Контрольная работа по "Экологии"

ВВЕДЕНИЕ

Слово "экология" образовано от греческого "ойкос" (дом) и "логос" (знание, наука). Его ввел в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель. Буквально  экология является наукой о доме, в  котором мы живем. Поэтому в зависимости  от того, что мы считаем своим  домом, меняется смысл этого понятия. В общепринятом смысле под экологией  понимают науку об организмах, населяющих Землю, в которой особое внимание уделяется совокупности или характеру  связей между организмами и окружающей средой. Другими словами, экология - это наука о надорганизменных системах, то есть о “надсистемах”  или “метасистемах”.

Такое понимание экологии делает ее очень широкой наукой. Традиционно  под организмами мы понимаем многоклеточные существа или же простейшие одноклеточные, тогда в роли надорганизменных систем выступают экосистемы. Однако само многоклеточное существо является в  некотором смысле четко организованной колонией одноклеточных существ. Поэтому  все процессы внутри многоклеточного  организма также, в принципе, охватываются данным определением экологии (онкоэкология). Более того, сама клетка может рассматриваться  как некая четко упорядоченная  система сложномолекулярных соединений (молекулярная экология). С другой стороны, экология имеет также тенденцию  к расширению своего предмета в сторону  изучения систем более высоких иерархических  уровней. Так, например, биосфера рассматривается  как система, объединяющая в себе все локальные экосистемы Земли. Многие экологи всерьез заявляют, что не только верхняя оболочка планеты  пронизана жизнью, но вся планета, возможно, является грандиозным живым  существом. Если это так, то мы должны в корне изменить не только свое отношение к планете, которая  нас породила, но и все свое мировоззрение.

Любая наука становится точной, когда  удается сформулировать необходимый  минимум аксиом, на которые она  опирается. Эти аксиомы со временем могут уточняться или отвергаться.

Вопрос №1 Понятие о популяции. Что отражают статистические и динамические показатели популяциии? Какие экологические причины вызывают саморегуляцию плотности популяции.

Экологические факторы –  факторы среды, которые воздействуют на организмы и вызывают у них  приспособительные реакции. Изучением  этих проблем занимается один из разделов экологии, который называется аутэкология. Мы лишь частично мы затронули проблему взаимоотношения особей одного вида и разных видов друг с другом, рассматривая вопрос о биотических  отношениях. Рассматривая вопрос о  взаимоотношениях особей одного вида, мы продолжим заниматься изучением  проблем аутэкологии. И речь пойдет о популяциях.

Понятие «популяция».  Вплоть до настоящего времени нет четкого  определения понятия «популяция», которое бы удовлетворяло потребностям различных биологических направлений. Причиной этого является то, что  генетики в понятие «популяция»  вкладывают свой конкретный смысл (как  совокупность свободно скрещивающихся особей), систематики подходят с  позиций морфофункционального единства, биогеографы – с позиций исторически  обособленной группы организмов, характерной  для конкретного ландшафта или  группы ландшафтов, и т.д. С другой стороны, понятие «популяция» строится в зависимости от применяемого подхода  к ее изучению. В-третьих, и что, пожалуй, основное, споры ведутся о том, что же является наименьшей структурной  единицей вида, ибо популяции могут  подразделяться на микропопуляции или  объединяться в более крупные  популяционные системы.

Популяцией в экологии называют совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой  и населяющих общую  территорию. Члены популяции оказывают  друг на друга не меньшее воздействие, чем физико-химические факторы среды  или обитающие рядом организмы других видов. Поскольку контакты между особями одной популяции происходят чаще, чем между особями разных популяций, то именно внутривидовые отношения являются более напряженными, чем межвидовые.

В популяциях проявляются  в той или иной степени все  формы биотических отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические и конкурентные. Мутуализм – крайняя  степень ассоциации между особями, при которой каждый извлекает  выгоду из связи с другим организмом. Специфические внутривидовые связи  – это отношения, направленные на воспроизводство: между особями  разных полов и между родительскими  и дочерними поколениями.

