Учебно-методический комплекс по дисциплине ДС.2 «Экология животных», ОПД. Р.1 «Экология животных» (стр. 4 )

Контрольные задания для студентов заочной формы обучения

Задание 1. Изучите разные виды положительных форм взаимодействий между животными и заполните таблицу, дав в ней определение и краткую характеристику каждой формы и указав соответствующие примеры:

КОММЕНСАЛИЗМ	ПРОТОКООПЕРАЦИЯ	ОБЛИГАТНЫЙ МУТУАЛИЗМ

Задание 2. Изучите разные виды отрицательных форм взаимодействий между животными и заполните таблицу, дав в ней определение и краткую характеристику каждой формы и указав соответствующие примеры:

ХИЩНИЧЕСТВО	ПАРАЗИТИЗМ	КОНКУРЕНЦИЯ

Задание 3. Составьте описание пассивных и активных способов защиты жертв от хищников. Приведите примеры соответствующих адаптаций животных. Материалы по разным типам окраски животных представьте в виде таблицы.

Задание 4. Дайте определение экологической ниши. Укажите, какие существуют ниши. И опишите динамику ниши при разных типах взаимоотношений между организмами (паразитизме, хищничестве, мутуализме и др.).

Задание 5. Опишите r-стратегию и K-стратегию (или отбор). В таблице укажите характерные особенности (устойчивость вида на данной территории, плодовитость, время генерации и др.) r- и K-видов и дайте их краткую характеристику. Приведите примеры r- и K-видов.

r-виды	K-виды
Примеры

Задание 6. Приведите примеры стенобионтных и эврибионтных животных по отношению к каждому из рассмотренных на лекциях абиотических факторов: температуры, солености, давлению и др. Составьте и заполните соответственную таблицу.

Задание 7. Дайте определение интродукции, опишите ее основные виды (замещения, внедрения и т. д.). Приведите примеры. Укажите последствия интродукции. Перечислите животных, которые были интродуцированы в Мурманскую область в двадцатом веке.

Задание 8. Укажите, сколько оплодотворенных яиц от одной самки в среднем должно выжить, чтобы численность популяции каждого из перечисленных видов оставалась постоянной. Используйте для этого материалы о среднем числе оплодотворенных яиц, производимых в течение всей жизни самками разных животных, приведенные в таблице.

Устрица 100х106	Колюшка 5х102	Акула 20
Треска 9х106	Пяденица 200	Пингвин 8
Камбала 35х104	Мышь 50	Слон 5

РАЗДЕЛ 3. Содержательный компонент теоретического материала.

ТЕМА ЛЕКЦИИ: Введение в экологию животных,

ее подразделения

Термин «экология» был предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1году. Э. Геккель писал: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической и, прежде всего, его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт» (цит. по Риклефсу, 1979).

Слово «экология» образовано от двух греческих слов: oicos, что означает «дом», «жилище» и logos – «наука». В буквальном смысле экология – это наука об организмах «у себя дома». Обычно экологию определяют как науку об отношении организмов к окружающей их среде, или как науку о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Вначале экология занималась в основном изучением естественной истории организмов, образом жизни животных и растений: где и когда их можно встретить, чем они питаются, кому сами служат пищей, как реагируют на изменения окружающей среды. Однако как вполне самостоятельная наука экология сформировалась лишь к 30-м годам нынешнего столетия, когда появились первые попытки приложения экологических знаний к сельскому хозяйству и лесоводству. Элтона «Animal ecology» («Экология животных»; Elton, 1927) представлял собой первую попытку установления теоретических основ экологии. Примерно в это же время создавались научные общества: Британское экологическое общество – в 1913 г., Американское экологическое общество – 1916 г., а также выпускались специальные журналы: «Jornal of ecology» – в 1913 г., «Ecology» – 1920 г., «Ecological monographs» – 1931 г., «Journal of animal ecology» – 1932 г.

Исходя из определения экологии, ее предмет можно обозначить как совокупность и структура связей между организмами и средой их обитания. Эти связи современная экология рассматривает на трех уровнях: уровне отдельного организма (аутэкология), на уровне популяции (демэкология) и на уровне сообщества (синэкология). Данное деление экологии на аут-, дем - и синэкологию несколько произвольно, но методически оправдано и удобно для изложения.

