/ Глава 9. Организм и среда Задание: §9.6. Колебания численности организмов. Экологическая регуляция

Ответ на Глава 9. Организм и среда Задание: §9.6. Колебания численности организмов. Экологическая регуляция
Готовые домашние задания (ГДЗ) Биология Пасечник, Каменский 9 класс

Биология

9 класс

Изд.: Дрофа

Год: 2007 - 2014

Вопрос 1 . Что такое динамика популяций? Ка­кие факторы вызывают колебания численности по­пуляций?

Динамика популяций - важнейший экологический процесс, характеризую­щийся изменением во времени численнос­ти организмов, входящих в их состав. Популяционные изменения - это сложный процесс, обеспечивающий устойчивость популяций, наиболее эффективное ис­пользование организмами экологических ресурсов, наконец, изменения свойств са­мих организмов в соответствии с меняю­щимися условиями их жизни.

Динамика численности популяции на­ходится в тесной зависимости от таких показателей, как рождаемость и смерт­ность, которые постоянно изменяются в зависимости от множества факторов. Ког­да рождаемость превышает смертность, численность популяции возрастает, и наоборот: численность снижается, когда смертность становится выше рождаемос­ти. Постоянные изменения условий жиз­ни организмов приводят к усилению то одного, то другого процесса. В результате численность популяций колеблется.

Колебания численности популяций мо­гут быть вызваны сезонными изменениями условий жизни - факторов: абиотических (температуры, влажности, освещенности и др.) или биотических (развитие па­разитарных инфекций, хищничество, кон­куренция). Кроме того, на динамику численности влияет способность особей, слагающих популяцию, мигрировать - совершать перелеты, кочевки и т. п.

Вопрос 2. В чем значение динамики популя­ций в природе?

Динамические популяционные измене­ния обеспечивают устойчивость популя­ций, наиболее эффективное использова­ние организмами, слагающими их, эколо­гических ресурсов, наконец, изменения свойств самих организмов в соответствии с меняющимися условиями их жизни.

Вопрос 3. Что такое регуляторные механиз­мы? Приведите примеры.

Популяции обладают способностью к естественному регулированию численности благодаря регуляторным механиз­мам, имеющим характер поведенческих или физиологических реакций организ­мов на изменение плотности популяции. Они срабатывают автоматически, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений.

У одних видов они проявляются в жест­кой форме, приводя к гибели избытка осо­бей (самоизреживание у растений, канни­бализм у некоторых видов животных, вы­брасывание «лишних» птенцов из гнезда у птиц), а у других - в смягченной: выра­жаются в снижении плодовитости на уровне условных рефлексов (различные проявления стресс-реакций) или путем выделения веществ, задерживающих рост (дафнии, головастики - личинки земно­водных) и развитие (часто встречается у рыб).

Интересны случаи ограничения числен­ности популяции такими изменениями поведения при увеличении плотности, ко­торые в конечном счете приводят к массо­вой миграции особей.

Например, при чрезмерном увеличе­нии популяции бабочек сибирского шел­копряда происходит разлет части бабочек (преимущественно самок) на расстояния до 100 км.

Численность популяции - это общее количество особей вида, присутствующее на той или иной территории.

При благоприятных условиях в популяциях наблюдается рост численности и может быть столь стремительным, что приводит к популяционному взрыву. Совокупность всех факторов способствующих росту численности называется биотическим потенциалом. Он достаточно высок для разных видов, но вероятность достижения популяцией предела численности в естественных условиях низка, т.к этому противостоят лимитирующие (ограничивающие) факторы. Совокупность факторов, лимитирующих рост численности популяции, называют сопротивлением среды. Состояние равновесия между биотическим потенциалом вида и сопротивлением среды поддерживающее постоянство численности популяции получило название гомеостаза или динамического равновесия. При нарушении его происходят колебания численности популяции, т.е. ее изменения.

Различают периодические и непериодические колебания численности популяций. Первые совершаются в течение сезона или нескольких лет (4 года - периодический цикл плодоношения кедра, подъема численности лемминга, песца, полярной совы; через год плодоносят яблони на садовых участках), вторые - это вспышки массового размножения некоторых вредителей полезных растений, при нарушениях условий среды обитания (засухи, необычно холодные или теплые зимы, слишком дождливые сезоны вегетации), непредвиденные миграции в новые местообитания. Периодические и непериодические колебания численности популяций под влиянием биотических и абиотических факторов среды, свойственные всем популяциям, именуются популяционными волнами.

Любая популяция обладает строго определенной структурой: генетической, половозрастной, пространственной и др., но она не может состоять из меньшего числа особей, чем необходимо для стабильного развития и устойчивости популяции к факторам внешней среды. В этом заключается принцип минимального размера популяций.

Однако наряду с принципом минимального размера популяций есть и принцип (правило) популяционного максимума. Оно заключается в том, что популяция не может увеличиваться бесконечно. Лишь теоретически она способна к неограниченному росту численности.

Согласно теории Х.Г. Андреварты - Л.К. Бирча (1954) - теория лимитов популяционной численности, - численность естественных популяций ограничена истощением пищевых ресурсов и условий размножения, недоступностью этих ресурсов, слишком коротким периодом ускорения роста популяции. Теория "лимитов" дополняется теорией биоценотической регуляции численности популяции К. Фредерикса (1927): рост численности популяции ограничивается воздействием комплекса абиотических и биотических факторов среды.

Флуктуации (отклонения) численности вызываются самыми различными причинами. И они не всегда одинаковые для разных видов. Например, изменение физической среды, вследствие чего повышается или понижается верхний предел плотности или численности популяции; внутрипопуляционные взаимодействия; взаимодействие с соседними популяциями.

Для природных популяций различают: а) сезонные изменения, величины которых регулируются онтогенетическими адаптациями сопряженными с сезонными изменениями факторов среды; б) годичные (межгодовые) изменения. Их делят на 2 группы: - флуктуации, обусловленные различием физических факторов среды в течение года, т.е. внешними (экзогенными) по отношению к популяциям факторами. Они не регулярны и обнаруживают четкую связь с одним или несколькими главными лимитирующими физическими факторами (температура, соленость морской воды, осадки и др.); - флуктуации, связанные с динамическими изменениями, т.е. с внутренними (эндогенными) факторами. Они часто регулярны, поэтому их можно назвать циклами.

Резкие осцилляции (колебания) свойственны популяциям с экспоненциальным ростом численности, а затухающие осцилляции численности популяций – с логистическим типом роста, в которых в связи с особенностями жизненного цикла составляющих их видов наблюдается некоторая временная задержка реакции на увеличение плотности.

Периодические колебания численности популяций, имеющих 10-11-летний период, объясняются периодичностью активности Солнца : количество пятен на Солнце меняется с периодом в 11 лет. Количество корма есть причина флуктуации у сибирского шелкопряда: он дает вспышку после сухого теплого лета. Может вызвать вспышку численности и стечение многих обстоятельств. Например, у берегов Флориды наблюдаются "красные приливы". Они непериодичны и для их проявления необходимы такие события: обильные ливни, смывающие с суши микроэлементы (железо, цинк, кобальт - их концентрация должна совпадать до десятитысячной доли процента), пониженная соленость поды, определенная температура и безветрие у берега. При таких условиях водоросли динофлагелляты начинают интенсивно делиться. Теоретически из одной одноклеточной динофлагелляты в результате 25 последовательных делений могут произойти 33 млн. особей. Вода от них становится красной. Динофлагелляты выделяют в воду смертоносный яд, вызывающий паралич, а затем гибель рыбы и других обитателей моря.

Резкие непериодические колебания численности могут возникать вследствие природных катастроф. Например, на пожарищах обычны вспышки численности иван-чая и связанного с ним сообщества насекомых. Многолетняя засуха превращает болото в луг и вызывает рост численности членов биоценоза луга.

Факторы , вызывающие изменения численности популяций делится на:

Экзогенные причины (в основном абиотические факторы) изменения численности популяций кроются во внешних факторах. К ним можно отнести изменение численности хищников, болезни, благоприятные или неблагоприятные погодные условия, активность солнца.

Эндогенные причины (биотические факторы) динамики численности вызваны внутрипопуляционными факторами, такими как конкуренция, внутрипопуляционная агрессия, стресс. В настоящее время большинство ученых считает, что эндогенные причины определяющие изменение численности популяции связаны с плотностью обитания. Чем выше плотность, тем выше уровень стресса в популяции. Увеличение стресса приводит к подавлению способности размножаться, к уменьшению сопротивляемости к болезням, к увеличению смертности.

Вопрос 1. Что такое динамика популяций? Какие факторы вызывают колебания численности популяций?

Динамика популяций - важнейший экологический процесс, характеризующийся изменением во времени численности организмов, входящих в их состав. Популяционные изменения - это сложный процесс, обеспечивающий устойчивость популяций, наиболее эффективное использование организмами экологических ресурсов, наконец, изменения свойств самих организмов в соответствии с меняющимися условиями их жизни.

Динамика численности популяции находится в тесной зависимости от таких показателей, как рождаемость и смертность, которые постоянно изменяются в зависимости от множества факторов. Когда рождаемость превышает смертность, численность популяции возрастает, и наоборот: численность снижается, когда смертность становится выше рождаемости. Постоянные изменения условий жизни организмов приводят к усилению то одного, то другого процесса. В результате численность популяций колеблется.

Вопрос 2. В чем значение динамики популяций в природе?

Динамические популяционные изменения обеспечивают устойчивость популяций, наиболее эффективное использование организмами, слагающими их, экологических ресурсов, наконец, изменения свойств самих организмов в соответствии с меняющимися условиями их жизни.

Вопрос 3. Что такое регуляторные механизмы? Приведите примеры.

Популяции обладают способностью к естественному регулированию численности благодаря регуляторным механизмам, имеющим характер поведенческих или физиологических реакций организмов на изменение плотности популяции. Они срабатывают автоматически, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений.

У одних видов они проявляются в жесткой форме, приводя к гибели избытка особей (самоизреживание у растений, каннибализм у некоторых видов животных, выбрасывание "лишних" птенцов из гнезда у птиц), а у других - в смягченной: выражаются в снижении плодовитости на уровне условных рефлексов (различные проявления стресс-реакций) или путем выделения веществ, задерживающих рост (дафнии, головастики - личинки земноводных) и развитие (часто встречается у рыб).

Интересны случаи ограничения численности популяции такими изменениями поведения при увеличении плотности, которые в конечном счете приводят к массовой миграции особей.

Например, при чрезмерном увеличении популяции бабочек сибирского шелкопряда происходит разлет части бабочек (преимущественно самок) на расстояния до 100 км.

КОЛЕБАНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ОРГАНИЗМОВ.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ

Задачи : познакомить с экологическими характеристиками популяции, выявить регуляторные механизмы.

Элементы содержания: динамика популяций, рождаемость, смертность, регуляторные механизмы, циклические колебания численности.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование : таблицы, демонстрирующие популяционную структуру вида, циклические колебания численности видов.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Проверка знаний учащихся.

Биологический диктант.

1. Конкуренция – это отношения между …

2. Симбиотические отношения устанавливаются между …

3. В желудке и кишечнике жвачных млекопитающих постоянно обитают бактерии, вызывающие брожение. Это является примером …

4. Примером конкуренции являются отношения между …

5. Ярусность является примером таких межвидовых отношений, как …

6. Если оба вида извлекают пользу в ходе взаимодействия, то это пример …

7. Если особи одного вида поедают особей другого вида, такая форма взаимоотношений иллюстрирует …

8. Как называется форма взаимоотношений клубеньковых бактерий и бобовых растений?

9. Семена череды распространяются с помощью человека. Это
пример …

10. Как называется форма взаимоотношений акулы и рыбы-прили-палы?

III. Изучение нового материала.

Как вы знаете, популяция – это группа особей одного вида, взаимодействующих друг с другом и совместно обитающих на общей территории.

Популяции динамичны. В них постоянно происходят изменения. Подвижность и силу этих изменений отражают динамические характеристики . Состояние популяции характеризуется такими показателями, как рождаемость, смертность, вселение и выселение особей, численность, скорость роста. При этом учитывается время.

Численность популяции – общее количество особей в ней. Эта величина характеризуется широким диапазоном изменчивости, однако она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности, превышающее эти пределы, может привести к вымиранию популяции.

Плотность популяции – число особей на единицу площади или объема. При увеличении численности популяции ее плотность, как правило, возрастает; она остается прежней лишь в случае расселения особей и расширения ареала.

Пространственная структура популяции характеризуется особенностями размещения особей на занимаемой территории и может изменяться во времени; она зависит от сезона года, численности популяции, возрастной и половой структуры и т. д.

