Презентация колебания численности организмов экологическая регуляция. Колебания численности организмов

Тип урока - комбинированный

Методы: частично-поисковый, про-блемного изложения, репродуктивный, объясни-тельно-иллюстративный.

Цель:

Осознание учащимися значимости всех обсуждаемых вопросов, умение строить свои отношения с природой и обществом на основе уважения к жизни, ко всему живому как уникальной и бесценной части биосферы;

Задачи:

Образовательные : показать множественность факторов, действующих на организмы в природе, относительность понятия «вредные и полезные факторы», многообразие жизни на планете Земля и варианты адаптаций живых существ ко всему спектру условий среды обитания.

Развивающие: развивать коммуникативные навыки, умения самостоятельно добывать знания и стимулировать свою познавательную активность; умения анализировать информацию, выделять главное в изучаемом материале.

Воспитательные:

Воспитывать культуру поведения в природе, качества толерантной личности, прививать интерес и любовь к живой природе, формировать устойчивое положительное отношение к каждому живому организму на Земле, формировать умение видеть прекрасное.

Личностные : познавательный интерес к экологии.. Понимание не-обходимости получения знаний о многообразии биотических связей в природных со-обществах для сохранения естественных биоценозов. Способность выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях и поступках по отношению к живой природе. Потребность в справедливом оценивании своей работы и работы одноклассников

Познавательные : умение работать с различными источниками информации, пре-образовывать её из одной формы в другую, сравнивать и анализировать информацию, делать выводы, готовить сообщения и презентации.

Регулятивные: умение организовать самостоятельно выполнение заданий, оценивать правильность выполнения работы, рефлексию своей деятельности.

Коммуникативные : участвовать в диалоге на уроке; отвечать на вопросы учителя, товари-щей по классу, выступать перед аудиторией, используя мультимедийное оборудование или другие средства демонстрации

Планируемые результаты

Предметные: знать - понятия «среда обитания», «экология», «экологические факторы» их влияние на живые организмы, «связи живого и неживого»;. Уметь - определять понятие «биотические факторы»; характеризовать биотические факторы, приводить примеры.

Личностные: высказывать суждения, осуществлять поиск и отбор информации;анализировать связи, сопоставлять, находить ответ на проблемный вопрос

Метапредметные : связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география. Планировать действия с поставленной целью; находить необходимую информацию в учебнике и справочной литературе; осуществлять анализ объектов природы; делать выводы; сформулировать собственное мнение.

Форма организации учебной деятельности - индивидуальная, групповая

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, самостоятельная работа с дополнительной литературой и учебником, с ЦОР.

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение.

Изучение нового материала

Динамика численности популяций

Численность популяции определяется в основном двумя явле-ниями - рождаемостью и смертностью

В процессе размножения число особей популяции возрастает, теоретически она способна к неограниченному росту численности (кривая 1 на рисунке), однако факторы окружающей среды огра-ничивают этот рост, и реальная кривая (кривая 2) роста популя-ции приближается к значению предельной численности. Про-странство, заключенное между теоретической кривой и реальной, характеризует сопротивление среды.

Общая численность популяции подвержена сезонным, много-летним периодическим колебаниям численности, а также непе-риодическим (например, вспышки массового размножения вреди-телей). Эти изменения численности и являются динамикой чис-ленности популяций.

Существуют условные причины колебания численности попу-ляций.

При наличии доступного корма численность популяции рас-тет, но при ее максимальной величине корм становится лимитирую-щим фактором, и недостаток его приводит к снижению численности.

Взлеты и падения численности популяции могут происхо-дить в процессе конкуренции нескольких популяций из-за одной экологической ниши.

Абиотические факторы (температурный режим, влажность, хи-мический состав среды и др.) оказывают сильное влияние на числен-ность популяции и нередко вызывают ее значительные колебания.

Плотность популяции обычно имеет определенный оптимум. При любом отклонении численности от этого оптимума вступают в силу механизмы ее внутрипопуляционной регуляции.

Рост плотности популяции многих насекомых сопровождает-ся уменьшением размеров особей, снижением их плодовитости, повышением смертности личинок и куколок, изменением скоро-сти развития и соотношения полов, что резко снижает активную часть популяции. Чрезмерное возрастание плотности популяции нередко стимулирует каннибализм (от фр. сапшЪа1е - людоед). Ярким примером может служить явление поедания своих же яиц мучными хрущаками. Каннибализм наблюдается у некоторых ви-дов рыб, у земноводных и других животных. Каннибализм извес-тен более чем у 1300 видов животных.

Одним из важных механизмов внутрипопуляционной регуля-ции численности выступает эмиграция - выселение, переселение части популяции в менее предпочитаемые места обитания того же ареала. У некоторых видов тлей повышение плотности популяции сопровождается появлением крылатых особей, способных
расселяться. При переуплотнении эмиграции происходят у ряда млекопитающих (особенно у мышевидных грызунов) и птиц.

