12.Структура и динамика популяций.

Популяция-совокупность особей одного биологического вида, длительное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени быть изолированным от других популяций.

Структура популяции:

Половая структура - (соотношение особей разного пола);

Возрастная структура популяции - это соотношении в составе популяции особей разного возраста;

Генетическая структура определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, чем генетически более разнородна популяция, тем выше её экологическая пластичность;

Пространственная – характер размещения и распределения отдельных членов и их группировок на территории (ареале).

Экологическая – подразделенность всякой популяции на группы особей по-разному взаимодействующих с факторами среды.

Общая смертность-это число особей, погибающих в единицу времени.

Удельная смертность-число новых особей, добавляющихся за период времени дельта t.

Общая рождаемость-число новых особей, добавляющихся за время дельта t.

В природных условиях рост популяций рано или поздно прекращается из-за негативных факторов среды, которые тем больше, чем больше численность популяций.

13.Биотические сообщества (понятие о биоценозе, видовая и пространственная структура, взаимосвязи и взаимоотношения организмов).

Биоценоз-совокупность всех живых организмов: растений (фитоценоз), животных (зооценоз), микроорганизмов (микробоценоз).

Видовая структура определяется числом видов в сообществе, соотношением численности между видами. Выделяют бедные биоценозы (десятки, сотни видов) и богатые (десятки тысяч видов).

Пространственная структура биоценоза выражается в виде ярустности в фитоценозе.

Горизонтальная пространственная структура в растительном и животных сообществах наблюдается в виде мозаичности.

Взаимодействия между организмами Шелфордом и Клеменсом в 1939 году были названы коакцией. Выделяют 2 типа:

• Гомотипические реакции или взаимодействие между особями одного вида.

• Гетеротипические реакции или взаимодействие между особями разных видов.

Выделяют:

1.Нейтрализм(0.0)-оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния.

2. Конкуренция(-,+)-каждый из видов оказывает на другой неблагоприятные действия.

3. Мутуализм(+,+)- симбиотические Взаимоотношения,когда оба сожительствующих вида извлекают взаимную пользу.

-сотрудничество(+,+)-оба вида образуют сообщество, оно не является обязательным.

-симбиоз (+,+)-неразделимые, взаимополезные связи.

-протокооперация(+,+)-самый простой тип симбиотических отношений.

4. Комменсализм(+,0)-взаимоотношения видов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому.

-нахлебничество(+,0)

-сотрапезничество(+,0)

-квартиранство(+,0)

5. Аменсализм(-,0)- в совместной среде обитания один вид подавляет существование другого, не испытывая противодействия.

6. Паразитизм(+,-)-организмы одного вида живут за счет питательных веществ другого вида,хозяина.

7. Хищничество (+,-) - представители одного вида уничтожают или поедают представителей другого вида.

Взаимосвязи в биоценозе.

Выделяют:

1.Пищевые или трофические связи (растения и насекомые).

2. Топические связи, основаны на использовании местообитания.

3. Форические связи (одни организмы участвуют в распространении других).

4. Фабрические связи, характерно использование одними организмами других или продуктов их жизнедеятельности.

14.Экосистемы (понятие, структура и состав; энергетика, продуктивность и биомасса; экологические ниши, экологические пирамиды, динамика, сукцессии).

Экосистема-пространственно-определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическим и информационными взаимодействиями.

В 1935 году понятие «Экосистема» ввел Тенсли.

Различают водные и наземные экосистемы В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп.

Члены сообщества так тесно взаимодействуют со средой обитания, что их объединяют под названием биогеоценоз(1942 г-Сукачёв).

Биогеоценоз является единицей локальной экосистемы и экосистема может включать несколько биогеоценозов.

Состав экосистем

1.Абиотическая компонента представлена неорганическими веществами и хим. элементами(Са, К,Mg,Na,N₂,O₂)

- орган. Вещества (белки, жиры, углеводы)

-различные среды обитания.

2. Биотическая компонента представлена организмами, различающихся по способу питания.

Афтотрофы (продуценты)

Гетеротрофы (консументы)-употребляют готовые орган. вещества

Редуценты (деструкторы)-они разлагают органическое вещество до исходных остатков.

Главное свойство цепи питания-осуществление биологического переворота веществ и высвобождение запасной в органическом веществе энергии.

Энергетика экосистем

Э_баланс=Э_{дыхания}+Э_{прироста}+Э_{выделения}

Максимальной тратой на дыхание, которое в сумме с неусвоенной пищей составляет примерно 90% от потребляемой энергии ,поэтому переход энергии с одного трофического уровня на другой в среднем принимается близким к 10%. Эта закономерность называется «правило 10%». Из него следует, что цепь питания имеет ограниченное количество уровней 4-5. Пройдя через пик, практически вся энергия рассеивается.

1 следствие. С энергетической точки зрения крайне не целесообразно потребление животных продуктов обычно с высоким уровнем цепи питания,т.к. её образование связано с большими потерями. Особенно при переходе с 1 уровня на 2.

