- •Вопросы к экзамену Экология
- •Экология как наука. История науки. К. Либих, Буссенго, л. Пастер. Роль теории ч. Дарвина в становлении современной экологии. Э. Геккель.
- •Современная структура экологии
- •Международные экологические программы: Международная биологическая и программы, Человек и биосфера. Цели и значение.
- •Уровни организации живой материи и биологические системы. Экологические проблемы по уровням организации жизни
- •Структура биосферы: фитосфера, гипобиосфера, метабиосфера, абиосфера, альтобиосфера, парабиосфера, апобиосфера, гидробиосфера. Границы биосферы.
- •Структура популяций: половая, возрастная, генетическая, пространственная, экологическая.
- •Основные понятия: биогеоценоз, биоценоз, фитоценоз, зооценоз, микробоценоз, биом. Компоненты биогеоценоза. Биоценоз и его структурная организация. Понятие об экотопе и биотопе.
- •Состав и функциональная структура экосистемы. Деление организмов по способу питания и деструкции.
- •Основные среды жизни и их характеристика. Факторы среды.
- •Характеристика наземно-воздушной среды. Анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации.
- •Живые организмы как среда обитания. Экологические преимущества и экологические трудности паразитов
- •Определение понятия экологический фактор. Классификация экологических факторов по времени, происхождению, по форме воздействия и др. Изменение факторов среды во времени.
- •Характеристика абиотических и биотических факторов. Формы воздействия экологических факторов и их компенсация.
- •Критерии экологического фактора. Понятие о толерантности организмов. Неоднозначность действия фактора на разные функции. Правило взаимодействия фактора. Приведите примеры.
- •Закон оптимума. Точка оптимума и зона оптимума. Понятие об экологической валентности. Эври и стено валентные организмы. Приведите примеры.
- •Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Правило экологической индивидуальности видов л. Раменского.
- •Экологическая роль климатических факторов. Биота и климат как экологический фактор. Стенотермные и эвритермные виды. Пойкилотермные и гомойотермные животные.
- •Зависимость активности организмов от температуры. Тепловой преферендум. Влияние температуры на географическое распределение животных
- •Влияние низких температур на плотность популяции. Летняя и зимняя спячка. Криофиты и психрофиты. Признаки ксероморфизма у тундровых растений.
- •Зависимость активности организмов от температуры. Минимальная и максимальная температура как ограничивающий фактор.
- •Пути адаптации к высоким температурам. Адаптации к экстремальным низким температурам. Приведите примеры. Анабиоз как мера борьбы с холодом.
- •Правило Бергманна об увеличении тела животных с непостоянной температурой тела при удалении от полюсов. Причины и исключения (приведите примеры).
- •Правило Аллена об уменьшении площади выступающих частей тела у животных с постоянной температурой тела в холодных зонах. Причины, исключения (приведите примеры).
- •Биоклиматический закон а. Холкинса (1918) об изменении фенологических явлений в жизнедеятельности организмов при продвижении в горы и на север. Причины. Биполярность.
- •Свет как экологический фактор. Пути расходования солнечной энергии на поверхности земли. Физиологически активная радиация. Световой режим. Количественная характеристика света.
- •Для чего зеленым растениям нужен свет? Сезонная динамика.
- •Причины изменения светового режима. Экологические группы растений по отношению к свету и их адаптивные особенности.
- •Признаки теневыносливости. Анатомическая, морфологическая и физиологическая характеристика гелиофитов Привести примеры. Пространственная ориентация листьев.
- •Анатомическая, морфологическая и физиологическая характеристика сциофитов. Привести примеры.
- •Растения короткого и длинного дня. Фотопериодизм и биологические ритмы.
- •Свет как условие ориентации животных. Фотофилы и фитофобы, эврифитные и стенофитные. Адаптации. Примеры. Фототаксисы. Навигационная способность птиц.
- •Вода как экологический фактор. Свойства воды и ее биологическая роль. Аридные и гумидные условия. Вода в почве.
- •Абиотические факторы в водной среде. Текучесть воды и явление реотропизма. Эвригалинные и стеногалинные водные виды, примеры
- •41. Классификация живых организмов по их потребности в воде. Гидрофильные, мезофильные, ксерофильные; стеногигрические и эвригигрические организмы.
- •42. Источник получения воды у животных. Поиск воды у животных. Приведите примеры. Потери воды и механизмы защиты от обезвоживания.
