценты), фитофаги - второй (консументы 1 уровня), вторичные хищники - третий (консументы второго уровня). Популяция одного вида может занимать один и более трофических уровней. Продуценты — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Это, в основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики и без солнечного света. Продуценты являются первым звеном пищевой цепи. Консументы — гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических. Однако все организмы выделяют углекислый газ и воду, а часто и другие неорганические (аммиак) или простые органические (мочевина) молекулы и таким образом принимают участие в разрушении органического вещества. Консументы первого порядка — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы. Консументы второго порядка — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка. Редуценты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки мёртвых существ, превращающие их в неорганические соединения и простейшие органические соединения. Детритофаги - гетеротрофы, питающиеся разлагающейся органикой (детритом). От детритофагов (животных и протистов) редуценты отличаются прежде всего тем, что не оставляют твердых непереваренных остатков (экскрементов). 7. Типы экосистем и их стабильность. Первичная и вторичная продукция. Стабильность экосистемы: 1. Чем система разнообразней, тем она стабильней. Самые стабильные - 1, 2, 3 вида (агроценозы). 2. Разветвленность цепей питания (вытекает из первого пункта). В реальности существуют сети питания (связанные между собой сети питания). 3. Отсутствие выноса энергии 4. Территория (чем больше тем лучше) Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Часть первичной продукции идет на обеспечение жизнедеятельности самих растений, а оставшаяся органическая масса - энергетический потенциал для консументов, редуцентов и детритофагов. Прирост за единицу времени массы консументов – это вторичная продукция сообщества. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего. билеты по экологии 5 8. Особенности функционирования искусственных экосистем. Нужно выйти из-под действия биологических законов: 1. Обеспечить защиту от внешних связей: a. Избавиться от паразитов и других животных (для рыбы, например, лучше использовать бетонные водоемы). Нужны антигельминтики, ядохимикаты (дорогие! дешевые — хуета) и пр. b. Так как животному нечем питаться, нужен комбикорм для кормления c. Убрать симбиотические связи тоже 2. Так как человек выносит энергию из экосистемы, нужно вносить удобрения, чтобы восполнить ее. 9. Взаимодействия организмов в экосистемах. Классификация. свободноживущие симбиотические -/- конкуренция - +/- хищник-жертва паразит-хозяин +/0 протокомменсализм комменсализм +/+ протокооперация мутуализм 0/0 нейтрализм - -/0 аменсализм - Внутривидовая конкуренция — соперничество за ресурсы между особями одного вида. Это важный фактор саморегуляции в популяции. Межвидовая конкуренция — соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями разных видов. Хищничество — тип взаимоотношений, при котором представители одного вида питаются представителями другого вида. Протокомменсализм — Протокооперация — совместное существование, выгодное для обоих видов, но не являющееся обязательным условием выживания Нейтрализм — это отсутствие взаимоотношений, при котором совместно обитающие на одной территории организмы прямо никак не влияют друг на друга. Аменсализм — форма взаимоотношений, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы. Паразитизм — тип взаимоотношений, при котором представители одного вида (паразиты) используют питательные вещества или ткани особей другого вида (хозяина), а также его самого в качестве временного или постоянного местообитания. Комменсализм — тип взаимоотношений, при котором один из видов (комменсал) получает какую-либо выгоду, а другой не получает ни пользы, ни вреда. Мутуализм — тип взаимоотношений, при котором организмы-симбионты не могут существовать друг без друга. 10. Взаимодействия хищник-жертва. Отрицательно сказываются на росте и выживании одной из популяций Охватывает все взаимодействия при которых одни организмы используют в пищу другие Усиление пресса хищников может происходить за счет: возрастания среднего рациона одной особи хищника - краткосрочный эффект за счет увеличения численности популяции хищника - долгосрочный эффект Могут быть разные реакции хищников на увеличения количества жертв Зная функциональную и численную реакцию вида, можно оценить суммарный эффект на популяцию жертв При незначительном увеличении количества жертв интенсивность потребления их позвоночными хищниками возрастает медленно, т.