Контрольная работа по « Биология с основами экологии»

Типы популяций. Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия  обитания в пределах местообитания  одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По этому признаку выделяют три типа популяций (рис.1): элементарную, экологическую, географическую.

 

Элементарная (локальная) популяция  – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок  однороднойпло-щади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.

ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; микрогруппировки ландыша Кейске в белоберезняке, растущие у оснований деревьев и на открытых местах; куртины деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

 ПРИМЕРЫ. Рыбы одного  вида во всех стаях общего  водоема; древостои в монодоминантных лесах, представляющих одну группу типов леса: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников (Магаданская область, север Хабаровского края); древостои в осоковых (сухих) и разнотравных (влажных) дубняках (Приморский край, Амурская область); популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

Географическая популяция  – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные  районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко –  у животных и птиц – во время  миграций, у растений – при разносе  пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

ПРИМЕРЫ. Известны географические расы лиственницы даурской (Larixdahurica): западная (к западу от Лены (L. dahuricassp. dahurica) и восточная (к востоку от Лены, выделяемая в L. dahuricassp. cajanderi), северная и южная расы лиственницы курильской. Аналогично выделение М.А. Шембергом (1986) у березы каменной двух подвидов: березы Эрмана (Betulaermanii) и шерстистой (B. lanata). В низовьях р. Яма расположен очаг ели обыкновенной (Piceaobovata), отстоящий от сплошного массива ельников к востоку на 1000 км, к северу – на 500 км. Зоологи выделяет тундровую и степную популяции у узкочерепной полевки (Microtisgregalis). У вида "белка обыкновенная" насчитывается около 20 географических популяций, или подвидов.

2. Основные характеристики  популяций 

Численность и плотность  – основные параметры популяции. Численность – общее количество особей на данной территории или в  данном объеме. Плотность – количество особей или их биомасса на единице  площади или объема. В природе  происходит постоянные колебания численности  и плотности. Динамика численности  и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие  изменение популяции в течение  определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов  и причин их обусловливающих очень  важно для прогнозов состояния  популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную. Абсолютная рождаемость  – это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу  особей. Например, показателем рождаемости  человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими  факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в  течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).

Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных  условиях в популяциях появляется максимально  возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида.

ПРИМЕР. Одуванчик за 10 лет  способен заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена прорастут. Исключительно обильно  семеносят ивы, тополя, березы, осина, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые 20 минут ив течение 36 часов могут сплошным слоем покрыть всю планету. Очень высока плодовитость у большинства видов насекомых и низка у хищников, крупных млекопитающих. Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

3. Структура и динамика популяций

 

Динамика, состояние и  воспроизводство популяций согласуются  с их возрастной и половой структурой. Возрастная структура отражает скорость обновления популяции и взаимодействие возрастных групп с внешней средой. Она зависит от особенностей жизненного цикла, существенно различающегося у разных видов (например, птиц и  у млекопитающих хищников), и внешних  условий.

В жизненном цикле особей обычно выделяют три возрастных периода: предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Для растений характерен еще период первичного покоя, который они проходят в стадии поящихся семян. Каждый из периодов может быть представлен одной (простая структура) или несколькими (сложная структура) возрастными стадиями. Простой возрастной структурой обладают однолетние растения, многие насекомые. Сложная структура характерна для разновозрастных популяций деревьев, для высокоорганизованных животных. Чем сложнее структура, тем выше приспособительные возможности популяции.

Одна из наиболее известных  классификаций животных по возрасту Г.А. Новикова:

- новорожденные – до  момента прозревания;

- молодые – подрастающие  особи, "подростки";

- полувзрослые – близкие к половозрелым особям;

- взрослые – половозрелые  животные;

- старые – особи, переставшие  размножаться.

В геоботанике получила признание  классификация растений по возрасту Н.М. Черновой, А.М. Быловой:

- покоящиеся семена;

- проростки (всходы) –  растения первого года жизни,  многие из них живут за счет  питательных веществ в семядолях;

- ювенильные – переходят  к самостоятельному питанию, но  размерами и морфологически еще  отличаются от взрослых растений;

- имматурные – обладают переходными признаками от ювенильных к взрослым растениям, еще очень малы, у них идет смена типа нарастания, начинается ветвление побегов;

- виргинильные – "взрослые подростки", могут достигать размеров взрослых особей, но регенеративные органы отсутствуют;

- молодые генеративные  – характерно наличие генеративных  органов, завершается формирование  облика, типичного для взрослого  растения;

- средневозрастные генеративные – отличаются максимальным годичным приростом и максимальной репродуктивностью;

- старые генеративные  – растения продолжают плодоносить,  но у них полностью прекращаются  рост побегов и образование  корней;

- субсенильные – плодоносят очень слабо, идет отмирание вегетативных органов, новообразование побегов идет за счет спящих почек;

- сенильные – очень  старые, дряхлые особи, появляются  черты ювенильных растений: крупные  одиночные листья, порослевые побеги.