- •43. Влияние влажности на жизнь животных: на продолжительность жизни, плодовитость, поведение, географическое распространение. Приведите примеры.
- •44. Водный баланс растений. Пойкилогидрические и гомойогидрические растения. Адаптации растений к поддержанию водного баланса. Типы корневых систем.
- •45. Экологические группы растений по отношению к воде. Гидатофиты. Ксерофиты, мезофиты, гидрофиты, гигрофиты и их адаптации к условиям увлажнения.
- •46. Поступление воды в растение. Водный дефицит. Пойкилогидридные и гомеогидридные организмы. Потери воды и солевой баланс.
- •47. Вода как среда обитания организмов. Хроматическая адаптация. Характеристика и адаптации гидатофитов и гидрофитов. Приведите примеры.
- •48. Гигрофиты. Адаптации. Приведите примеры.
- •49. Характеристика склерофитов. Анатомо-морфологические и физиологические адаптации. Приведите примеры.
- •50. Характеристика суккулентов. Анатомо-морфологические и физиологические адаптации. Приведите примеры.
- •51. Эдафические факторы. Экологическое значение механического состава почв. Экологическое значение химических свойств почв. Физическая и физиологическая сухость почвы.
- •53. Экологические особенности песчаных субстратов. Экология растений сыпучих песков. Животные пустынь и их адаптации. Примеры.
- •54/ Засоленные местообитания. Экология растений засоленных почв. Адаптации галофитов. Примеры.
- •Ветер как экологический фактор. Анемофилия и анемохория. Жизненная форма перекати-поле. Бурелом, ветровал.
- •57. Рельеф как экологический фактор. Типы рельефа. Вертикальная поясность. Типы вертикальной поясности Кавказа в сравнении с другими горными системам.
- •58. Особенности вертикальной поясности Западного Кавказа. Причины и следствия. Приведите примеры.
- •Субальпиские криволесья и редколесья
- •59. Экология высокогорных растений. Влияние экспозиции и крутизны склонов на формирование биотических комплексов.
- •60. Понятие жизненная форма. Характеристика жизненных форм по Раункиеру как адаптация к экологическим факторам
- •61. Понятие жизненная форма. Характеристика жизненных форм по Серебрякову как адаптация к экологическим факторам.
- •62. Жизненные формы животных как адаптация к экологическим факторам. Понятие конвергенции. Примеры.
- •63. Понятие о местообитании. Представление об экологической нише. Принцип конкурентного исключения. Правило обязательности заполнения экологических ниш. Специализированные и общие ниши. Примеры.
- •64. Фундаментальная, потенциальная и реализованная ниша. Перекрывание ниш.
- •65. Фитогенные факторы: симбиоз, эндотрофная и экзотрофная микориза. Значение. Приведите примеры.
- •66. Межвидовые биотические факторы. Конкуренция и распространение видов в природе. Межвидовая конкуренция.
- •67. Внутривидовая конкуренция. Принцип конкурентного исключения Гаузе.
- •68. Симбиотические отношения: мутуализм, комменсализм, нейтрализм. Примеры.
- •69. Хищничество. Реакция хищника на плотность популяции жертвы. Популяционные стратегии хищника и жертвы.
- •70. Паразитизм, сопряженная эволюция паразита и хозяина. "Паразитарная система". Стратегия эволюции паразитических организмов. Виды зависимости хищника или паразита от жертвы или хозяина. (?)
- •72. Антропогенное нарушение экосистем. Роль человека в расселении видов. Виды синантропы. Антропогенные лимитирующие факторы.
- •73. Эволюционные реакции. Индустриальный меланизм. Нарушения среды, вызванные человеком и эволюционные изменения.
- •74. Преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное воздействие человека на природу. Проблемы техногенеза. Экология и здоровье.
- •75. Экологический кризис. Ограниченность ресурсов и загрязнение среды как фактор, лимитирующий развитие человечества.
- •76. Пища как экологический фактор. Полифагия, олигофагия, монофагия. Питание растений, бактерий. Недостаток пищи как ограничивающий фактор. Устойчивость к голоданию.
- •77. Питание животных: стенофаги и эврифаги. Автотрофы, гетеротрофы (бактерии, грибы, животные). Хемосинтез, жизнь в анаэробных условиях.
