Сборник учебно-тренировочных материалов для выпускников образовательных учреждений для самоподготовки к ЕГЭ и ГИА по биологии (стр. 2 )

Популяции. Факторы, вызывающие изменение численности популяций, способы ее регулирования.

Популяцией называется группа особей одного вида, живущая длительное время на определенной территории, способных свободно скрещиваться между собой и с особями соседних популяций того же вида.

Популяции характеризуются экологическими параметрами: собственным ареалом в пределах ареала вида; определенной численностью особей; половой и возрастной структурой; популяционной динамикой.

Ареал популяции может меняться – расширяться или сокращаться в течение времени, иногда даже по сезонам года. Популяциям разных видов организмов свойственна определенная численность особей и свои особенности ее колебания. В каждом конкретном случае на численность популяций влияют величина ареала, обеспеченность пищей, наличие благоприятных мест для размножения и т. д.

Плотность популяции – это численность или биомасса особей, которая приходится на единицу площади или объема жизненного пространства.

Демографическими показателями популяции служат рождаемость и смертность.  Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности в результате процесса размножения. Смертность отражает процессы снижения численности популяции и выражается числом особей, погибших за определенный период времени. Смертность и рождаемость оказывают существенное влияние на численность популяции.

Возрастной и половой состав популяции зависят от продолжительности жизни особей, времени достижения половозрелости, способов и интенсивности размножения, смертности, скорости смены поколений и т. д.

Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они влияют на процессы рождаемости и смертности. Чем шире возрастной спектр популяции, тем устойчивее ее воспроизводство. Популяция, включающая в себя множество возрастных групп, менее подвержена действию факторов, определяющих успешность размножения.

В соответствии с генетическими закономерностями соотношение полов в популяции составляет 1:1, однако в связи с разной выживаемостью особей на разных этапах онтогенеза это соотношение может меняться. У животных-гермафродитов половая структура популяций не определяется.

Под регуляцией численности понимают способность популяции к самовоспроизводству, то есть восстановлению числа особей до оптимальной величины, которая определяется условиями местообитания организмов.

Биогеоценоз. Взаимосвязи популяций в биогеоценозе. Цепи питания. Правило экологической пирамиды. Саморегуляция. Смена биогеоценозов.

Биогеоценоз – это комплекс живых существ (биоценоз) и абиотической среды, в которую входит и занимаемая организмами территория. Экосистема – это совокупность совместно обитающих организмов и абиотических факторов, функционирующая как единое целое.

Биогеоценоз и экосистема – понятия сходные, но не тождественные. Понятие экосистемы шире, чем понятие биогеоценоза.  Совокупность всех биогеоценозов планеты образует глобальную экосистему, которая называется биосферой.

В любом биогеоценозе можно выделить четыре структурных звена:

Факторы неживой природы, или абиотические факторы. Первичные продуценты. Это главным образом зеленые растения, в результате жизнедеятельности которых образуются органические вещества, служащие источником энергии для остального населения биогеоценоза. К первичным продуцентам также относятся фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии. Консументы – организмы, которые живут за счет питательных веществ, созданных продуцентами. Консументы образуют вторичную продукцию экосистемы. Редуценты, или разлагатели, - это комплекс организмов, разлагающих мертвое органическое вещество до минеральных соединений.  К ним относятся  бактерии, грибы, простейшие, дождевые черви.

В биоценозе постоянно происходит перенос веществ и энергии, заключенной в пище, в результате поедания одних организмов или продуктов их жизнедеятельности другими организмами. Таким образом, в результате соединения отдельных звеньев образуется цепь питания, например: фитопланктон – зоопланктон - мелкие рыбы - хищные рыбы – человек. В биоценозе одновременно формируются несколько пищевых цепей, которые тесно переплетаются и образуют пищевую, или трофическую, сеть. В биоценозе все компоненты последовательно распределены по трофическим уровням цепей питания.

Первый трофический уровень экосистемы образуют автотрофы – зеленые растения, фото - и хемосинтезирующие бактерии. 

Второй уровень образуют растительноядные животные, а также паразитические высшие и низшие растения.

К третьему трофическому уровню относятся плотоядные животные, которые питаются травоядными. Это хищники первого порядка – насекомоядные птицы, мелкие млекопитающие, рептилии, амфибии. Сюда же относятся и паразиты этих животных.

Четвертый трофический уровень представлен более крупными плотоядными животными – хищниками второго порядка и их паразитами.

Пятый трофический уровень занимают редуценты, потребляющие мертвое органическое вещество. К ним принадлежат беспозвоночные животные-сапрофаги, растения-сапрофаги, гетеротрофные микроорганизмы, грибы, простейшие.

Поток энергии, идущий от растений через растительноядных животных, называется пастбищной пищевой цепью.

Поток энергии, который начинается от мертвого органического вещества и проходит через цепь разлагателей, называется детритной пищевой цепью.

В цепях питания существует закономерность, отражающая эффективность использования и превращения энергии в процессе питания живых организмов. Это правило экологической пирамиды. На каждом последующем трофическом уровне утилизируется лишь 5-15% энергии биомассы, которая превращается во вновь построенное органическое вещество. Остальная энергия рассеивается в виде тепла или просто не усваивается. Таким образом, в результате неминуемой потери энергии количество образующегося органического вещества на каждом следующем пищевом уровне резко уменьшается. Поэтому цепи питания состоят не более чем из 4-6 пищевых уровней.

Для любой экосистемы характерны два основных показателя – продукция и биомасса.  Биомасса – это суммарная  масса особей сообщества организмов, произведенная за единицу времени и соотнесенная к единице площади или объема местообитания данного биоценоза.

Продукция – это суммарная биомасса, образованная в экосистеме за определенное время.

В устойчивых экосистемах происходит естественный процесс саморегуляции.

Саморегуляция – это свойство экосистемы автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне численность популяций, соотношение полов, рождаемость и смертность. В основе поддержания относительно стабильной численности популяции лежат трофические связи в пищевых сетях. Массовое размножение видов в экосистеме регулируется с помощью прямых и обратных связей, формирующихся в пищевых цепях.

Сообщества организмов изменяются во времени, при этом изменения затрагивают видовое разнообразие, количественные показатели, структуру пищевых сетей, продуктивность. Смена биогеоценозов, называется экологической сукцессией, - это длительный процесс.  Сукцессия происходи в несколько стадий, которые сменяют друг друга до достижения устойчивого равновесия. Если сукцессия начинается на ранее безжизненном месте, например песчаной дюне, скале, она называется первичной.  Сообщества, развивающиеся на месте ранее существовавших биогеоценозов, представляют собой вторичную сукцессию.

Выделяют четыре типа сукцессионных изменений:

В процессе сукцессии происходит непрерывная смена видов, образующих сообщество. Сукцессионные изменения приводят к повышению видового разнообразия. В результате сукцессии происходит накопление органического вещества и образование гумуса. Чистая продукция сообщества снижается, и повышаются его энергетические затраты.

Агроценозы.

Агроценоз составляют организмы, обитающие на сельскохозяйственных угодьях: землях, занятых посевами и посадками культурных растений. Как в естественном биогеоценозе, так и в агроценозе комплексы организмов, входящие в его состав, формируют трофические цепи, также между ними возникают и другие типы взаимоотношений.

В отличие от естественных экосистем, в которых видовое разнообразие растений, как правило, велико, в агроценозах растительный покров представлен одним видом культурного растения и создается человеком. Основной движущей силой в экосистеме является естественный отбор, а в агроценозе искусственный отбор. В агроценозах человек создает условия, благоприятные для жизнедеятельности возделываемой культуры, а все другие виды (сорняки, насекомые вредители) подавляет.  Природные экосистемы – саморегулирующиеся системы, а агроценозы  регулируются человеком.

В естественных экосистемах основным источником энергии служит Солнце. В агроценозах наряду с солнечной энергией присутствует энергия, привносимая человеком – вспашка, полив, орошение, внесение минеральных удобрений и т. д.

В естественных биоценозах происходит постоянный круговорот веществ, позволяющий долгое время сохранять баланс питательных элементов. В агроценозах человек постоянно изымает жизненно важные для растений минеральные элементы вместе с урожаем. Поэтому круговорот будет незамкнутым и требует постоянного внесения минеральных и органических удобрений.

Биосфера и ее границы. Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы. Живое вещество и его функции.

Биосфера – это особая наружная оболочка Земли, чей состав, структура и энергетический потенциал определяются совместной деятельностью живых организмов, то есть это область распространения жизни.

Биосфера включает в себя:

Живое вещество – совокупность всех живых организмов. Биогенное вещество – это минеральные или органические вещества, созданные в результате жизнедеятельности живых организмов (газ, нефть, каменный уголь, известняк). Косное вещество – формируются без участия живых организмов (вулканизм, метеориты). Биокосное вещество – создается живыми организмами вместе с неживой природой (почвы).

Биосфера включает в себя три основные оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, верхнюю часть литосферы.  Границы биосферы определяются абиотическими факторами, которые ограничивают существование живых организмов.  Верхняя граница биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и зависит от озонового слоя, который задерживает ультрафиолетовое излучение. В гидросфере жизнь обнаружена на всех глубинах Мирового океана вплоть до 11 км. В литосфере живые организмы встречаются до глубины 3,5-7,5 км в зависимости от температуры земной коры и от уровня проникновения жидкой воды.