Падение плотности популяции ниже оптимального уровня
(например, при усиленном истреблении крыс) вызывает повышение плодовитости и стимулирует их более раннее половое созревание.

Некоторые механизмы регуляции численности популяций одновременно могут предотвращать внутривидовую конкуренцию. Так, если птица отмечает свой гнездовой участок пением, то другая пара того же вида гнездится за его пределами. Метки, оставляемые многими млекопитающими, ограничивают их охотничий
участок и предупреждают вселение других особей. Все это снимает внутривидовую конкуренцию и препятствует чрезмерному уплотнению популяции.

Как отмечает И. И. Шмальгаузен (1884-1963), все биологи-
ческие системы характеризуются большей или меньшей способ ностью к саморегуляции, т. Гомеостаз-это способность живой системы (в том числе и популяции) поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменяющихся условиях среды. Динамическим равновесием называется колебание численности популяции в пределах какой-то средней величины.

Первую попытку выявить механизмы гомеостаза в живой природе сделал К. Линней
(1760 г.). Обобщенную концепцию гомеостаза и сам термин предложил У. Кеннон (1929 г.).

Гомеостатической системой является прежде всего каждая отдельная особь, а за-
тем уже популяция.

Важным механизмом регуляции численности является стресс-реакция.

Для человека явление стресса впервые было описано в 1936 г. Г. Селье. В ответ на отрицательное воздействие каких-либо факторов в организме возникают реакции двух типов: специфические, зависящие от природы повреждающего агента
(например, возрастание теплопродукции при действии холода), и неспецифическая реакция напряжения (стресс) как общее усилие организма приспособиться к изменившимся условиям природе различают много форм стресса:

антропогенный (возникает у животных под воздействием
деятельности человека);

нервно-психический (проявляется при несовместимости ин-
дивидуумов в группе или в результате переуплотнения популяции);

тепловой, шумовой и др.

Вопросы и задания

1.Что называется сопротивлением среды? В чем экологи-ческий смысл этого понятия?

2.Назовите основные причины колебания численности популяций.

3.Дайте характеристику популяции как саморегулирую-щейся системы. Что называется гомеостазом популя-ции?

Колебания и регуляция численности популяции

Размеры популяции могут расти в результате иммиграции (прилагаются особи извне) или за счет размножения особей. На изменения в численном составе популяции существенное влияние имеют климатические условия, которые отражены в предыдущем разделе (екофакторы - температура, влажность и т.д.). Нередко лимитирующим фактором, как уже доказано, выступают враги, еда и т. Колебания численности происходят циклически, их можно назвать циклами. Но исследования таких циклов требует длительного времени и зависит от периода между максимумом и минимумом численности данной популяции. Учитывая период наступления половой зрелости, беременность, у каждого вида эти параметры разные. В маленькой животные, такой, как бурозубка, эти периоды намного короче, чем у таких, как копытные, слоны. То есть, чтобы проследить этот процесс, эколог необходимо владеть информацией за тот отрезок времени, за который проходит многочисленная смена поколений (поколений), и знать условия существования этой популяции. Гораздо проще эту информацию можно получить в лабораторных условиях, где в ходе эксперимента исследователь иногда искусственно, а порой и подсознательно создает благоприятные условия существования (крыса, дрозофила и т.д.).

Колебания численности популяции графически можно изобразить в форме синусоиды (рис. 3.4), для построения которой необходимо проводить исследования в течение длительного времени. Эта синусоида состоит из фрагментов "что могут отклоняться от идеальной кривой. Важным моментом является тот факт, что колеблющийся процесс вокруг воображаемой линии, которая и будет идеальным графическим выражением численности популяции. Также следует отметить: колебания численности особей популяции возможно в определенных пределах, так справедливо здесь фигурирует понятие минимальной численности популяции. Если численность особей достигает указателей, ниже минимальной численности, то она исчезает.

Рис. 3.4. Циклическое колебание численности популяции

Размеры популяции не могут быть постоянными из-за изменений плодовитости, смертности, а нередко и того, и другого. При изучении размеров популяций и их изменений всегда пытаются установить ключевой фактор - тот, который отвечает за наибольшую часть изменений, происходящих при смене поколений. Как правило, этот ключевой фактор влияет на смертность.

Доказано, что колебания размеров популяции проходит не хаотично. На самом деле есть ряд факторов, которые удерживают состояние популяции * в определенных пределах. Это факторы, которые снижают численность и способствуют смертности и лучше действуют при увеличении плотности. Такими факторами могут быть недостаток пищи, увеличение количества врагов и тому подобное.

Рост численности популяции, кривые врастание и выживания

Если рождаемость в популяции будет превышать смертность, такая популяция будет увеличиваться. Ярким примером такого явления является рост народонаселения Земли. Подсчитано, что только в течение XX в. народонаселения возросло более чем вдвое. То есть в результате качественного скачка человечества, научно-технического прогресса человечество создало определенные условия, которые и вызвали такой резкий рост.