к. порог возбуждения выше билеты по экологии 6 Хищники, эволюционируя, вырабатывали различные приспособления, чтобы воздействовать на жертву, острые зубы и клыки, быстрые ноги, маскирующая окраска, острые втягивающиеся когти, стрекательные клетки, ядовитые железы. Одни хищники вынуждены быстро бегать, другие достигают своей цели, охотясь стаями, третьи отлавливают преимущественно больных, раненых и неполноценных особей. Жертвы, в свою очередь, развивали специфические средства защиты - выросты на теле, шипы, колючки, панцири, защитная окраска, способность быстро прятаться, зарываться в грунт, строить убежища. Модель заяц-рысь не описывается моделью Лотки-Волтерра Коэволюция хищника и жертвы эволюция хищника неотрывна от эволюции жертвы в процессе коэволюции у хищника выработались достаточно эффективные средства нападения, а у жертв - достаточно эффективные средства защиты 11. Взаимоотношения паразит-хозяин, примеры систем из разных царств органического мира. Основные адаптации к жизни в организме хозяина. Отрицательно сказываются на росте и выживании одной из популяций Есть метаболическая связь Антагонизм Частичная или полная редукция тех структур, которые обеспечивали предкам свободное существование, и одновременное приобретение новых структур, нужных для паразитизма Паразит чаще всего не хочет убивать своего хозяина, но иногда смерть выгодна: распространение в окружающей среде (холерный вибрион) к окончательному хозяину (рыба—>птица) Увеличение репродуктивного потенциала, потому что вероятность выжить очень мала Классификация 1. По расположению a. эндопаразиты i. внутриклеточные ii. тканевые iii. полостные b. эктопаразиты 2. По необходимости в паразитизме a. факультативные b. облигатные 3. По кругу хозяев билеты по экологии 7 a. широкий b. узкий 4. По смене хозяина a. со сменой b. без смены Адаптации у паразитов: а) прогрессивные увеличение размеров тела; из всех систем органов наибольшего развития достигает половая система; разнообразные органы фиксации (присасывательные диски лямблии, присоски сосальщиков, ботрии, крючья ленточных червей; коготки вшей, ротовой аппарат клещей); наружные покровы (тегумент, кутикула защищают от действия ферментов хозяина); «молекулярная мимикрия» (сходство структуры белков и ферментов паразита и хозяина); выделение кишечными паразитами антиферментов, которые защищают от переваривания соками хозяина; инкапсулирование личинок паразитов как защитная реакция от действия ферментов хозяина. б) регрессивные упрощение строения нервной системы и органов чувств Биологические адаптации связаны с особенностями строения половой системы, размножением и циклами развития паразитов: а) гермафродитизм; б) высокая плодовитость в) разнообразные формы бесполого размножения г) миграции по организму хозяина д) сложные циклы развития со сменой личиночных стадий и промежуточных хозяев. Примеры: 1. Малярийный плазмодий 2. Аскарида у человека 3. Трипонасома у человека 12. Конкуренция. Типы и механизмы конкурентных взаимоотношений. Принцип Гаузе. Конкуренция — такое взаимодействие организмов, которое проявляется как взаимное угнетение между ними, вызванное сходными потребностями в ограниченном ресурсе, доступность которого уменьшается при росте численности конкурирующих организмов. Процесс конкуренции - плохо, результат конкуренции - хорошо. Конкуренция является главным механизмом возникновения биологического разнообразия. Взаимодействие такого типа приводит к снижению выживаемости конкурирующих особей. Следует отметить, что конкуренция может проявляться и тогда, когда какого-либо ресурса достаточно, но его доступность снижается из-за активного противодействия особей. Если конкуренты принадлежат к одному виду, то взаимоотношения между ними называют внутривидовой конкуренцией. Если же они относятся к разным видам, то это межвидовая конкуренция. Объектом конкуренции может служить любой ресурс, запасы которого в данной среде недостаточны. Это может быть ограниченная территория распространения, пища, участок для гнезда, место для произрастания семян. билеты по экологии 8 Закон конкурентного исключения (принцип конкурентного исключения), гласит: два вида не могут существовать в одном местообитании (в одной и той же местности), если их экологические потребности идентичны. Виды конкуренции 1. Интерферационная Особи оспаривают ресурс в непосредственном контакте друг с другом 2. Эксплуатационная Все просто используют ресурс, но могут не догадываться о существовании друг друга территориальное поведение точка К не вырастет, но позволит сохранить численность предупреждающее поведение увеличение размера билеты по экологии 9