- •79. Пространственная структура: вертикальная и горизонтальная. Роль видов в фитоценозе: эдификатор, субэдификатор, ассектатор. Приведите примеры.
- •80. Границы экосистем, представление об экотопе, биотопе, краевом эффекте, экотоне. Компоненты экосистем. Динамика экосистем. Гомеостаз экосистемы.
- •81. Трофическая структура: автотрофы, гетеротрофы. Продуценты, консументы, редуценты. Пищевые цепи и сети. Типы пищевых цепей: "выедания" (пастбищные) и "разложения" (детритные).
- •82. Основные черты эволюции человека.
- •83. Человек в экосфере. Человек с точки зрения законов эволюции. Основные факторы антропогенеза.
Правило Бергманна об увеличении тела животных с непостоянной температурой тела при удалении от полюсов. Причины и исключения (приведите примеры).
Влияние теплового режима прослеживается и у животных. По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются. Это положение отражает правило Бергмана. Одна из причин такого явления – повышение температуры в тропиках и субтропиках. Чем больше размер, тем меньше удельная поверхность и тем меньше через поверхность теряется тепла, то есть увеличение размеров позволяет уменьшить потери тепла с поверхности тела в холодном климате
Эндотермные животные, обитающие в холодных областях (полярные медведи, киты и др.), имеют, как правило, крупные размеры, тогда как обитатели жарких стран (например, многие насекомоядные млекопитающие) обычно меньше по размерам. Это явление носит название правила Бергмана. Например, амурская форма тигра крупнее суматранской из Индонезии. Северные подвиды волка в среднем крупнее южных. Наиболее крупные виды рода медведь обитают в северных широтах (белый медведь, бурые медведи), а наиболее мелкие виды (например, очковый медведь) — в районах с теплым климатом. Однако из этого правила много исключений, т. к. на размеры млекопитающих влияет, помимо температуры, и множество других факторов. Исключения часто встречаются в случаях, когда сравниваемые виды сильно отличаются по образу жизни. Таким образом, данное правило не является абсолютным.
Мы, конечно же, можем рассмотреть довольно маленьких грызунов, обитающих в суровых северных регионах, и несомненных гигантов слонов и бегемотов - на просторах Африки. Эти животные «избрали» другие пути адаптации к среде (изменение биохимии, внутренних органов и т.д.), нежели размеры тела.
Правило Аллена об уменьшении площади выступающих частей тела у животных с постоянной температурой тела в холодных зонах. Причины, исключения (приведите примеры).
Близкородственные (близкие виды одного рода или подвиды одного вида) теплокровные животные, обитающие в областях с более низкими преобладающими температурами, обладают, как правило, меньшими размерами выступающих частей тела (уши, лапы, хвост), чем их собратья, живущие в теплых областях. Так же, как и правило Бергмана, правило Аллена объясняется тем, что увеличение удельной поверхности более выгодно в регионах с теплым климатом, т. к. при этом выше теплоотдача, а уменьшение удельной поверхности выгодно в холодном климате, т. к. теплоотдача ниже. При одинаковых линейных размерах удельная поверхность больше у того животного, у которого выступающие части больше. Пример — обыкновенная лисица и пустынная лисица-фенек. Заяц-беляк и Американский заяц
Например, длина клюва птиц в большей степени связана с характером питания нежели с потерей тепла организмом.
Химическая и физическая теплорегуляция. Температурный оптимум и пессимум. Правило Вант-Тоффа (скорость химических реакций увеличивается в 2-3 раза при увеличении температуры на каждые 10оС – приведите примеры).
Особенно совершенны механизмы терморегуляции у гомойотермных животных. Температура тела зависит от двух факторов: интенсивности образования тепла (теплопродукции) и величины потерь тепла (теплоотдачи). Главным условием поддержания постоянной температуры тела гомойотермных животных, в том числе и человека, является достижение устойчивого баланса теплопродукции и теплоотдачи. Они способны к химической и физической терморегуляции.
Химическая терморегуляция — способность регулировать теплопродукцию за счет изменений обмена. Этот вид регуляции температуры осуществляется за счет изменения уровня обмена веществ, что ведет к повышению или понижению образования тепла в организм У млекопитающих есть спец. ткань, «ответственная» за теплопродукцию, — бурый жир. В митохондриях клеток этой ткани при клеточном дыхании не синтезируется АТФ, а вся энергия рассеивается в виде тепла.
Физическая терморегуляция — способность регулировать теплоотдачу. В ней участвуют изменения морфологии, поведение и физиологические реакции. Например, зимой у птиц увеличивается масса перьев. Многие животные к зиме накапливают жир, и подкожный жировой слой обеспечивает теплоизоляцию. В выступающих или поверхностных частях тела у ряда животных (например, в ластах китов, в лапах некоторых птиц) есть замечательное приспособление — «чудесная сеть». Это сплетение сосудов, в котором вены тесно прижаты к артериям. Текущая по артериям кровь отдает тепло венам, оно возвращается к телу, а артериальная кровь поступает в конечности охлажденной. При этом конечности, по существу, пойкилотермны, зато температуру остального тела можно поддерживать с меньшими затратами энергии. Чтобы снизить температуру, животные используют испарение жидкости с поверхности тела. У человека для этого служит потоотделение, у собак и многих птиц — учащенное дыхание; некоторые сумчатые в жару обмазывают шкуру обильной слюной. Теплоотдача осуществляется след. путями:• излучением (радиацией);• проведением (кондукцией);• конвекцией;• испарением.
Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект — пессимумом, т. е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому лучше здесь говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие его, т. е. максимальная и минимальная, пригодные для жизни температуры, — это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т. е. речь идет о стрессовых зонах или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости (рис. 3.1). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, а в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибел
Оптимальные условия те, при которых все физиологические процессы в организме или экосистемах идут с максимальной эффективностью. Для большинства видов температурный оптимум находится в пределах 20-25°С, несколько сдвигаясь в ту или другую стороны: в сухих тропиках он выше – 25-28°С, в умеренных и холодных зонах ниже – 10-20°С. В ходе эволюции, приспосабливаясь не только к периодическим изменениям температуры, но и к разным по теплообеспеченности районам, растения и животные выработали в себе различную потребность к теплу в разные периоды жизни. У каждого вида свой оптимальный диапазон температур, причем и для разных процессов (роста, цветения, плодоношения и др.) имеются тоже «свои» значения оптимумов. Температуры, «лежащие» между летальными и оптимальными относятся к пессимальным. В зоне пессимумов все жизненные процессы идут очень слабо и очень медленно.
Температуры, при которых происходят активные физиологические процессы, называются эффективными, значения их не выходят за пределы летальных температур.
Для большинства реакций справедливо эмпирическое правило Вант-Гоффа: при увеличении температуры на каждые 10° скорость реакции возрастает в 2—4 раза. Эта величина называется температурным коэффициентом реакции или коэффициентом Вант- Гоффа и обозначается у:
Коэффициент Вант-Гоффа позволяет легко рассчитать, во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры
Правило Гоффа, повышение температуры ведет к пропорциональному возрастанию скорости реакции. Разница заключается в том, что в живом организме химические процессы всегда идут с участием сложных ферментных систем, активность которых в свою очередь зависит от температуры. В результате ферментативного катализа возрастает скорость биохимических реакций и количественно меняется ее зависимость от внешней температуры. В одном и том же организме величина температурного ускорения биохимических реакций неодинакова для различных процессов. Эта закономерность нередко определяет пределы температурной устойчивости организма в целом.
Объективная зависимость скорости реакций от температуры уже исходно определяет, что жизненные функции могут протекать лишь в определенном интервале температур. Имеется ряд дополнительных обстоятельств, определяющих температурные пороги, выше и ниже которых жизнь невозможна. Видовая специфика ферментных систем приводит к тому, что эти пороги неодинаковы для разных видов живых организмов. Верхний температурный порог жизни теоретически определяется температурой свертывания белков. Необратимые нарушения структуры белков обычно возникают при температуре порядка 60°С. Именно таков порог «тепловой смерти» у ряда простейших и некоторых низших многоклеточных организмов. Обезвоживание организма повышает этот порог, а соответственно и термоустойчивость организма. Именно на этом основана высокая термоустойчивость цист, спор, семян, да и некоторых мелких организмов в обезвоженном состоянии.
Нарушения метаболических и регуляторных процессов наступают и при очень низких температурах. Дисгармония функции в целом организме определяется, как и при гипертермии, разной величиной коэффициента температурных ускорений отдельных реакций. Например, нарушения деятельности сердца при слабом охлаждении проявляются в ритме сокращений и сократимости сердечной мышцы, а при более сильном — в ее проводимости и возбудимости.