Общий ход изменения численности особей в популяции определяется уравнением: Nt + 1 = N + B-D + IE, где N - численность особей в популяции, В - рождаемость, D - смертность, и - иммиграция, Е - эмиграция, t - время.

Размеры популяции могут увеличиваться за счет или большой рождаемости, или высокой иммиграции, или сочетание обоих этих факторов. Снижают размер популяции смертность и эмиграция особей за ее пределы.

Чтобы ясно представить закономерности увеличения популяции, целесообразно рассмотреть модель роста поигуляции дрожжей, которые попали на свежую культурную вещество (рис. 3.5). В таком новом и благоприятной среде условия для увеличения популяции оптимальные, так что вскоре будет наблюдаться экспоненциальный рост популяции. В свежем питательной среде рост пойдет постепенно, достигая максимальной численности. Задержка в увеличении популяции на начальных этапах связана с адаптацией к новым условиям среды. Нарисованная нами кривая - это экспоненциальная, или логарифмическая кривая. В следующих этапах жизнедеятельности популяции наступает период, когда экспоненциальный развитие невозможно. Такое может произойти по разным причинам - уменьшение ресурсов

питания, накопления продуктов метаболизма и тому подобное. Как следствие - процесс роста популяции постепенно замедляется и кривая роста приобретает s-образную форму.

Рис. 3.5. Модель роста численности популяции дрожжей

Существует и другой тип роста численности популяции, когда экспоненциальный рост продолжается до внезапного уменьшения количества организмов (рис. 3.6). Это явление может произойти за счет резкого уменьшения ресурса, территории и тому подобное. Такой тип кривой роста получил название J-образной кривой. Следует отметить, что в обоих случаях экспоненциальный рост прослеживается на начальных этапах роста.

Рис. 3.6. Модель роста численности популяции

Итак, мы рассмотрели две модели роста популяции. Вместе с тем следует заметить, что построение таких кривых возможна только при условии более-менее стабильного существования экосистемы. То есть там, где факторы системы не действуют как лимитирующие рост популяции.

Только изображены модели в чистом виде, как правило, в природе не существуют. Если некоторые сходства можно встретить в природе при расселении и освоении видом новых территорий (это наглядно можно проиллюстрировать расселением горлицы кольчатой в Центральной Европе), то на территориях, где виды-интродуценты уже вошли в состав экосистем, такого наблюдаться не будет. Однако такие модели дают нам возможность понимать закономерности роста численности популяций, прогнозировать поведение вида в новых условиях, управлять и корректировать численность "красных" и "вредных" видов.

Одним из основных факторов, влияющих на размеры популяции, является процент особей, погибают до достижения ими половой зрелости. Чтобы численность популяции оставалась постоянной, в среднем только два потомки каждой пары имеют доживать до репродуктивного возраста. Чтобы получить кривую выживания, целесообразно начать с определенной популяции новорожденных особей и затем отмечать количество выживших особей, в зависимости от времени. Намечая кривые выживания для отдельных видов, можно определять смертность для особей разного возраста и таким образом выяснить, в каком возрасте этот вид наиболее уязвим. Если установить причины смерти, можно понять, как регулируется величина популяции.

Кривую выживания можно получить, если начать наблюдение за определенной популяцией, отслеживая только новорожденных особей, и отмечать число или процент особей, которые остаются жить, в зависимости от времени. Большинство животных и растений стареют, что проявляется прежде всего в уменьшении количества особей после достижения репродуктивного периода (рис. 3.7).

Причинами этого явления есть много факторов, но, как правило, в пострепродуктивном период организм постепенно теряет свою защитную способность. Кривая А - характерная для видов, где смертность более или менее постоянной единицей во все периоды развития. Для большинства беспозвоночных такая кривая е типичной. Кривая Б - характерная для популяций организмов с высокими показателями смертности в ранней дорепродуктивний период. Такая кривая характерна для муфлонов, горных коз. Кривая В - близка к идеальной кривой, поскольку убеждаемся, что смертность длительный период времени уступает возраста, а старение является главным фактором смертности. В качестве примера можно взять популяцию людей на нашей планете. Большое количество людей умирает вследствие старения, но средний возраст не превышает 75 лет. Небольшое отклонение на начальных фазах связано с детской (дорепродуктивною) смертностью.

Завершая рассмотрение вопросов динамики численности популяции, следует отметить: процесс колебания численности непрерывный и может изменяться во времени, как следствие адаптационных изменений. Исчезновение этого явления возможно только в связи с исчезновением вида. Вопрос динамики популяций является основой для понимания более широких вопросов, таких, как динамика группировки, экосистемы, биосферы в целом.

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.

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.

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).