Популяция представляет собой  форму внутривидовой организации  или форму существования вида, обеспечивающую наиболее полное использование  данной группой особей природных  ресурсов территории, к которой популяция  приурочена. Биологическое значение популяции состоит в наиболее полном и рациональном использовании  энергетических ресурсов, позволяющем  обеспечить оставление потомства. При  половом размножении обмен генами превращает популяцию в целостную  генетическую систему. Если размножение  происходит вегетативным путем (побегами, почками и т.д.) или другими  способами, то популяция представляет собой систему клонов, или чистых линий, совместно использующих среду.

В современной биологии популяция  рассматривается как элементарная единица в процессе эволюции, способная  реагировать на изменения среды  перестройкой своего генофонда.

Говоря об экологических  популяциях, необходимо отметить большое  разнообразие их масштабов. У одного и того же вида в разной среде  популяции могут сильно различаться. Эти различия обусловлены:

а) площадью ареала популяции  – они могут занимать территорию, сравнимую по площади с материком (популяции песца, кряквы), и могут  ограничиваться несколькими квадратными метрами (некоторые амфибии и моллюски);

б) количеством особей, образующих популяцию, – популяция может  объединять миллионы особей (комары) или  всего несколько десятков животных (крупные хищники);

в) количеством микропопуляций – одни популяции представлены множеством микропопуляций, приуроченных к разным биотопам, другие – едины в пространственном отношении.

Таким образом, популяции  представляют собой весьма разнообразные  видовые группировки, количество и  особенности которых соответствуют  пестроте и условиям местообитания, специфическим свойствам среды  и биологии самих животных.

Статические и  динамические показатели популяции. При описании структур и функционирования популяции используют две группы показателей. Если мы даем характеристику состояния популяции на конкретное данное время t, то мы используем статические показатели – количество особей в популяции, площадь ареала (пространства, где обитает данная популяция), плотность особей (средняя и в разных частях ареала), характер пространственного распределения особей, численность разных возрастных групп, численность особей разных полов, численность особей по разным размерам, численность здоровых и больных особей.

С другой стороны, эколога  всегда интересуют изменения, которые  происходят в популяции не только в пространстве, но и во времени. Именно такие наблюдения лежат в  основе моделирования характера  и степени устойчивости экосистем, зависимости поведения экосистем  в условиях экологических кризисов, в том числе и антропогенных. Экологу очень важно знать, какие  изменения произошли с популяцией за время от первого до второго  наблюдения t1-t0 = Dt. Иными словами, эколог должен определить, с какой интенсивностью происходят все возможно наблюдаемые изменения в популяции.

Следовательно, динамические (временные) характеристики популяций  связаны с понятием скорости, т.е., с какой скоростью происходят все изменения в популяции. К  динамическим характеристикам относятся  рождаемость, смертность, мгновенная скорость роста популяции, продолжительность  жизни и кривые выживания. Динамические характеристики всегда строятся по конкретным изменениям, которые произошли в  статических структурах. Поэтому  классификация популяций по статическим структурам чрезвычайно важна.

Основными статическими показателями структуры популяций являются численность  и распределение организмов в  пространстве, а также соотношение  разнокачественных особей. В популяции  выделяют половые и возрастные группы и соответственно различают половую  и возрастную структуру популяций. Обе эти характеристики иногда объединяют, говоря обобщенно о демографической  структуре популяции. Кроме того, популяцию характеризует пространственная и этологическая (т.е. связанная с  поведением) структура. Знание структуры  популяции позволяет оценивать  не только состояние популяции в  данный момент, но и представить  направление ее дальнейшего развития.

Исходя из вышесказанного, популяции можно также классифицировать по их пространственной и возрастной структуре, по постоянству приуроченности или смене сред обитания и другим экологическим критериям.

Одним из важнейших механизмов внутрипопуляционной регуляции  численности выступает эмиграция, интенсивность которой стимулируется  повышением плотности популяции. Это  довольно типично для многих насекомых, у которых при определенной величины плотности популяции отмечается выселение части особей, иногда значительной, в менее предпочитаемые ими места  обитания того же ареала. У некоторых  видов тлей повышение плотности  популяции сопровождается появлением крылатых особей, способных расселяться. При переуплотнении популяции эмиграции  происходят у ряда млекопитающих (особенно у мышевидных грызунов и птиц) и птиц.