Ценопопуляция, в которой представлены все перечисленные стадии, называется нормальной полночленной.

В лесоведении и таксации принята классификация древостоев и насаждений по классам возраста. Для хвойных пород:

- проростки и самосев  – 1-10 лет, высота до 25 см;

- стадия молодняка –  10-40 лет, высота от 25 до 5 м; под  пологом леса соответствует мелкому  (до 0,7 м), среднему (0,7-1,5 м) и крупномерному  (>1,5 м) подросту;

- стадия жердняка –  средневозрастные насаждения 50-60 лет;  диаметры стволов от 5 до 10 см, высота  – до 6-8 м; под пологом леса  молодое поколение древостоя,  или тонкомер с аналогичными  размерами;

- приспевающие насаждения  – 80-100 лет; по размерам могут  незначительно уступать материнском  деревьям, на открытом месте и  в редколесьях обильно плодоносят; в лесу могут еще находиться  во втором ярусе, не плодоносят; ни в коем случае не назначаются  в рубку;

- спелые древостои –  120 лет и старше, деревья первого  яруса и отставшие в росте  деревья второго яруса; обильно  плодоносят, в начале этой стадии  достигают технической спелости, в конце – биологической;

- перестойные – старше 180 лет, продолжают обильно плодоносить,  но постепенно дряхлеют и усыхают  или вываливаются еще будучи живыми.

 Для лиственных пород  градации и придержки по размерам аналогичные, но в связи с их более быстрым ростом и старением класс возраст у них составляет не 20, а 10 лет.

Соотношение возрастных групп в структуре  популяции характеризуют ее способность  к раз-множению и выживанию, и согласуется с показателями рож-даемости и смертности. В растущих популяциях с высокой рождаемостью преобладают молодые (рис. 2), еще не репродуктивные особи, в стабильных – обычно это разновозрастные, полночленные популяции, у которых регулярно определенное число особей переходит из младших возрастных групп в старшие, рождаемость равна убыванию населения. В сокращающихся популяциях основу составляют старые особи, возобновление в них отсутствует или совсем незначительно.Половая структура по генетическим законам должна быть представлена равным соотношением мужских и женских особей, т.е. 1:1. Но в силу специфики физиологии и экологии, свойственной разным полам, в силу их разной жизнеспособности, влияния факторов внешней среды, социальных, антропогенных могут быть значительные различия в этом соотношении. И эти различия нео-динаковы как в разных популяции-ях, так и в разных возрастных групп-пах одной и той же популяции.

 

 

 

3. Известно, что многие птицы в морозные периоды ночуют под снегом. Постройте график зависимости частоты ночевок тетеревов в снегу от температуры воздуха по данным таблицы. Сделайте вывод

 

Зимовка тетеревиных птиц.  Сколько же времени проводят в подснежных камерах тетеревиные птицы? Даже на 60° с. ш. в декабре – январе при морозе ниже -25°С рябчики и тетерева выходят наружу только на полчаса-час, затрачивая их на утреннюю и вечернюю (а иногда на одну утреннюю) кормежки. Всю остальную часть суток они проводят в подснежном доме. Глухари и белые куропатки в такие морозы кормятся дольше, но не более четырех часов. В целом пребывание в подснежной камере варьирует в зависимости от состояния птицы, характера погоды и длины светового дня.

Обобщив все данные, мы с коллегами  пришли к заключению, что начиная  с температуры -10°С и ниже тетеревиные птицы в середине зимы проводят в подснежных камерах 60% времени суток и более, причем чем севернее широта и чем длиннее ночь, тем это время больше, но до определенных границ. Например, у белой куропатки в бассейне Колымы, по наблюдениям А. В. Андреева на 69° с. ш., в середине декабря общее пребывание на открытом воздухе составляло не менее 3,5 ч. При температуре выше -10°С нахождение в подснежных камерах значительно сокращается за счет увеличения как длительности кормежки, так и отдыха на поверхности снега или на деревьях. Если температура около 0°С и выше, тетеревиные птицы вообще не используют подснежных камер за отсутствием необходимости. В результате получается, что любая тетеревиная птица, увеличивая или уменьшая время своего пребывания в подснежной камере в известных пределах, регулирует температуру окружающей ее внешней среды. Мною было подсчитано, что при умеренно морозной зиме реальная среднесуточная температура для тетеревиных птиц составляет около -7°С и они способны ее поддерживать при самой низкой, по крайней мере до -50°С, атмосферной температуре.

