Презентация на тему "Современные проблемы биологии и экологии"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Современные проблемы биологии и экологии. 

  Лекция 6. Современные проблемы биологии и экологии.. Современные проблемы биологии и экологии.

  .

  .

• 
  Слайд 2

  ПОПУЛЯЦИЯ

  • Популяция - это любая группа организмов одного вида, в течение продолжительного времени занимающая определенное пространство и функционирующая как часть биологического сообщества. Внутри популяции особи обмениваются генетической информацией.
  • Размер местообитания популяции - в экологии популяций допустимо предположение, что границы ареала популяции могут совпадать с пространственными границами экосистемы.
• 
  Слайд 3

  Характеристики популяции

  СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ

  Статические или биологические свойства присущи как популяции, так и составляющим ее особям. Эти свойства характеризуют жизненный цикл популяции. Популяция имеет определенную организацию и структуру, которую можно описать.

• 
  Слайд 4
  

  Динамические или групповые свойствапопуляции могут характеризовать только популяцию в целом - рождаемость, смертность, скорость роста популяции. Особь рождается, стареет, умирает, но применительно к особи нельзя говорить о рождаемости, смертности, возрастной структуре - это характеристики только группового уровня.

• 
  Слайд 5

  СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  • Численность - число особей данного вида, полученное при пересчете тем или иным методом (тотальный учет, пробные площадки, метод мечения)
  • Биомасса- суммарный вес популяции, для животных эта сумма веса всех организмов, для растений - урожай на корню.
  • Плотность– численность или биомасса популяции, отнесенная к некоторой единице пространства. Обычно ее выражают числом особей или биомассой популяции на единицу площади или объема
  • Плотность средняя- численность или биомасса, отнесенная ко всему пространству.
  • Плотность удельная- то же, но отнесенная к единице обитаемого фактически в данный момент пространства.
• 
  Слайд 6
  

  Возрастная структура - быстрорастущие, стабильные и уменьшающиеся популяции

  При определении возрастной структуры у растенийможно выделить следующие периоды:

  1. Период от прорастания семян до первого плодоношения;

  2. Период плодоношения;

  3. Старческий период,когда растения представлены особями, у которых прекращено плодоношение и усилены деструктивные процессы, т.е. процессы опада и отпада.

  Если фитопопуляции представлена всеми возрастными группами – то она называетсянормальной.

  Если же в популяции преобладают старые особи, то ее называют регрессивной.Такая популяция не способна к самоподдержанию и зависит от заноса зачатков извне.

• 
  Слайд 7

  Возрастная структура

  • Единый возраст
  • Разные генерации
  • Все особи близки по возрасту и примерно одновременно проходят очередные этапы жизненного цикла.
  • В популяции животных особи размножаются многократно и живут долго, возникает относительно устойчивая структура популяции, с длительным сосуществованием разных поколений.
• 
  Слайд 8

  СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  ПОЛОВОЙ СОСТАВ

  Соотношение полов в популяции.

  • Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом.
  • Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных).
  • Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.

  3 возрастные группы:

  • пререпродуктивная,
  • репродуктивная
  • пострепродуктивная
• 
  Слайд 9

  ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  Рождаемость- способность популяции к увеличению численности.

  • Максимальная рождаемость - теоретически максимальная скорость образования новых особей в
  • идеальных условиях.
  • Экологическая, или реализованная рождаемость, (или просто рождаемость) обозначает увеличение численности популяции при фактических условиях среды.

  Рождаемость выражают:

  • либо как скорость = общее число вновь появившихся орг-в/ время - абсолютная рождаемость. Например, 100 особей в час, или 1000 особей в год.
  • либо как число вновь появившихся особей в единицу времени/ 1 особь популяции - удельная рождаемость.

  Представим популяцию из 50 простейших в объеме воды, размножающуюся путем деления. Через час ее численность стала 150 особей. Абсолютная рождаемость – 100 особей/час. Удельная рождаемость - 2 особи/час (по отношению к 1 организму популяции).