Достаточно изучена регулирующая роль внутривидовой конкуренции  за ограниченные ресурсы. У падальных  мух из огромного количества откладываемых  на труп яиц выходит так много  личинок, что пищи на всех не хватает. В результате катастрофически растет смертность в ранних возрастах. Сходное  явление обнаружено у короедов (Scolytidae), муравьев-лазиусов  (Lasius), у некоторых стрекоз (Odonata) и других насекомых.

В наиболее простых случаях  внутрипопуляционные регуляторные механизмы численности проявляются  в виде непосредственной конкуренции  за необходимые для жизни ресурсы, количество которых недостаточно для  удовлетворения потребностей всех особей. Известно, что плотность популяции  яблонной плодожорки и капустной  моли регулируется конкуренцией за пищу и места для окукливания. Внутривидовая  конкуренция у некоторых мух  в случае возрастания плотности  популяции до определенного уровня приводит к падению массы куколок, что сопровождается повышенной смертностью.

Важной является проблема «минимальной жизнеспособности популяции», суть которой состоит в определении  минимальной численности популяции, которая гарантировала бы ее существование  в течение какого-то длительного  периода. В тоже время падение  плотности популяции ниже уровня оптимума, например при усиленном  истреблении крыс, вызывает повышение  плодовитости и стимулирует их более  раннее половое созревание.

Некоторые механизмы регуляции  численности популяции одновременно могут выступать и как механизмы, предотвращающие внутривидовую  конкуренцию. Так, если птица отмечает свой гнездовой участок пением, то другая пара этого же вида гнездится  за приделами этого участка. Метки  оставляемые многими видами млекопитающими, ограничивают их охотничий участок  и предупреждают вселение других особей. Все это снижает внутривидовую конкуренцию и препятствует чрезмерному уплотнению популяции.

Изменение плотности популяции  может иметь рефлекторное, или  сигнальное действие. В случаи высокой  плотности такая сигнализация регулярным путем приводит к сокращению численности  популяции, а при малой плотности - ее усиленному размножению и росту. Как было установлено С.С. Шварцем, у земноводных и крыс такая  сигнализация имеет химическую природу. Приведем пример, подтверждающий этот вывод. Если воздух из клетки с переуплотненной  популяции крыс подавать в клетку с разреженной популяцией, физиология особей последней изменяется в направлении, характерном для популяции с  повышенной плотностью.

У растений регуляторными  механизмами численности популяций  служит, прежде всего, внутривидовая  конкуренция. Она обычно связана  с повышенной густотой произрастания. В переуплотненных посевах, например, происходит уменьшение количества семенной продукции, что имеет большое  значение для сельского и лесного  хозяйства. Чаще всего растения одного вида конкурируют за свет и влагу. В густых посевах они затеняют друг друга, при ограниченном количестве воды  испытывают ее недостаток. В  результате часть их погибает. Такое  явление наиболее характерно для  многих огородных культур и лесных растений. В лесу всегда значительно  больше молодых растений, чем старых. Внутривидовой конкуренцией за влагу  объясняется не редко встречающаяся  правильное распределение пустынных  растений. Создается впечатление, словно их кто-то рассадил на строго определенном расстоянии друг от друга. В понижениях местности, в оазисах это равномерная  разреженность популяции растений сразу же исчезает. Подобным же образом  распределяется в африканских саваннах светолюбивые и относительно влаголюбивые баобабы.

Однако следует учитывать, что популяция обычно входит в  состав сообщества и что устойчивое существование биоценозов возможно только при определенных количественных соотношениях всех компонентов. Этим и  вызвано необходимость регуляции численности, обеспечивающей устойчивое состояние, как отдельных популяций, так и биоценозов в целом. Механизмы регуляции численности популяций,  основаны на сложных межвидовых взаимоотношениях.