Сколько времени подряд максимально  может оставаться тетеревиная птица  в подснежной камере, неясно до сих  пор. Некоторые наблюдения будто  бы указывают на то, что при особо  суровой обстановке, например сильном  ветре и морозе, она может проводить  под снегом сутки-двое. Как следует из наших расчетов, при максимальном наполнении зоба и предельной эффективности работы слепых кишок белая куропатка обеспечивается энергией на 28 ч, после чего неизбежно начнется трата внутренних резервов. Поэтому без потерь для себя белая куропатка может оставаться в подснежной камере не более полутора суток. Птица, сидящая в подснежной камере, находится в состоянии покоя. При таком образе жизни затраты энергии на полет, поиск корма и его добывание сводятся к минимуму.

 

 

Помимо тепла, подснежная камера дает и укрытие от дневных и ночных хищных птиц. Нередко наблюдали, как  при нападении ястребов тетерева или рябчики искали спасения в  снегу. Однако от четвероногих хищников подснежная камера не защищает, особенно от таких грозных врагов тетеревиных, как куница, соболь или лисица. Куница, например, как и лисица, может  почуять глухарей, ночующих под снегом, с довольно большого расстояния и  точно рассчитать скорость и направление  броска. Неоднократно случалось находить следы успешной охоты на тетеревиных  птиц, бывших в камерах, лисицы и  даже волка. Зимой цепочки лисьих следов часто идут по местам, удобным  для ночевок тетеревов.Таким образом, глубокие снега не только не вредят тетеревиным птицам, но и, наоборот, надежно защищают их от морозов. Раньше полагали, что снег является отрицательным фактором, скрывающим наземный корм, однако, как мы уже видели, наши птицы в нем не нуждаются независимо от того, есть снежный покров или нет. А вот для передвижения глубокий снег представляет существенное препятствие, И именно снег послужил причиной появления у тетеревиных замечательного приспособления, уникального в классе птиц,- развития по бокам пальцев роговых зубчиков, своеобразной роговой бахромы, увеличивающей площадь лапы в 2-2,5 раза и ровно настолько же уменьшающей нагрузку на след. Они, несомненно, облегчают птице передвижение по рыхлому снегу, но некоторые обстоятельства мешают все же считать это главной функцией роговых зубчиков.

Во-первых, роговая бахрома не совсем спасает птиц от глубокого проваливания в снег. При ходьбе по нему глухари  нередко погружаются по брюхо  и оставляют после себя не следы, а сплошную канаву глубиной до 18 см. Особенно это характерно для континентальных  районов, где из-за крайней морозной сухости снег сохраняет сыпучесть  большую часть зимы. Второй момент – это, в общем-то необязательность для тетеревиных птиц ходьбы зимой по снегу, все они, за исключением трех видов белых куропаток, добывают корм на ветвях. Но как раз у белых куропаток роговой бахромы и нет. Вместо нее по бокам пальцев растет густое оперение, увеличивающее площадь лапы не меньше, чем роговая бахрома.Высказывалось еще одно предположение: роговые зубчики помогают птицам не скользить на обледенелых ветвях. Действительно, чем короче день, чем сильнее мороз и чем больше требуется энергии на терморегуляцию, тем дольше находится птица в подснежной камере, ограничив двигательную активность до минимума. Чем теплее воздух, тем больше времени проводит птица над поверхностью снега, а когда наступает оттепель и снег становится непригодным для ночевок, наши птицы уже и не нуждаются в камерах, ночуя на деревьях или на поверхности снега. В подснежной камере выделяются только твердые, сухие экскременты, они отдают тепло внутрь жилища, помогая его согревать. Влага при дыхании аккумулируется ноздрями и возвращается обратно в организм. При недостатке влаги всегда есть возможность утолить жажду снегом. Густое и теплое оперение помогает птицам сохранить тепло, предотвращая нагревание воздуха в камере и таяние снежных стенок. Для долгого лежания на холодном снегу есть прекрасный шерстяной матрасик – густое оперение лап и нарастающий к утру слой теплых сухих экскрементов. Вязкие выделения слепых кишок удаляются, когда птица оставляет подснежную камеру, и угрозы выпачкать оперение нет. Недавние исследования показали, например, что у серой куропатки, обитающей кое-где бок о бок с рябчиком и имеющей такую же массу тела, энергетические способности в зимнее время на 25% ниже, чем у рябчика. Второй момент – это эффективность подснежной камеры, позволяющей ежесуточно экономить от 20 до 50% общего бюджета энергии только на терморегуляции. Да и за счет резкого уменьшения двигательной активности сберегается немало. Этот выигрыш и помогает тетеревиным птицам выносить экстремально суровые зимние нагрузки. Не следует забывать, что сейчас климат заметно мягче, чем, скажем, 20 тыс. лет назад, в разгар вюрмской холодной эпохи, когда средняя температура зимних месяцев была ниже на 5-6°С. Расчеты американских орнитологов показали, что запас прочности и надежности адаптивных приспособлений белой куропатки позволит ей поддерживать температуру тела даже при -93°С!