Аутэкология изучает взаимоотношения представителей вида (особей) с окружающей их средой. Она, главным образом, определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам и исследует действие среды на морфологию, физиологию и поведение организма, его распространение. Аутэкология естественно связана с физиологией и морфологией, но имеет и собственные проблемы. Например, установление предрасположения того или иного вида к определенной температуре позволяет объяснить его локализацию в различных местообитаниях, географическое распространение, численность и степень активности. Динамика популяций (демэкология) описывает колебания численности различных видов и устанавливает их причины; решает вопросы о наличии или отсутствии отдельных видов, о степени их обилия или редкости. Синэкология анализирует отношения между особями в сообществах, относящимися к разным видам, а также связь между ними и окружающей средой. Термин «биоценология» является практически синонимом синэкологии. Она рассматривает также состав и структуру сообществ, прохождение через них потоков энергии, питательных элементов и других веществ (т. е. то, что называется функционированием сообщества, или «экономикой природы» по Геккелю).

Экология занимает центральное место среди других биологических дисциплин, поэтому неудивительно, что со многими из них она перекрывается – с популяционной генетикой, эволюционным учением, этологией (наукой о поведении животных), физиологией, морфологией и т. п.

Другие подразделения экологии, объединяемые общим названием «частная экология», изучают свойства среды обитания и соответствуют трем крупнейшим разделам биосферы – морскому (экология моря), наземному (экология суши) и пресноводному (экология пресных вод). Однако частная экология сегодня имеет тенденцию подразделяться на более мелкие дисциплины, например: экология лиманов, экология озер, лесная экология и т. д. Экологов интересуют не только природные сообщества, популяции, дикие организмы, но и сообщества, созданные человеком или подвергающиеся его активному воздействию (сады, возделываемые поля, ирригационные системы, водохранилища, парки и др.). Эти системы, а также антропогенное воздействие и загрязнение окружающей среды изучает раздел экологии, именуемый прикладной экологией, или экологией человека.

Основным методом изучения фауны наземных позвоночных животных является маршрутный, или линейный, метод. Этот метод используют также для знакомства со следами жизнедеятельности зверей и птиц, их гнездами и т. д. При этом приобретаются навыки измерений, описаний, сбора следов жизнедеятельности и др. Кроме того, на учетном маршруте можно проводить количественные учеты животных. Например, при подсчете числа птиц на таких маршрутах подсчитывают число встреченных особей и поющих самцов. При этом число встреченных особей отмечают «палочкой», а поющих самцов – ♂ – знаком Марса. Обычно ограничиваются учетом птиц в полосе 25-50 м. Данные учета оформляются в форме таблицы.

Таблица

Учет численности птиц на маршруте (по Коросову, 1994)

Маршрут №, биотоп	Дата	Время
Вид	Отметки встреч	Всего
Fringilla montifringilla	IIII♂♂♂I♂I♂♂II♂♂♂♂♂I	20 особей (11 самцов)
Phylloscopus trochilus	♂♂I♂♂	5 особей (4 самца)

Учет количества певчих птиц конкретного вида, в данном биотопе рассчитывается обычно по следующей формуле:

 

При этом, поскольку поет только самец, то общее число птиц, обитающих в данном месте (биотопе), удваивается. Поскольку наблюдатель слышит голоса птиц в полосе 100 м (50 м справа и 50 м слева), то, следовательно, пройдя 1 км, он выясняет количество пар только на 0.1 км2. В таблице и расположенной ниже форм7).

№ уч.	1	2	3	4	5	6	7	∑
A	0.5	0.7	0.3	0.6	0.3	0.5	1.0	4.9
N	3	5	8	3	1	2	6	28
Aхn	1.5	3.5	12.4	1.8	0.3	1.0	6.0	25.5

S=25.5x2/4.9x0.1=104 шт./км2.

Метод пробных площадок применяется при изучении насекомых, мелких позвоночных животных, доступных непосредственному наблюдению и не совершающих больших перемещений в пространстве. Из позвоночных животных учитывают земноводных, молодь рыб, некрупных грызунов, насекомоядных и т. п. Кроме того, существуют и другие методы экологических исследований: флотационные, индекс Линкольна, нанесение меток и т. д.

