Часть 1. Предмет, цели и задачи общей экологии

Модуль 1. Основные этапы развития экологической науки. Содержание, предмет и задачи экологии.

Экология — это наука об отношениях живых организмов между собой и окружающей средой, или наука, изучающая условия существования живых ор­ганизмов, взаимосвязи в среде, в которой они обитают. В идеале она стремится раскрыть и познать все многообразие взаимосвязей между населяющими нашу планету животными, растениями и средой их обитания.

Огромный вклад в формирование экологических знаний внесли такие ученые, как Ж. Турнефор (1656-1708), К. Линней (1701-1778), Ж. Бюффон (1701-1788), С.П. Крашенинников (1711- 1755), И.И. Лепехин (1740-1802), П.С. Паллас (1741-1811), Ж.Б. Ламарк (1744-1829), А. Гумбольдт (1769-1859). Основоположник отечественной экологии – К.Ф. Рулье (1814-1858). Научные работы Рулье оказали значительное влияние на направление и характер исследований его учеников и последователей – Н.А. Северцева (1827-1885), А.Н. Бекетова (1825-1902). Огромный вклад в становлении зооэкологии, как науки, внес А. Ф. Миддендорф (1815-1894).

Выдающуюся роль в подготовке научного сообщества к восприятию в дальнейшем экологических идей и их дальнейшем развитии имели работы Ч. Дарвина (1809-1882), имеющие ярко выраженную эволюционно-экологическую направленность, прежде всего его теория естественного отбора как вектор поис­ка определенных взаимосвязей, позволившая понять суть разных “стратегий выживания”, используемых организмами в тех или иных условиях.

Основы биоценологии были заложены немецким гидробиологом К. Мебиусом (1825-1908), им же был введен термин биоценоз (1877).

Термин биосфера был предложен австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914), целостное учение о биосфере было создано нашим великим соотечест­венником академиком В.Н. Вернадским (1863-1945), большой вклад в развитие биогеоценологии внес академик В.Н. Сукачев (1880-1967), теоретиком в страте­гии развития экологии, несомненно, является профессор Н.Ф. Реймерс (1931-1993).

Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Э. Геккель (1834 –1919) в 1866 г., образовав его от двух греческих слов, означающих в переводе «наука о местообитании». По Э. Геккелю, экология представляет собой науку о «до­машнем быте» живых организмов и призвана исследовать «все те замкну­тые взаимоотношения, которые Ч. Дарвин условно обозначил как борьбу за суще­ствование».

Современное определение экологии трактуется так – экология – наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой, а также исследующая структуру и функционирование биологичес­ких (надорганизменных) систем различного уровня. (Маврищев, 2011)

Ответьте письменно.

1. Основная цель экологии._________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Задачи и значение экологии в современном развитии общества.________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Какие уровни организации биологических систем изучает экология?

а)._________________________________________________________________

б)._________________________________________________________________

в)._________________________________________________________________

4. Какие подходы используются в экологии?

а)._________________________________________________________________

б)._________________________________________________________________

в)._________________________________________________________________

г) . _________________________________________________________________

д) . _________________________________________________________________

Модуль 2. Среда и экологические факторы

1. Что означает термин «среда обитания».

__________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Дайте определение экологического фактора.

_____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

3. Дайте определение лимитирующего фактора._________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Изложите закон минимума Ю. Либиха._________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Поясните закон оптимума._________________________

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. В чем суть закона толерантности В. Шелфорда________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Изобразите графически закон толерантности

Рис.1. Закон толерантности В. Шелфорда

8. Как экологическая валентность связана с эври - и стенобионтными видами растительного и животного мира? ____________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Подробно опишите абиотические факторы, раскройте их значение при взаи­модействии организмов с факторами окружающей среды.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Температурный фактор является одним из наиболее значимых в природе. На рисунке 2 изображен график зависимости численности колорадского жука от температуры окружающей среды.

Укажите:

А) температуру, оптимальную для данного вида;

Б) пределы выносливости вида;

В) температуру, ограничивающую жизнедеятельность вида;

Г) диапазон температур для зон угнетения.