• 
  Слайд 10
  

  • Смертность- антитеза рождаемости, отражает гибель особей в популяции.
  • Минимальнаясмертность - она представляет собой смертность в идеальных условиях, когда нет лимитирующих факторов
  • Экологическаясмертность - гибель особей в данных условиях среды.
  • Смертность выражают числом особей, умерших за единицу времени - абсолютная, или в пересчете на одну особь - удельная.
• 
  Слайд 11

  Кривые выживания

  1. Большее число особей имеет одинаковую продолжительность жизни и потом умирает в течение очень короткого отрезка времени

  2. Коэффициент смертности остается постоянным на протяжении всей их жизни

  3. Сильно вогнутые кривые, Отражающие высокую смертность особей в раннем возрасте.

• 
  Слайд 12

  ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  Эмиграция– количество особей, покинувших популяция за определенный отрезок времени;

  Иммиграция – количество особей, прибывших в популяцию за определенный промежуток времени.

  Изменение численности популяции за период времени ∆ t = t2 – t1

  ∆ N = B – D + I – E,

  • Рождаемость Смертность Иммиграция Эмиграция
  • В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности сбалансированы. Плотность популяции незначительно отличается от какой-то средней величины. Ареал вида при этом ни увеличивается, ни уменьшается.
  • В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения.. При переуплотнении у растений начинается самоизреживание популяций, у животных начинается миграция на сопредельные свободные участки.
  • Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного предела, а затем рождаемость вновь повышается и популяция из сокращающейся может стать растущей.
• 
  Слайд 13

  Скорость роста популяции

  ∆ N = B – D + I – E,

  • Изменение численности популяции за отрезок времени ∆ t - dN/dt
  • Начальная численность – N0
  • Скорость роста =(b-d)* N0
  • Удельная скорость роста или «биотический потенциал»

  r = b – d

  «r» вычисляют как максимально возможный прирост популяции ∆ Nза отрезок времени ∆ t, отнесенный к одной особи при начальной численности N0

  ИЛИ

• 
  Слайд 14

  КРИВЫЕ РОСТА ПОПУЛЯЦИЙ

  • Экспоненциальный рост
  • Логистический рост
  • r - биотический потенциал
  • К – емкость среды
• 
  Слайд 15

  Типы колебаний численности

  • Не зависящие от плотности - пожары, наводнения, ураганы и засухи часто приводят к катастрофической смертности
  • Зависящие от плотности - некоторые биотические факторы, такие как конкуренция, паразиты, патогенные организмы.
  • Периодические - совершаются в течениесезонаили несколькихлет с определенным периодом.
  • Непериодические–вспышкимассовогоразмножения некоторыхвредителейполезныхрастений, при нарушенияхусловийсредыобитания

  Популяционные волны.

• 
  Слайд 16
  

  Можно выделить три основных типа динамики численности популяций :

  1. Стабильный тип (А) – небольшой размах колебаний численности.

  2. Флюктуирующий тип (Б) – колебания происходят в значительном интервале плотностей, различающихся на один-два порядка.

  3. Взрывной тип (В) – с вспышками массового размножения

• 
  Слайд 17

  СТРАТЕГИЯ ВЫЖИВАНИЯ ПОПУЛЯЦИЙ

  Разработаны Мак-Артуром (1967. Успешное выживание и воспроизводство вида возможно либо путем совершенствования адаптированностиорганизмов и их конкурентноспособности– К стратегия путем интенсификации размножения, что компенсирует повышенную гибель особей и в критических ситуациях позволяет быстро восстановить численность – R стратегия

• 
  Слайд 18
  

  R-стратегия

  К-стратегия

  «отбор на количество»

  Основные признаки r-видов:

