Рабочая тетрадь для лабораторно-практических занятий по дисциплине
жүктеу/скачать 10 Mb.
|
| ТЕМА 2. БИОЦЕНОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ И
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА БИОЦЕНОЗОВ Основная функция биоценозов – поддержание круговорота веществ в биосфере – базируется на системе сложных взаимоотношений видов. Среди всего многообразия связей в сообществе, наибольшее значение имеют (по В. Н. Беклемишеву) трофические, топические, форические и фабрические межвидовые отношения. Задание 1. Дайте характеристику и приведите примеры основных биоценотических связей. Трофические связи_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Топические связи ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Форические связи________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Зоохория_____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Форезия______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Фабрические связи_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 2 (для самостоятельной работы). Из-за сложности межвидовых отношений каждый конкретный вид может преуспевать далеко не везде, где складываются подходящие для него условия. Объясните, что такое «физиологический оптимум» и «синэкологический оптимум». Физиологический оптимум_______________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Синэкологический оптимум_______________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________  Задание 3. Каждый биоценоз с необходимостью включает представителей трех эколо-гических групп организмов – продуцентов, консументов и редуцентов. Полночленность тро-фической структуры биоценозов – аксиома синэкологии. В конкретных биоценозах проду-центы, консументы и редуценты представлены популяциями многих видов, вклад которых в преобразование потока энергии неодинаков. Ряды, в которых можно проследить пути расходования изначальной дозы энергии, называют цепями питания, а место каждого звена в цепи питания – трофическим уровнем. Изучите схемы на рис. 49, 50, 51, раскройте поня-тия «продуценты», «консументы», «редуценты», приведите соответствующие примеры.
Рис. 49. Цепи питания и трофические уровни в типичной наземной экосистеме (по Б. Небелу, 1993) Продуценты____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Консументы____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Редуценты______________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 4 (для самостоятельной работы). Группа видов-продуцентов образует уровень первичной продукции, на котором утилизируется внешняя энергия и создается масса орга-нического вещества. Продуценты – основа трофической структуры и всего существования биоценоза. Что такое «первичная продукция» (валовая и чистая), «биологическая продуктив-ность» и «траты на дыхание»? Валовая первичная продукция_____________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Биологическая продуктивность ___________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Чистая первичная продукция _____________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Траты на дыхание _______________________________________________________________  ________________________________________________________________________________
Рис. 50. Блок консументов (по Б. Небелу, 1993) Задание 5 (для самостоятельной работы). Приведите примеры животных, являющихся консументами I, II и III порядков. Что такое «вторичная продукция» сообщества? Почему консументы – это управляющее и стабилизирующее звено в экосистеме? Консументы I порядка ___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Консументы II порядка___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Консументы III порядка__________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Вторичная продукция сообщества_________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Управляющее и стабилизирующее значение консументов ____________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 6 (для самостоятельной работы). На уровне консументов происходит разде-ление потока органического вещества по разным группам потребителей: живое органическое вещество следует по цепям выедания, а мертвое – по цепям разложения. Дайте определения терминам «пастбищная цепь» и «детритная цепь». Что такое детрит? Приведите примеры организмов-редуцентов. В каких экосистемах – наземных или водных – наиболее высока активность детритного блока? 
Рис. 51. Фрагмент одной из наземных детритных пищевых цепей (по Б. Небелу, 1993) Пастбищная цепь _______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Детритная цепь_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Детрит______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Редуценты______________________________________________________________________ Активность детритного блока ___________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
Рис. 52. Поток энергии через пастбищную пищевую цепь ВПП – валовая первичная продукция, ЧПП – чистая первичная продукция Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Количество вещества, создаваемого растениями за единицу времени при данной скорости фотосинтеза – это валовая первичная продукция. Часть этой продукции идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание) – от 20 до 70 % валовой продукции. Оставшаяся часть органической массы – это чистая первичная продукция (фактически, это прирост растений). Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами (кон-сументами) – это вторичная продукция сообщества. Вторичную продукцию вычисляют от-дельно для каждого трофического уровня. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непе-реваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Средняя эффективность пере-носа энергии от растения к животному составляет 10%, а от животного к животному – 20%. Задание 7 (для самостоятельной работы). На рис. 53 изображены некоторые простые пищевые цепи. Обозначьте трофические уровни соответствующими символами. Объясните, в чем состоит отличие пищевых цепей от пищевых сетей? Каков механизм формирования сложных пищевых сетей? 