Рис. 2. Зависимость численности колорадского жука от температуры окружающей среды

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Приведите примеры, как влияет эдафический фактор на распространение растений?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

12. Биотические факторы – совокупность_______________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________

13. Взаимодействия между особями одного вида называются ______________

______________________________. Среди них выделяют:

а)___________________________________, б)______________________________, в)__________________________________________________________________

Опишите типы межвидовых отношений: нейтрализм –__________________ _____________________________________________________________________,

конкуренция__________________________________________________________

_________________________________________________,

мутуализм –________

___________________________________________________,

комменсализм –__

___________________________________________________________________,

аменсализм –________________________________________________________

____________________________________________________,

паразитизм –____

__________________________________________________________________, хищничество –_______________________________________________________

7. Перечислите основные формы взаимоотношений между растениями.

а)__________________________________________________________________,

б)__________________________________________________________________,

в)__________________________________________________________________,

г)__________________________________________________________________,

д)__________________________________________________________________.

8. Напишите определение антропогенных факторов, приведите примеры, раскройте сущность искусственной интродукции, как косвенного антропоген­ного воздействия на окружающую среду. ______________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Напишите определение адаптации, в чем биологическое значение адапта­ции._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Перечислите 3 уровня адаптации:

1. _________________________________________________________________

2. _________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________

11. Закон относительной независимости адаптации:______________________

____________________________________________________________________

12. Правило экологической индивидуальности: _________________________

____________________________________________________________________

13. Какие основные способы адаптации выделяют у живых организмов по от­ношению к экологическим факторам?

• ________________________________________________________________

• ________________________________________________________________

• ________________________________________________________________

14. Сформулируйте правило Бергмана._________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

15. Раскройте содержание правила Аллена, приведите примеры. ___________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

16. Сформулируйте правило Глогера____________________________________

______________________________________________________________________

17. Что такое “’экологическая пластичность”?____________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Модуль 3. Популяции.

Популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Популяция – «ячейка» биоты, которая является основой ее существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает вы­живание вида, т.е. является элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид есть его качественный этап.

1. Приведите классификацию популяций в зависимости от размеров занимае­мой территории.

а) _________________________________________________________________

б) _________________________________________________________________

в) _________________________________________________________________

2. Какие статистические и динамические показатели характеризуют состоя­ние популяции на данный момент времени. Раскройте смысл этих терминов.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Приведите определение и формулу расчета удельной рождаемости /смертности/ популяции.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Определите скорость рождаемости (∆N_n) и величину удельной рождаемос­ти (B) за час, если известно, что популяция крупноресничных инфузорий составляла 200 особей, а спустя сутки численность возросла до 1000.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Перечислите типы пространственной структуры популяции.

а)___________________________________________________________________

б)___________________________________________________________________

в)___________________________________________________________________

В XVII в. было установлено, что численность популяций растет по закону геометрической прогрессии, в конце XVIII в. Томас Мальтус выдвинул (1766-1834) теорию о росте численности населения в геометрической прогрессии.

Экспоненциальный рост популяции определяется уравнением:

dN/dt=rN, где

N – число особей в популяции и t – время, r – врожденная скорость роста чис­ленности популяции, связанная с максимальной скоростью размножения особи данного вида.

Экспоненциальный рост возможен, когда r имеет постоянное численное значе­ние, так как скорость роста популяции пропорциональна самой численности:

∆N/∆t = rN, при r – const.

Таким образом, экспоненциальный рост численности популяции – это рост популяции, не зависящий от плотности.

Чтобы рассчитать скорость роста численности, необходимо знать величину чистой скорости воспроизводства (R), которая показывает, во сколько раз увеличивается численность популяции за одно поколение, за время его жиз­ни t.

R = N_t /N₁ , где N_t – численность нового поколения; N₁ - численность особей предшествующего поколения (Коробкин, Передельский, 2006).

6. Напишите уравнение логистического роста популяции.

____________________________________________________________________

7. Перечислите различия между r- и K-стратегами_____________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Модуль 4. Биоценозы (сообщества)

1. Биоценоз – это____________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

БИОЦЕНОЗ = ________________ + ________________ + __________________

2. Что понимают под «видовой структурой биоценоза»?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. В каких целях используется индекс разнообразия Шеннона? Приведите его формулу.

4. Обилие вида – это ________________________________________________

____________________________________________________________________

5. Что характеризует “частота встречаемости”?

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

6. Дайте определение вида-эдификатора

________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Консорция – это__________________________________________________

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Расшифруйте значки на схеме строения консорции (по Мазингу, 1966)

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Ярус – это единица ________________________структуры биоценоза.

9. Перечислите ярусы на рисунке.

