Колебания численности организмов экологическая регуляция. Колебания численности организмов Циклические и нециклические колебания
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).
Вопрос 1. Что такое динамика популяций? Ка-кие факторы вызывают колебания численности по-пуляций?
Динамика популяций — важнейший экологический процесс, характеризую-щийся изменением во времени численнос-ти организмов, входящих в их состав. По-пуляционные изменения — это сложный процесс, обеспечивающий устойчивость популяций, наиболее эффективное ис-пользование организмами экологических ресурсов, наконец, изменения свойств са-мих организмов в соответствии с меняю-щимися условиями их жизни.
Динамика численности популяции на-ходится в тесной зависимости от таких показателей, как рождаемость и смерт-ность, которые постоянно изменяются в зависимости от множества факторов. Ког-да рождаемость превышает смертность, численность популяции возрастает, и на-оборот: численность снижается, когда смертность становится выше рождаемос-ти. Постоянные изменения условий жиз-ни организмов приводят к усилению то одного, то другого процесса. В результате численность популяций колеблется.
Колебания численности популяций мо-гут быть вызваны сезонными изменениями условий жизни — факторов: абиотических (температуры, влажности, освещенности и др.) или биотических (развитие па-разитарных инфекций, хищничество, кон-куренция). Кроме того, на динамику численности влияет способность особей, слагающих популяцию, мигрировать — совершать перелеты, кочевки и т. п.
Вопрос 2. В чем значение динамики популя-ций в природе?
Динамические популяционные измене-ния обеспечивают устойчивость популя-ций, наиболее эффективное использова-ние организмами, слагающими их, эколо-гических ресурсов, наконец, изменения свойств самих организмов в соответствии с меняющимися условиями их жизни.
Вопрос 3. Что такое регуляторные механиз-мы? Приведите примеры.
Популяции обладают способностью к естественному регулированию численнос-ти благодаря регуляторным механиз-мам, имеющим характер поведенческих или физиологических реакций организ-мов на изменение плотности популяции. Они срабатывают автоматически, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Материал с сайта
У одних видов они проявляются в жест-кой форме, приводя к гибели избытка осо-бей (самоизреживание у растений, канни-бализм у некоторых видов животных, вы-брасывание «лишних» птенцов из гнезда у птиц), а у других — в смягченной: выра-жаются в снижении плодовитости на уровне условных рефлексов (различные проявления стресс-реакций) или путем выделения веществ, задерживающих рост (дафнии, головастики — личинки земно-водных) и развитие (часто встречается у рыб).
Интересны случаи ограничения числен-ности популяции такими изменениями поведения при увеличении плотности, ко-торые в конечном счете приводят к массо-вой миграции особей.
Например, при чрезмерном увеличе-нии популяции бабочек сибирского шел-копряда происходит разлет части бабочек (преимущественно самок) на расстояния до 100 км.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
На этой странице материал по темам:
- экологическая регуляция численности организмов?
- колебания численности организмов презентация
- Презентация по теме Колебания численности организмов. Экологическая регуляция. Скачать.
- архивация данных
- презентация на тему 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?
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.
Могут приводить к колебаниям численности популяций?
Все живое на Земле изменяется.
Изменения лежат в основе эволюции организмов, в основе развития всех без исключения экологических систем.
К числу наиболее важных экологических процессов относится динамика популяций, т. е. изменения численности составляющих их организмов.
Популяции не смогли бы существовать в меняющихся условиях внешней среды, не изменяясь вместе с ними. 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.
Рассмотрим механизмы изменений численности популяций.
Каждую популяцию растений или животных можно охарактеризовать скоростью размножения, или рождаемостью. Рождаемость выражается числом или долей особей (яиц, семян), родившихся (вылупившихся, отложенных) в популяции за единицу времени. Рождаемость определяется свойствами как организмов (например, плодовитостью самок), так и их популяций (составом, обилием и др.).
В любой природной популяции число нарождающихся особей всегда превышает число их родителей. В этом легко убедиться, вспомнив, сколько семян дает одно растение или сколько детенышей производят на свет, например, кошка, волчица, скворчиха, лягушка или рыба. Благодаря рождаемости численность популяции стремится к неограниченному росту.
Однако далеко не все особи новых выводков могут дожить до зрелого возраста и оставить потомство. Часть из них отмирает. Скорость отмирания организмов называется смертностью. Смертность выражается числом или долей особей, погибающих за единицу времени. Смертность ограничивает рост численности популяции.
И рождаемость и смертность 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.
Способность к изменениям позволяет популяциям постоянно приспосабливаться к меняющимся условиям жизни. Например, появление свободных ресурсов приводит к росту рождаемости, увеличению численности и расширению территориальных границ популяций (как это наблюдается при ослаблении конкурентного давления), и наоборот. Колебания численности популяций могут быть вызваны сезонными изменениями условий жизни - температуры, влажности, освещенности.
Иногда причины, вызывающие колебания численности популяций, могут заключаться в них самих. Это случается, когда смертность или рождаемость организмов изменяется в ответ на изменения их численности, точнее - плотности популяции, т. е. численности особей на единицу площади.