Рис. 53. Простые пищевые цепи (по Б. Небелу, 1993) П – продуценты; КI, KII, KIII – консументы соответствующих порядков; Р – редуценты Пищевые сети __________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 8 (для самостоятельной работы). Возможности ослабления пищевой конку-ренции между разными видами в значительной мере определяются такими показателями, как объем и напряженность. Что означают эти понятия? Объем конкуренции______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Напряженность конкуренции_____________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Фундаментальным понятием современной экологии является «экологическая ниша». Если бы термину «экологическая ниша» не придавали так много самых разных значений, то экологию можно было бы определить как науку о нишах. Каждый вид пространственно и функционально занимает определенное положение в сообществе (Гриннел, 1917, 1924, 1928), имеет вполне конкретный, эволюционно выработанный статус. Отсюда вытекает возмож-ность вида длительно существовать в составе сложного сообщества при минимальной конку-ренции с другими видами, эффективно использовать ресурсы среды, успешно размножаться и формировать новые адаптации в соответствии с изменениями в отношениях с абиотичес-кой средой и биотическим окружением.
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Экологическая ниша _____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 10 (для самостоятельной работы). Рассмотрите рис. 54 и объясните, что такое «пирамида чисел», «пирамида биомасс» (продукции) и «пирамида энергии». Объясните, почему пирамиды чисел для цепей паразитов и пирамиды биомасс для пелагиали океана (в момент «мгновенного измерения») имеют перевернутый вид (стоят «вверх ногами»). 
Рис. 54. Экологические пирамиды: А. Пирамиды чисел. Б. Сравнение пирамид чисел, биомассы и энергии для пищевой цепи люцерна – скот – человек (на 4 га). Масштаб логарифмический (по E. Odum, 1971) Пирамиды чисел_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Пирамиды биомасс_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Пирамиды энергии_______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Пирамида чисел для цепей паразитов ______________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Пирамида биомасс для пелагиали океана ___________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
Рис. 55. Пример пищевой пирамиды в национальном парке Серенгетти (по М. Скотту, 1995) Все три пирамиды – чисел, биомасс, энергии – выражают в конечном итоге энергети-ческие отношения в экосистемах. Важнейшим практическим результатом энергетического подхода к изучению экосистем явилось осуществление исследований по Международной биологической программе, проводившихся учеными разных стран мира начиная с 1969 года в целях изучения потенциальной биологической продуктивности Земли. Благодаря этим исследованиям удалось подсчитать максимальную биологическую продуктивность нашей планеты (рис. 56), т. е. тот природный фонд, которым располагает человечество, и макси-мально возможные нормы изъятия продукции для нужд растущего населения Земли. Теоретически возможная скорость создания первичной продукции определяется воз-можностями фотосинтетического аппарата растений. Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10–12% энергии ФАР, что составляет около половины от теоретически возможного. Такая скорость связывания достигается, например, в зарослях джугары и трост-ника в Таджикистане в кратковременные, наиболее благоприятные периоды. КПД фотосин-теза в 5% считается очень высоким для фитоценоза. В целом по земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1%. Мировое распределение первичной продукции крайне неравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительной массы достигает в среднем 25 г в день в очень благо-приятных условиях (в эустариях рек и в лиманах аридных районов). На больших площадях продуктивность автотрофов не превышает 0,1 г на квадратный метр. Общая годовая про-дукция сухого органического вещества на Земле составляет 150–200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей – на суше. Почти вся чистая первичная про-дукция Земли служит для поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических осадках водоемов и гумусе почв. Продуктивность растительности изменяется не только при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой зоны. Для четырех континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно мало. В Европе она составляет 85 ц/га, в Азии – 98, в Африке – 103, в Северной Америке – 82, в Австралии и Океании – 86. Самая высокая продуктивность – в Южной Америке – составляет 209 ц/га. Питание людей обеспечивается в основном за счет сельского хозяйства. Примерно половина урожая сельскохозяйственных культур идет непосредственно на питание людей, остальная часть – на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. Имеющиеся на Земле вторичные ресурсы (продукты животноводства, промысла на суше и в океане), могут обеспечить ежегодно лишь около 50% потребностей современного населения. 