Половая структура отражает определенное соотношение мужских и женских особей в популяции. Изменения половой структуры популяции отражаются на ее роли в экосистеме, так как самцы и самки многих видов отличаются друг от друга по характеру питания, ритму жизни, поведению и др. Преобладание доли самок над самцами обеспечивает более интенсивный рост популяции.

Возрастная структура популяции отражает соотношение различных возрастных групп в популяциях, зависящее от продолжительности жизни, времени наступления половой зрелости, числа потомков в помете, количества потомства за сезон и др.

Экологическая структура популяции свидетельствует об отношении различных групп организмов к условиям окружающей среды.

Рождаемость – это число молодых особей, появившихся на свет за день, месяц или год, а смертность – число погибших за этот же период.

Регуляторные механизмы – процессы, автоматически регулирующие стабильность популяции. Необходимы при увеличении или уменьшении численности. Регуляторные механизмы вызывают циклические колебания численности популяций , которые зависят:

џ от стабильности условий обитания,

џ продолжительности жизни вида,

џ количества пищи,

џ способности к размножению,

џ влияния человека.

Условия стабильности популяции

IV. Закрепление изученного материала.

Решение экологических задач .

Задача 1.

Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в соотношении 1: 1. В популяциях многих животных соотношение самок и самцов может заметно отклоняться от 1: 1. Как вы думаете, чем могут вызываться такие отклонения? Могут ли они иметь приспособительное значение?

Задача 2.

Многие животные часть года проводят поодиночке или парами, а в некоторые сезоны образуют стаи. Приведите примеры таких животных и проанализируйте, с какими особенностями их образа жизни связано это явление.

Задача 3.

Два крайних типа распределения особей в пространстве – равномерное (при нем вероятность нахождения рядом с другой особью меньше, чем вероятность нахождения на некотором удалении от нее) и групповое (особи образуют группы). При каких условиях возникают эти два типа распределения? Рассмотрите вопрос отдельно для животных и растений, а затем сделайте общие выводы.

Домашнее задание: § 9.6 (повторить § 9.1–9.5).

В природе численность популяций испытывает колебания. Так, численность отдельных популяций насекомых и мелких растений может достигать сотен тысяч и миллион особей. Напротив, популяции животных и растений могут быть сравнительно небольшие по численности.

Срабатывание регуляторных механизмов способно вызывать колебания численности популяций. Можно выделить три основных типа популяционной динамики численности: стабильный, цикличный и скачкообразный (взрывной).

Любая популяция не может состоять из меньшего числа индивидов, чем это необходимо для обеспечения стабильной реализации этой среды и устойчивости популяции к факторам внешней среды - принцип минимального размера популяции.

Минимальная численность популяции специфична для разных видов. Выход за пределы минимума ведет популяцию к гибели. Так, дальнейшее скрещивание тигра на Дальнем Востоке, неизбежно приведет к вымиранию из-за того, что оставшиеся единицы, не находя с достаточной частотой партнеров для размножения, вымрут на протяжении немногих поколений. Это же грозит и редким растениям (орхидея «венерин башмачок» и др.).

Существует и популяционный максимум. 1975 г., Odum, - правило популяционного максимума:

Регуляция плотности популяции осуществляется, когда полностью используются ресурсы энергии и пространства. Дальнейшее увеличение плотности популяции ведет к снижению обеспеченности пищей и, следовательно, к снижению плодовитости.

Различают непериодические (редко наблюдаемые) и периодические (постоянные) колебания численности естественных популяций.

Стабильный тип отличается небольшим размахом колебаний (иногда численность увеличивается в несколько раз). Свойствен видам с хорошо выраженными механизмами популяционного гомеостаза, высокой выживаемостью, низкой плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной возрастной структурой, развитой заботой о потомстве. Целый комплекс эффективно работающих регуляторных механизмов держит такие популяции в определённых пределах плотности.

Периодические (циклические) колебания численности популяций. Совершаются обычно в течение одного сезона или нескольких лет. Циклические изменения с подъемом численности в среднем через 4 года зарегистрирована у животных, обитающих в тундре - леммингов, полярной совы, песца. Сезонные колебания численности характерны и для многих насекомых, мышевидных грызунов, птиц, мелких водных организмов.