2 следствие. Чтобы сократить вероятность дефицита продуктов питания для возрастающей численности населения надо, чтобы в рационе больше удельный вес занимала растительная пища.

Экологическая ниша - это место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности, связанный с факторами среды, видами пищи, способом питания, местами размножения и т.д.

Если разные организмы занимают одну и ту же экологическую нишу, неизбежна конкуренция. Существует правило конкурентного исключения Гаузе: если два вида со сходными требованиями к среде вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть или изменить образ жизни и занять новую экологическую нишу.

Продуктивность-образование продукции в единицу времени на единице площади или объема. Продукция и продуктивность могут определяться для экосистем в целом или для отдельных видов.

Биомасса организма, групп организмов или экосистем в целом-это вся живая масса, которая содержится в экосистеме или её элементах вне зависимости за какой период она образовалась и накопилась. Биомасса и продуктивность показатели качества окружающей среды.

Экологические пирамиды.

Если количество энергии продукции биомассы или численности организмов на каждом трофическом уровне изобразить в виде прямоугольников в одном и том же масштабе, то их распределение будет иметь вид пирамид.

• Пирамида энергии. Количество энергии, содержащейся в организме на любом последующем уровне цепи питания меньше её значений на предыдущем уровне.

• Пирамида продукции. Подчиняется этому же правилу.

• Пирамида биомасс. Сходны для энергии и продукции, но только для сухопутных экосистем. Для водных наоборот. Биомасса животных, потребляющих растительную продукцию больше биомассы растительных организмов. Причина этого-резкие различия в продолжительности жизни организмов.

• Пирамида чисел. Свидетельствует, что количество организмов как правило уменьшается от основания к вершине.

Динамика и развитие экосистем. Сукцессия.

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями или флуктуациями, а направленную динамику называют поступательной или развитием экосистем. ( Характерно либо внедрение новых видов, либо смена одних видов другими) В конечном счете происходит смена биоценозов и экосистем в целом. Этот процесс называют сукцессией. Различают:

• Первичная сукцессия-возникает на изначально безжизненном субстрате (песчаный карьер). Можно выделить последующие стадии сукцессии, которые заканчиваются относительно малоизменяющимися экосистемами. Их называют коренными или узловыми.

• Вторичные. Отличаются тем, что начинаются не с нулевых значений, а возрастают на месте разрушенных экосистем (лесной пожар). Основное отличие-протекают намного быстрее, чем первичные. Причины сукцесии: когда существующая экосистема создает неблагоприятные условия для наполняющих ее организмов (почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление)

Основные свойства экосистем:

-стабильность,

-устойчивость

-гибкость (способность экосистем сохранять свою структуру и свойства при воздействии внешних факторов).

15.Биосфера как глобальная экосистема. Учение В. И. Вернадского о биосфере (понятие, границы биосферы, живое вещество, свойства живого вещества, средообразующие функции живого вещества, основные свойства биосферы).

1875 год Зюсс вводит понятие «биосфера». Учение о биосфере было создано В. И. Вернадским. По Вернадскому важнейшей геохимической силой являются живые организмы, их деятельность в настоящем и прошлом.

Биосфера-все пространство (оболочка земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, т.е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Границы современной биосферы простираются до озонового экрана (8-10 км у полюсов, у экватора 17-18 км, над остальной поверхностью 20-25 км).

Живое вещество-совокупность всех живых организмов, выраженное через массу, энергию и хим. состав.

Свойства живого вещества

• Способность быстро занимать все свободное пространство.

• Движение-не только пассивное,но и активное.

• Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

• Высокая приспособительная способность к различным условиям, к разным средам обитания.

• Высокая скорость протекания реакций.

• Высокая скорость обновления живого вещества (Для биосферы 8 лет, для суши 14 лет, для океана 33 года)

Функции живого вещества:

• Энергетическая. 2 биогеохимических принципа Вернадского. 1)Геохимическая биогенная энергия стремится в биосфере к максимальному проявлению. 2) В процессе эволюции выживают те организмы, которые своей жизнью увеличили геохимическую энергию.

• Газовая-способность изменять и поддерживать определенный газовый состав.

• Окислительно-восстановительная. Связка с процессами окисления под влиянием живого вещества ( присутствие О₂) и процессы восстановления (при разложении органического вещества)

• Концентрационная-способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные хим. элементы.

• Деструктивная-разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органических веществ,так и косных веществ. Основной механизм связан с круговоротом веществ.

• Транспортная-перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов.

• Рассеивающая-проявляется через трофическую и транспортную деятельность организмов.

• Информационная. Живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в структурах и передают ее последующим поколениям.

• Среднеобразующая-интегральная функция. В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда

Свойства биосферы:

• Биосфера-это централизованная система,где центром являются живые организмы.

• Биосфера-это открытая система-ее существование невозможно без поступления энергии извне.

• Биосфера-это система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие-основное условие развития любой косистемы.

• Биосфера-саморегулирующая система,для которой характерно организованность,способность системы возвращаться в исходное состояние.

• Наличие механизмов,обеспечивающих круговорот веществ и связанное с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соеденений.