БИЛЕТ №1
1. Предмет и структура экологии. Место экологии в системе наук и практической жизни человека.
Экология – наука, изучающая взаимоотношения между организмами и средой их обитания, а также взаимоотношения организмов друг с другом.
Предметом экологии являются взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей неживой природой, закономерности размещения и организации сообществ растений и животных, динамика их численности, факторы выживания и продуктивности, потоки энергии и круговороты веществ, в которых участвуют организмы.
Объект экологии – экосистемы или их элементы (организм, популяция, сообщество).
Разделы экологии: аутэкология (экология особи, изучает воздействие факторов среды на организм и ответную реакцию организма на эти факторы);
Демэкология (экология популяций, изучает процессы, происходящие в популяции); Синэкология (изучает надпопуляционные структуры-сообщества, экосистемы); Биогеоценология (изучает структуру и функционирование экосистем); Глобальная экология, или экология биосферы; Геоэкология; Экология человека; Социальная экология.
Существует 2 фундаментальных направления в экологии: биоэкология (занимается изучением взаимодействий организма со средой) и прикладная экология (практическая).
Экология – самостоятельный раздел биологии, дисциплина, связывающая физические и биологические явления и образующая мост между естественными и общественными науками. Экология связана с физиологий, морфологий, систематикой, с эволюционным учением и генетикой, климатологий, метеорологией, ландшафтоведением, геоморфологией и почвоведением. На базе экологии развиваются биогеография, этология, палеоэкология и др.
В настоящее время, в век НТП, когда у человека появились неограниченные возможности воздействия на природу, экология приобретает особо важное значение. Достижения ее успешно применяются в сельском и охотничье- промысловом хозяйствах, медицине, ветеринарии, при проведении мероприятий по охране природы, рациональном использовании ее ресурсов.
2. Симбиотические отношения: мутуализм и комменсализм. Хищничество. Теория оптимального добывания пищи. Популяционные стратегии хищника и жертвы. Система хищник – жертва: лабораторные и математические модели.
Симбиоз – система отношений, при которой формируются тесные функциональные взаимоотношения, выгодные или для обоих видов или для одного вида. В наиболее выраженной форме симбиоза 2 организма не могут нормально существовать друг без друга.
Мутуализм – взаимодействие между двумя видами, приносящее обоюдную пользу, т. е. в популяции каждого из этих видов особи растут и (или) выживают и (или) размножаются с большим успехом в присутствии особей другого вида. Преимущества могут быть разные. Чаще всего они заключаются в том, что по крайней мере один из партнеров использует другого в качестве пищевого ресурса, тогда как другой получает защиту от врагов или благоприятные для роста и размножения условия (медоуказчик – медоед, раки – актинии, актинии – рыбки, термиты и жвачные – бактерии, глубоководные рыбы – светящиеся бактерии, высшие растения – азотфиксаторы или микоризные грибы). 2 формы мутуализма: факультативный (каждый партнер может получать пользу от другого при необходимости) и облигатный (полная неспособность существовать друг без друга - лишайники).
Комменсализм - взаимодействие между двумя видами, приносящее пользу для одного и нейтральное для другого (рыбы – прилипалы, полипы). Особенно часто он наблюдается в океане. Практически в каждой норке червя, в каждой раковине моллюска, в теле каждой губки находятся "незваные" гости, которые получают здесь укрытие, но в свою очередь не приносят организму хозяина ни пользы, ни вреда.
Хищничество – взаимодействие, при котором одна популяция испытывает отрицательное воздействие, а вторая – положительное; это нападение одного организма на другого с целью его поедания, при этом при первом нападении жертва должна быть убита.
Функциональная классификация хищников:
истинные хищники, которые нападают на жертву, убивают ее и съедают сразу;
хищники с пастбищным типом питания (травоядные);
паразитоиды (группы насекомых, у которых личинки обитают в теле других животных);
паразиты.
Теория оптимального добывания пищи: в говорится о том, что если существует такой хищник, который каким-то образом совершает правильные действия при соответствующих обстоятельствах, то ему будет благоприятствовать естественный отбор. Он будет экономно использовать пищу и получать энергию и благодаря этому будет иметь достаточно времени и Е для успешного размножения.
Оптимально питающийся хищник должен уравновешивать затраты Е на поиск и обработку (преследование, поимка, поедание) жертвы.
Корм распределен не равномерно, а пятнами. Здесь и будут концентрироваться консументы. Хищник находится в кормовом пятне определённое время, пока затраты Е на добычу пищи не станут слишком большими (= или > Е от пищи). В этом случае хищник покидает кормовое пятно и переходит в другое. Оптимальное время пребывания в кормовом пятне должно определяться исходя из скорости получения энергии хищником в тот момент, когда он покидает пятно («пороговая ценность» пятна). Малопродуктивные кормовые пятна оставляются консументом быстрее, чем высокопродуктивные. Хищник будет покидать пятно тем быстрее, чем меньше времени перехода между пятнами, потому что ему не надо покрывать большие расходы энергии.
Популяционные стратегии хищника и жертвы. В основе – прямые трофические связи. Совместная эволюция приводит к выработке коадаптаций - у жертв уменьшение пресса хищников, а у хищников увеличение результативности охоты даже с учётом противодействующих приспособлений жертвы.
Характер питания хищников может быть различным:
собирательство;
фильтрация воды;
«широкий поиск»;
подстерегание или высматривание + преследование
Чем более разнообразен спектр питания, тем более универсально охотничье поведение.
Приспособления жертв:
морфологические (шипы, колючки);
поведенческие (затаивание, убегание, оборона)
физиологические (производство и выделение ядовитых или отпугивающих веществ)
Часто используется затаивание + покровительственная окраска.
У некоторых окраска способна меняться в зависимости от цвета фона.
Хищники регулируют численность жертвы. Часто они выбирают больных жертв или жертв с патологиями – следовательно, они способствуют оздоровлению популяции, выбраковке неполноценных особей. Также хищники регулируют половой и возрастной состав популяции.
Взаимодействие «хищник-жертва» определяет поддержание такого уровня изъятия жертв, при котором возможно длительное существование тех и других в экосистеме. В итоге – сбалансированные уровни численности.
1. Представлены две типичные траектории на плоскости (n1', n2') в модели Лотки-Вольтера при фиксированных параметрах. Из этого рисунка следует, что изменение n1 и n2 периодично: когда хищники размножаются слишком сильно, то и жертвы уничтожаются ими очень быстро. Поэтому запасы пищи у хищников уменьшаются, и соответственно уменьшается численность хищников. В результате число животных-жертв увеличивается, т. е. растут запасы пищи у хищников, которые снова начинают размножаться.
dC/dt = faʹCN – qС (для популяции хищника)
dN/dt = rN - aʹСN (для популяции жертвы)
Модель Розенцвейга – МакАртура.
А - точка, которая соответствует минимальной численности популяции жертвы в отсутствии хищника в системе. В - показывает максимальную численность, которая определяется самим ограничителем. Но при появлении хищника в системе и увеличении его численности минимальная численность жертвы увеличивается чтобы жертва смогла выжить, а максимальная численность должна уменьшиться, потому что чем она больше, тем труднее достигнуть уровня плотности насыщения. Каждое значение плотности популяции жертвы должно соответствовать плотности популяции хищника, при которой достигается постоянство популяции жертвы.
В А
А