Рис. 56. Годовая первичная продукция в различных природных сообществах Земли ТЕМА 3. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ВИДОВ В СООБЩЕСТВАХ В сообществах реализуются разнообразные формы воздействий, которые живые орга-низмы оказывают друг на друга – биотические взаимоотношения. На их основе происходит формирование более тесных связей между отдельными видами, относящимися в целом ряде случаев к разным трофическим уровням. Все многообразие биотических взаимоотношений можно свести к трем основным типам: симбиоз (комменсализм, протокооперация, мутуа-лизм), антибиоз (конкуренция, хищничество, паразитизм) и аменсализм (одностороннее сре-дообразование). Задание 1. Дайте краткую характеристику типов взаимодействия между популяциями видов А и В (таблица 10). Таблица 10 Основные типы взаимодействия между двумя популяциями
Задание 2 (для самостоятельной работы). Дайте определение и приведите примеры организмов, вступающих в различные типы симбиотических отношений. Нахлебничество_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Синойкийя______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Нидиколы____________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Паройкийя______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эпиойкийя______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Энтойкийя_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Микориза_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эктосимбиоз____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эндосимбиоз____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 3 (для самостоятельной работы). Что такое аллелопатия? Приведите примеры. Аллелопатия____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 4 (для самостоятельной работы). Дайте определение и приведите примеры организмов, вступающих в отношения по типу антибиоза. Полупаразитизм_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эктопаразитизм________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эндопаразитизм_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Множественный паразитизм_____________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Сверхпаразитизм________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Собирательство_________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Типичное хищничество __________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Каннибализм____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Внутривидовая конкуренция ______________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Межвидовая конкуренция_________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 5 (для самостоятельной работы). Конкуренцию между разными видами орга-низмов легко изучать путем прямого экспериментирования. Рассмотрите рис. 57 и объяс-ните, почему при совместном выращивании в строго контролируемых условиях и при почти постоянном снабжении пищей инфузория аурелия вытесняет соперника – инфузорию ту-фельку? В чем заключается принцип конкурентного исключения Г. Ф. Гаузе? Каково значе-ние конкуренции в формировании экологических ниш видов? В чем состоит парадокс Хат-чинсона? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Принцип конкурентного исключения Гаузе и следствия из него _______________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Парадокс Хатчинсона____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
Рис. 57. Конкурентное исключение, продемонстрированное в лабораторном эксперименте на двух простейших, Paramecium caudatum и P. aurelia (по Ф. Гаузе, 1934). В других опытах на Р. bursaria и Р. caudatum при плотностях ниже предельных плотностей наблюдалось сосуществование этих двух видов. / – P. caudatum в изолированной культуре; II – P. caudatum в смешанной культуре; III – Р. аиrelia в изолированной культуре; IV – P. aurelia в смешанной культуре.
Рис. 58. Покровительственная окраска у бабочки пяденицы (слева) и бражника (справа)   
Рис. 59. Предостерегающая окраска и поза угрозы у гусеницы большой гарпии и мимикрия у бабочек (слева: бабочки геликониды – модели, справа: бабочки белянки – имитаторы) Задание 8. Особый тип защитных морфологических адаптаций – маскировка. Один из способов маскировки – возникновение сходства животного с каким-либо предметом (лист, сучок или веточка, камень, морские водоросли). Воспользуйтесь коллекциями насекомых, литературными данными для других животных и приведите примеры маскировки, указав объекты сходства. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 9. Мимикрия – один из способов защиты от поедания вполне съедобных животных, подражающих хорошо защищенным и ядовитым животным. Известно два основ-ных типа мимикрии – бейтсовская и мюллеровская. В чем отличия между этими типами мимикрии? Из предложенного списка выберите модель и имитатора (имитаторов) и внесите данные в таблицу 12. Бейтсовская мимикрия___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Мюллеровская мимикрия _________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Оса германская, американский уж, шмель, стеклянница тополевая, журчалка осовидная, шмелевидная журчалка, гадюка, бражник-шмель, большой сосновый рогохвост, коралловый аспид, шершень, ящерица веретеница. Таблица 12 Бейтсовская и мюллеровская мимикрия
Рис. 60. Бейтсовская мимикрия у насекомых (по М. Скотту, 1995) слева: модель – крупная оса шершень (отряд Hymenoptera), справа: один из имитаторов – бабочка стеклянница тополевая (отряд Lepidoptera) жүктеу/скачать 10 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||