  • высокая плодовитость,
  • короткое время регенерации,
  • высокая численность,
  • обычно малые размеры особей (у растений мелкие семена),
  • малая продолжительность жизни, большие траты энергии на размножение,
  • кратковременность местообитаний,
  • низкая конкурентоспособность.
  • «отбор на качество», повышение устойчивости
  • Основные признаки К-видов:
  • низкая плодовитость,
  • значительная продолжительность жизни,
  • крупные размеры особей и семян, мощные корневые системы,
  • высокая конкурентоспособность, устойчивость на занимаемой территории,
  • высокая специализация образа жизни.
  • забота о потомстве
• 
  Слайд 19

  жизненные стратеги растений (по Л.Г.Раменскому)

  • Виоленты (силовики) – энергично развиваясь, они захватывают территорию и удерживают ее за собой, подавляя соперников полнотой использования ресурсов среды аналоги К-стратегии.
  • Патиенты (выносливцы) – в борьбе за выживание они берут не энергией жизнедеятельности и роста, а своей выносливостью к крайним условиям (ксерофиты – типчак, тенелюб – кислица) - переходная стратегия.
  • Эксплеренты(заполняющие) – имеют очень низкую конкурентную мощность, но зато они способны очень быстро захватывать освобождающиеся территории, выполняя промежутки между сильными растениями, аналоги R-стратегии

  R К

  • виоленты высокое высокое
  • патиенты низкое высокое
  • эксплеренты высокое низкое
• 
  Слайд 20

  Типы пространственного распределения

  • Равномерный тип распределения (А). Характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних; величина дисперсии меньше среднего расстояния между особями: σ2/m < 1.
  • Случайный тип распределения(Б). Особи распределены в пространстве неравномерно, случайно. Величина дисперсии равна среднему расстоянию между особями σ2/m ~ 1.
  • Групповой тип распределения(В). Образование групп особей, между которыми остаются достаточно большие пустые территории. Дисперсия превышает величину среднего расстояния между особями σ2/m > 1.

• 
  Слайд 21

  Взаимодействие популяций

  + +Симбиоз: мутуализм (связь благоприятна для обеих популяций, но по отдельности они существовать не могут) или протокооперация (обе популяции получают выгоду, но эти отношения необязательны)

  + -Хищничество или паразитизм– одна популяция нападает на другую, но и сама зависит от объекта своего нападения

  + 0Комменсализм- одна извлекает пользу, другой это безразлично

  - -Конкуренция– обе популяции подавляют друг друга

  - 0Аменсализм– одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния

  0 0Нейтрализм– ассоциация двух популяций не сказывается ни на одной их них.

• 
  Слайд 22

  НЕЙТРАЛИЗМ (0,0)

  Популяции двух видов (i-того и j-того) связаны отношением нейтрализма, если они не оказывают непосредственного воздействия друг на друга.

• 
  Слайд 23

  Комменсализм (+, 0)

  Комменсализм, основанный на потреблении остатков пищи хозяина, называют еще нахлебничеством

  Особенно развито использование убежищ либо в гнездах, либо в телах других видов. Такой комменсализм называется квартиранством

• 
  Слайд 24

  Протокооперация (+, +)

  Факультативный симбиоз

  Кишечнополостные прикрепляются к спинам крабов, маскируя и защищая их (стрекательные клетки), в свою очередь питаясь остатками пищи и используя краба как средство передвижения.

• 
  Слайд 25

  мутуализм (+, +)

  Облигатный симбиоз

  Наиболее важные мутуалистические взаимодействия возникают между авто- и гетеротрофами, когда определенный гетеротроф становится полностью зависимым от конкретного автотрофа в отношении пищи, при этом существование автотрофа зависит либо от защиты, минерального обмена гетеротрофа.

• 
  Слайд 26

  КОНКУРЕНЦИЯ(- , -)

  Проявляется

  1. как взаимное конкурентное подавление, при котором обе популяции активно подавляют друг друга;

  2. как конкуренция за общий ресурс, при котором каждая популяция косвенно отрицательно воздействует на другую в борьбе за дефицитный ресурс.

  Тенденция к экологическому разделению, наблюдаемая у близкородственных или сходных в иных отношениях видов, известна как принцип конкурентного исключения или принцип Гаузе.

• 
  Слайд 27

  КОНКУРЕНЦИЯ(- -)

  Межвидовая конкуренция приводит

  • либо к установлению равновесия между двумя видами
  • либо к замене популяции одного вида популяцией другого
  • либо к тому, что один вид вытеснит другой в другое место или на использование другой пищи.
• 
  Слайд 28

  Конкуренция (- , -)

  уравнения Лотки-Вольтерра

  ИСХОДЫ КОНКУРЕНЦИИ

  • Na, Nb- численность видов
  • Ka,Kb – емкость среды
  • ra,rb – биотический потенциал
  • β,α – коэффициенты влияния друг на друга

  • Случай 1 – побеждает вид 1
  • Случай 2 – побеждает вид 2
  • Случай 3 – побеждает один из двух
  • Случай 4 – устойчивое равновесие

  rrr

• 
  Слайд 29

  Эксперименты г.ф. гаузе

  Два вида парамеций

  Paramecium caudatum (1) и P.aurelia (2),

  Через 2 недели P.aurelia полностью вытесняет Paramecium c., происходит процесс конкурентного исключения.

  • А – в смешанной культуре;
  • Б – в раздельных культурах

  Если же к Paramecium caudatum добавить Paramecium bursaria, то оба вида живут совместно, достигая равновесия. В этом случае Paramecium b. концентрируется на дне и стенках пробирки, а Paramecium c. держится в свободном пространстве. Хотя источник пищи у них один и тот же, экологические ниши оказываются различными и позволяют избежать конкуренции.

• 
  Слайд 30

  Аменсализм(- , 0)

  Аменсализм –можно встретить определение как антибиоз и антагонизм. Один вид причиняет вред другому, как правило, не извлекая при этом для себя никакой пользы. Это явление состоит в торможении роста одного вида (аменсала) продуктами выделения другого.

• 
  Слайд 31

  эксплуатация: хищничество или паразитизм (+ , -)

  И хищник, и паразит могут существовать за счет одного или нескольких видов.

  • Полифаги – нападают на большое число видов, такие как гусеница стеблевого мотылька или муха-тахина.
  • Олигофаги – живут за счет близких видов, колорадский жук питается семейством пасленовых или солитер эхинококк паразитирует в человеке, свинье и грызунах.
  • Монофаги – живут за счет одно хозяина, такие как грушевый цветоед – только на груше, шелковичный червь – только на тутовом дереве.
• 
  Слайд 32

  Хищничество (+ , -)

  Хищничество - поглощение пищи, представляет собой главную силу, обеспечивающую передвижение энергии и материалов в экосистеме. Поскольку причиной гибели является хищничество, эффективность, с которой хищники находят и схватывают свою добычу, определяет скорость потока энергии от одного трофического уровня к другому.

  Два типа хищников:

  • Один тип - питаются, в основном, «бесполезными» для популяции особями, вылавливая больных и старых, более уязвимых молодых, а также не нашедших себе территории особей низшего ранга, но не трогают особей, способных к размножению, которые составляют источник пополнения популяции жертвы.
  • Другой тип - питаются так эффективно особями всех групп, что могут серьезно нарушить потенциал роста популяции жертвы.
• 
  Слайд 33

  Хищничество ( + , - )

  • Австралия. Размножение опунции в отсутствие вредителей для нее.
  • Памятник огневке в Австралии
  • Взрыв популяции кроликов при вселении в Австралию –резкие колебания численности при вселении вида с высоким биотическим потенциалом в новые места обитания. На новой территории нет эффективного хищника
  • В Австралии штраф за содержание кролика - 40 000 $! (содержание кроликов, продажа кроликов или отпустить кролика на волю)