Проблемы для коллективного обсуждения

и вопросы для самоконтроля

1. Определение экологии животных, ее подразделения. Понятие аутэкологии, демэкологии и др. 2. Методы экологических исследований: флотационные, индекс Линкольна, пробные площадки, учет на линейных маршрутах, нанесение меток и др., их краткая характеристика. 3. Предмет экологии животных. Современные задачи. 4. Краткая история экологии животных. Основные этапы. Роль отечественных и зарубежных ученых в становлении и развитии экологии животных. Геккеля, Ч. Элтона, , и других ученых в становление экологии.

Рекомендуемая литература

Харпер Дж., Экология. Особи, популяции и сообщества. В 2-х томах. – М.: Мир, 1989. – Т.1. – 667 с.

Кашкаров экологии животных. – Л.: Учпедгиз, 1945. – 338 с.

Экология животных: цели и методы. – М.: Мир, 1965. – 375 с.

Наумов животных. – М.: Высшая школа, 1963. – 618 с.

Новиков истории экологии животных. – Л.: Наука, 1980. – 279 с.

, Былова экология. – М.: Дрофа, 2004. – 416 с.

Шилов . – М.: Высшая школа, 1997. – 512 с.

ТЕМА ЛЕКЦИИ: Экологические факторы. Механизм воздействия экологических факторов на животных. Лимитирующие факторы

Под экологическим фактором мы понимаем тот или иной компонент окружающей среды, влияющий на характер и направление функционирования биологических систем или процессов.

Механизм воздействия экологических факторов складывается из следующих направлений:

1) устранение видов с территорий, климатические и физико-химические особенности которых им не подходят и, следовательно, изменяя их географическое распространение;

2) изменение плодовитости и смертности разных видов путем воздействия на развитие каждого из них и обуславливание миграции, т. е. влияние на плотность популяции;

3) стимулирование появления адаптивных модификаций: количественных изменений обмена веществ и таких качественных изменений как диапауза, зимняя и летняя спячки, биоритмы, фотопериодические реакции и т. п.

Существует много классификаций экологических факторов, но деление их на абиотические и биотические стало классическим. Абиотические факторы представляют собой комплекс воздействий, обусловленных химическим составом и физическими параметрами среды. Они включают в себя факторы физические, такие как: температура, влажность, свет, давление и др. и физико-химические: газовый режим, соленость, рH. Некоторые из них в применении к наземным условиям называют также климатическими. Например, температуру, влажность и динамику воздушных масс. В группу биотических факторов входят воздействия на организмы и их популяции других организмов: конкуренция, хищничество, паразитизм, различные виды симбиоза. В конечном счете, давление на особь биотических факторов преломляется через взаимодействие организмов друг с другом, формируя результирующий характер динамики численности популяции и ареал распространения вида.

Факторы среды, исключающие или ограничивающие процветание вида, называют лимитирующими. Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, впервые была высказана в 1840 г. Ю. Либихом, который первым начал изучать влияние разнообразных факторов на рост растений. Выдвинутый Либихом принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени», – получил известность как либиховский «закон» минимума (цит. по Одуму,1975). Тинеманн (1942) придал закону Либиха значение одного из основополагающих принципов аутэкологии, через свое «правило слабейшего звена в цепи» (цит. по Трояну, 1988). В 1934 г. У. Тейлор предложил расширить закон минимума, включив в него, помимо питательных веществ, температуру и другие факторы внешней среды. В некоторых работах самого Ю. Либиха содержались указания на то, что лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток таких факторов, как, например, температура, свет, вода. Следовательно, организмы характеризуются экологическим минимумом и экологическим максимумом; диапазон же между этими двумя величинами составляет то, что принято называть пределами выносливости или толерантности.

Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд, сформулировавший в 1913 г. «закон» толерантности (выносливости). Исходя из него, если в среде – совокупности взаимодействующих факторов – есть фактор, значение которого меньше или больше определенного минимума или максимума, то проявление активной жизнедеятельности (роста, развития, размножения и др.) в ней невозможно. Минимальные и максимальные значения фактора выступают в роли ограничивающих, так как «для каждого фактора имеется доза, дающая для данного вида наилучший эффект, или оптимум, и дозы, дающие наихудший эффект, или пессимум» (Кашкаров, 1938). Откуда следует, что «расстояние» между двумя пессимумами есть зона толерантности. Очевидно, что так называемый организм может представлять и особь, и вид. Отсюда он может иметь две зоны толерантности: физиологическую и популяционную. Зоны «убывания благоприятствования» не всегда располагаются симметрично относительно оптимума. В реальных условиях часто наблюдается отклонение кривой обилия или скорости роста от нормального (гауссовского) вида. Это нарушение симметрии зон толерантности относительно оптимума принято называть преферендумом (от лат. «praeferre» – предпочитать).

Экологи по аналогии с валентностью в химии ввели понятие экологической валентности. Под экологической валентностью вида понимают его способность заселять различную среду, характеризующуюся большими и малыми изменениями экологических факторов. Вид с низкой экологической валентностью может выносить лишь ограниченные вариации экологических факторов – его называют стенобионтным (от греч. «stenos» – узкий). Виды растений и животных, способные существовать при значительных изменениях факторов окружающей среды, именуют эврибионтными (от греч. «eurys» – широкий). Стено - и эврибионтность может быть выражена по отношению к каждому отдельному фактору: к температуре (стено- и эвритермные организмы), к солености (стено- и эвригалинные), к давлению (стено- и эврибатные), к определенным местообитаниям и т. п. Стенобионтность, в противоположность эврибионтности, ограничивает возможности расселения и обусловливает локальное распространение видов (стенотопность: от греч. «topos» – место).

Проблемы для коллективного обсуждения

и вопросы для самоконтроля

1. Определение экологического фактора. 2. Классификации факторов. 3. Механизмы воздействия экологических факторов на животных. 4. Понятие о лимитирующем факторе. 5. Законы минимума Либиха, толерантности Шелфорда. Одума, дополняющие закон толерантности. 6. Зоны толерантности: физиологическая и популяционная. Понятие о преферендуме. 7. Типы морфофизиологических приспособлений организмов; правило двух уровней адаптаций. 8. Понятие экологической валентности. Стено - и эврибионтные животные, их примеры.

Рекомендуемая литература

Кашкаров экологии животных. – Л.: Учпедгиз, 1945. – 338 с.

Наумов животных. – М.: Высшая школа, 1963. – 618 с.

, Харламова и среда: основы аутэкологии. – Мурманск: Пазори, 1998. – 274 с.

Основы экологии. – М.: Мир, 1975. – 740 с.

, Новиков в аутэкологию. Абиотические факторы – Мурманск: «Полиграфист», 2004. – 146 с.

, Былова экология. – М.: Дрофа, 2004. – 416 с.

Шилов . – М.: Высшая школа, 1997. – 512 с.

ТЕМА ЛЕКЦИИ: Абиотические факторы. Влияние важнейших абиотических факторов (температуры, влажности, осадков, солености и др.) на жизнедеятельность и распространение животных

Диапазон существующих во вселенной температур составляет тысячи градусов, и по сравнению с ними, пределы, в которых может существовать известная нам жизнь, очень узки – от -270 до +150°С. В действительности встречается много видов животных и растений, способных выдерживать температуры от -50 до +80°С, но большинство организмов сохраняет активность и размножается в интервале от -1,8 до +40°С.

Как экологический фактор температура влияет на географическое распространение и зональное распределение животных и растений, на скорость и характер протекания различных жизненных процессов, а также может иметь сигнальное значение. Особенно заметное воздействие она оказывает на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. В конечном счете, температура в сильной степени определяет общий облик флоры и фауны различных климатических зон.

Организмы, предпочитающие жить при высоких температурах окружающей среды, называются теплолюбивыми, или термофильными (от греч. «therme» – тепло и «phileo» – люблю). Например, многие виды тропических рыб, кораллы, медузы и сотни других могут существовать только в очень теплых водах. Оптимум температуры для них не ниже +27-28°С. Холодолюбивые организмы называют криофилами (от греч. «kryos» – холод, лед). Таковыми являются многие приполярные животные и растения. Некоторые из них вообще не встречаются в областях с положительными температурами среды обитания.