10. Что является единицей горизонтальной структуры биоценоза?

________________________________________________________________________________________________________________________________________

11. Перечислите типы взаимоотношений в биоценозе. Какие из них имеют наибольшее значение?

а)___________________________________________________________________

б)___________________________________________________________________

в)___________________________________________________________________

г)___________________________________________________________________

12. Объясните различие в терминах “потенциальная” и ”реализованная” экологические ниши.

Модуль 5. Экосистемы

1. Напишите определение экосистемы по А. Тэнсли. ____________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. В чем состоит различие между понятием биогеоценоз и экосистема?___

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Перечислите основные типы экосистем, опишите их характеристики.___

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Опишите три типа экологических пирамид.

а). Пирамида чисел.___________________________________________________

б). Пирамида биомасс

г) Пирамида энергии._________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Постройте пирамиду биомасс пищевой цепи:

растения → сверчки → лягушки → ужи → ястреб–змееяд, предполагая, что животные каждого трофического уровня питаются только организмами предыдущего уровня.

Биомасса растений на исследуемой территории составляет 40 тонн.

Биомасса 1–го побега травянистого растения 5 г (0,005 кг); 1–го сверчка– 1 г (0,001 кг); 1–ой лягушки – 10 г (0,01 кг); 1–го ужа – 100 г (0,1 кг); 1–го змееяда – 2 кг.

6. Напишите и прокомментируйте закон пирамиды энергии Р. Линдема­на._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. На приведенной схеме укажите статьи расхода энергии живыми организма­ми.

8. На приведенной схеме укажите типы биологической продуктивности

9. Раскройте смысл понятия сукцессия и напишите принципы образования первичных и вторичных сукцессий.______________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Климаксовая экосистема – это _____________________________________

____________________________________________________________________

11. Что такое гомеостаз, почему гомеостаз для биологических систем носит ди­намический характер?_______________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Модуль 6. Биосфера

1. Напишите определение биосферы.__________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Изложите кратко основные научные положения развития биосферы по В.И. Вернадскому?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________

3. Среды, на которые делят биосферу по физическим природным условиям:

а)___________________________________________________________________

б)___________________________________________________________________

в)___________________________________________________________________

4. Напишите принципы распространения организмов в биосферном комплексе и укажите для них границы биосферы _____________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Перечислите типы вещества в биосфере.

1. _________________________________________________________________

2. _________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________

4. _________________________________________________________________

5. _________________________________________________________________

6. _________________________________________________________________

7. _________________________________________________________________

6. Свойства живого вещества в биосфере.

I.___________________________________________________________________

II.__________________________________________________________________

III._________________________________________________________________

IV._________________________________________________________________

V.__________________________________________________________________

VI.__________________________________________________________________

7. Функции живого вещества в биосфере:

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Что такое “ноосфера”? Возможна ли гармония человека и природы, если да, то при каких условиях?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

9. Сформулируйте Закон биогенной миграции атомов:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

10. Закон константности количества живого вещества гласит: __________

____________________________________________________________________

11. Закон физического единства живого вещества: ______________________

____________________________________________________________________

12. Закон сохранения структуры биосферы гласит: _____________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

13. Закон стремления к климаксу: _____________________________________

____________________________________________________________________

14. Закон экологического порядка или экологического мутуализма:_________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

15. Закон упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определённости: ____________________________________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

16. Закон самоконтроля и саморегуляции живого: _______________________

____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

17. Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания: ____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

18. Принцип Реди: __________________________________________________

____________________________________________________________________

19. Перечислите законы Коммонера (1974).

1. _________________________________________________________________

2. _________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________

4. _________________________________________________________________

Модуль 7. Человек в биосфере

1. Перечислите глобальные экологические проблемы, связанные с антропогенным воздействием на биосферу.

• __________________________________________________________________

• __________________________________________________________________

• __________________________________________________________________

• __________________________________________________________________

• __________________________________________________________________

2. Какими негативными процессами сопровождается рост населения?

• _________________________________________________________________

• _________________________________________________________________

• _________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

• _____________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Перечислите основные причины возникновения экологически обусловленных заболеваний у жителей крупных городов и промышленных центров.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Поясните, почему контроль над распространением вредных организмов является одной из глобальных проблем человечества.________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Что представляет собой парниковый эффект? Перечислите основные парниковые газы.__________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Почему нельзя признать однозначно вредным наличие в природной среде избытка нефти?_______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________