Механизмы такого рода называются регуляторными, они срабатывают автоматически, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений.
Регуляторные механизмы могут иметь характер поведенческих или физиологических реакций организмов на изменение плотности популяции.
Известны случаи, когда в условиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят резкие изменения физиологического состояния, что сказывается на поведении животных, снижает их устойчивость к заболеваниям и другим неблагоприятным воздействиям.
Зайцы-беляки, например, в периоды пика численности часто внезапно погибают от «шоковой болезни». У некоторых видов рыб при высокой плотности популяции взрослые особи переходят на питание своей молодью, в результате чего численность популяции начинает снижаться. Повышение смертности и снижение рождаемости под влиянием высокой плотности наблюдаются в популяциях многих видов животных и растений. Во всех этих случаях сигнал к срабатыванию регуляторных механизмов дает сама популяция, точнее, ее плотность.
Срабатывание регуляторных механизмов способно вызывать циклические колебания численности популяций.
Пример циклических изменений дают колебания численности некоторых видов северных млекопитающих. Например, циклы трех- и четырехлетней периодичности характерны для многих северных мышевидных грызунов - мышей, полевок, леммингов, для полярной совы, песцов и др.
В ходе эволюции разные виды живых организмов обретают различные свойства. Это отражается в свойствах их популяций, в особенностях колебаний численности. Популяции видов, приспособленных к существованию в стабильных, хотя и суровых условиях (пингвины, киты, белые медведи), как правило, не способны к быстрым изменениям численности. Без вмешательства человека их численность изменяется плавно, без резких пиков или провалов. Такая картина динамики характерна для организмов, имеющих длительный цикл развития, популяции которых включают в себя множество возрастных групп. В одном и том же водоеме, например, численность щуки, популяция которой состоит из 25 возрастных групп, изменяется гораздо медленней, чем численность угрей, популяция которой включает лишь 6 возрастные группы.
Другие виды, обитающие в зонах умеренного климата особенно однолетние животные (большинство насекомых) и растения (некоторые виды трав), способны к быстрому и резкому изменению численности. Эти изменения характеризуются широким размахом. В годы минимального и максимального обилия численность таких видов может различаться в десятки, сотни, а иногда - в тысячи раз. Для этих видов характерны «популяционные взрывы. - резкие взрывные возрастания численности, происходящие почти внезапно. Это случается, когда складываются особенно благоприятные условия для размножения организмов. Популяции этого типа, как правило, первыми заселяют новые местообитания в сообществах, находящихся на ранних стадиях своего развития.
В зрелых экосистемах, включающих множество различных видов растений, животных и микроорганизмов, где развиты биотические связи и происходит строгое распределение используемых ресурсов , взаимоотношения типа конкуренции или хищничества становятся главной причиной колебании численности отдельных видов.
Биотические взаимоотношения выступают как своеобразные регуляторы, они подавляют «популяционные взрывы», переводят беспорядочные изменения в Форму правильных периодических колеоании, в ряде случаев стабилизируют численность организмов.
Здесь мы сталкиваемся с важными свойствами, которыми наделены экологические системы разного уровня организации (сообщества, популяции, экосистемы):
функционирование отдельного элемента системы определяется его связями с другими элементами;
отдельные элементы взаимозаменяемы: утрата одного приводит к тому, что его функции начинает выполнять
другой элемент, занимающий сходное положение в системе.
Это еще один тип регуляции.
Сообщества как бы регулируют изменения, происходящие в отдельных популяциях Популяции же помогают экосистеме сохранять ее свойства даже при утрате тех или иных ее элементов. При исчезновении одного вида его место занимает другой, сходныйс первым по положению в трофической структуре сообщества.
Примером могут служить обычные изменения видового состава рыб в водоемах, где развивается рыбный промысел. Снижение численности наиболее ценных видов вследствие вылова часто приводит к возрастанию численности так называемых «сорных» рыб, не представляющих интереса для рыбаков. Видовое богатство снижается, хотя общая численность рыбного населения остается неизменной.
С динамикой популяций тесно связаны микроэволюционные процессы. Вероятность изменений генофонда (нарушения его равновесия) особенно возрастает, когда численность популяции низка. Следовательно, в годы низкой численности микроэволюционные процессы должны протекать более активно. Если учесть, что снижение численности организмов происходит при резких изменениях внешних факторов, можно понять, что в эти же моменты начинает усиливаться движущий отбор. Иначе говоря, столкнувшись с изменениями условий жизни, популяция отвечает на них не только изменениями численности, но и изменениями самих организмов: в популяции сохраняются особи лишь с теми свойствами, которые оказываются полезными в данных конкретных условиях.
В периоды подъема численности приобретенные изменения закрепляются в популяции. Начинает действовать стабилизирующий отбор. Так происходит адаптация, приспособление организмов к новым условиям жизни.
Динамика популяций. Рождаемость. Смертность. Регуляторные механизмы. Циклические колебания численности.
1. Что такое динамика популяций? Какие факторы вызывают колебания численности популяций?
2. В чем значение динамики популяций в природе?
3. Что такое регуляторные механизмы? Приведите примеры.
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 9 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта
