Положение человека в системе животного мира

ранги	принадлежность	основные признаки
Царство
Подцарство
Тип
Подтип
Класс
Подкласс
Отряд
Семейство
Род
Вид

5. Сделайте вывод

Практическая работа № 6 Составление схем передачи веществ и энергии по цепям питания

Необходимый теоретический минимум:

Структура экосистемы - естественное функционально-морфологическое членение экосистемы на подсистемы и блоки, играющие в экосистеме роль "кирпичиков". В число структурных элементов (рис. 2) входят популяции, консорции (совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена или ядра сообщества), синузии(одноярусная группировка растений в пределах фитоценоза;совокупность популяций животных и растений, связанных между собой общими требованиями к среде обитания), ярусы растительности (расчлененность сообщества на ярусы), т.е. структуры биоценоза (фитоценоза) и структуры биогеоценоза (экосистемы). Каждая популяция одновременно входит в две структуры: в экологическую пирамиду (растениями питаются травоядные, травоядными - хищники и т.д.); в группу экологически сходных популяций, составляющих биотическое сообщество (напр. сообщество злаков на лугу). Вместе со своими неизменными спутниками - микроорганизмами, насекомыми, грибами - такие сообщества дают собрания как бы "по горизонтали" (их называют синузиями; напр., синузия мхов в лесу) и одновременно "по вертикали", на всю толщину слоя жизни в населяемой среде - это консорции). Сложение синузий (например деревьев, кустарников, трав, мхов) и входящих в них консорций дает новый вид парцелл - биогеоценотических. С экологической точки зрения в структурном составе экосистемы выделены следующие компоненты (рис.3): 1) неорганические вещества (С, N, CO2, H₂O и др.), включающиеся в круговороты; 2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушная, водная и субстратная среда, включающая климатический режим и другие физические факторы; 4)продуценты, автотрофные организмы, в основном зеленые растения, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ; 5)макроконсументы, или фаготрофы (от греч. phagos - пожиратель), - гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества; 6) микроконсументы, сапротрофы, деструкторы, или осмотрофы (от греч. osmos - толчок, давление), - гетеротрофные организмы, в основном бактерии и грибы, получающие энергию либо путем разложения мертвых тканей, либо путем поглощения растворенного органического вещества, выделяющегося самопроизвольно или извлеченного сапротрофами из растений и других организмов. В результате деятельности сапротрофов высвобождаются неорганические элементы питания, пригодные для продуцентов; кроме того, сапротрофы поставляют пищу макроконсументам и часто выделяют гормоноподобные вещества,ингибирующие (тормозящие) или стимулирующие функционирование других биотических компонентов экосистемы. Одна из общих черт всех экосистем, будь то наземные, пресноводные, морские или искусственные экосистемы (например сельскохозяйственные), - это взаимодействие двух основных компонентов: автотрофного компонента (автотрофный - значит самопитающийся), способного фиксировать световую энергию и использовать в пищу простые неорганические вещества, и гетеротрофного компонента (гетеротрофный - значит питающийся готовыми органическими веществами), который разлагает, перестраивает и использует сложные вещества, синтезированные автотрофными организмами. Организмы, участвующие в различных процессах круговорота, частично разделены в пространстве. Автотрофные процессы наиболее активно протекают вверхнем ярусе ("зеленом поясе"), где доступен солнечный свет. Гетеротрофные процессы наиболее интенсивно протекают в нижнем ярусе ("коричневом поясе"), где в почвах и осадках накапливаются органические вещества. Кроме того, эти основные функции компонентов экосистемы частично разделены и во времени, поскольку возможен значительный временной разрыв между продуцированием органического вещества автотрофными организмами и его потреблением гетеротрофами. Например, основной процесс в пологе лесной экосистемы - фотосинтез. Лишь часть, причем малая часть, продуктов фотосинтеза немедленно и непосредственно используется самим растением, растительноядными животными и паразитами, питающимися листвой и другими активно растущими тканями растения. Большая часть синтезированного материала (листьев, древесины, запасов пищи, отложенных в семенах и корневищах) не подвергается немедленному потреблению и постепенно переходит в подстилку и почву (или соответственно в слои осадков в водных экосистемах), в сумме составляющие обособленную гетеротрофную систему. Прежде чем будет использовано все это накопленное органическое вещество, могут пройти многие недели, месяцы, годы или даже тысячелетия (в случае ископаемых видов топлива, которые сейчас быстро расходуются человеком). Органическое вещество, вовлеченное в процесс разложения, называют детритом. Термин "детрит" (продукт распада от лат. deterere - изнашиваться) заимствован из геологии, где им обычно называют продукты разрушения горных пород.

Специализация живых форм в качестве производителей и потребителей пищи создает в биологических сообществах определенную энергетическую структуру, называемую трофической структурой, в пределах которой происходят перенос энергии и круговороты питательных веществ. Перенос энергии и пищи от ее источника - автотрофов (растений) - через ряд организмов происходит по пищевой цепи: путем поедания одних организмов другими. Пищевая цепь - это ряд видов или их групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей для следующего. При каждом очередном переносе большая часть (80-90 %) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Поэтому чем короче пищевая цепь (чем ближе организм к ее началу), тем больше количество энергии, доступной для популяции. Пищевые цепи можно разделить на два основных типа: пастбищная цепь, которая начинается с зеленого растения и идет далее к пасущимся растительноядным животным (т.е. к организмам, поедающим живые растительные клетки или ткани) и к хищникам (организмам, поедающим животных), и детритная цепь,которая от мертвого органического вещества идет к микроорганизмам, а затем к детритофагам и к хищникам. Пищевые цепи не изолированы одна от другой,а тесно переплетаются друг с другом, образуя так называемые пищевые сети.

Пищевая сеть - условное образное обозначение трофических взаимоотношений консументов, продуцентов и редуцентов в сообществе. В сложных природных сообществах организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню.

Трофический уровень - совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию Солнца и химических реакций (от автотрофов) через одинаковое число посредников трофической цепи, т.е. занимающих определенное положение в общей цепи питания. Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные - второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных, - третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники - четвертый (уровень третичных консументов). Эта трофическая классификация относится к функциям, а не к видам как таковым. Популяция данного вида может занимать один или несколько трофических уровней, смотря по тому, какие источники энергии она использует. Замыкают этот биологический круговорот, как правило, редуценты или деструкторы (микроорганизмы, бактерии), разлагающие органические остатки.

Экологическая пирамида - это соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами в естественных экосистемах, выраженное в их массе в виде графических моделей. Эффект пирамиды в виде таких моделей разработал Чарльз Элтон(1927). Экологические пирамиды можно отнести к трем основным типам: 1) пирамида численностей - отражает количество отдельных организмов по трофическим цепям, причем численность особей при движении продуцентов к консументам различного порядка значительно уменьшается; 2) пирамида биомасс - показывает соотношение различных организмов по пищевым цепям в данной экосистеме (рис.6). Видно, что параметры продуцентов, как правило, выше, чем консументов различного порядка (отсюда и форма пирамиды); 3) пирамида энергии - даны величины потока энергии через последовательные трофические (пищевые) уровни, т.е. эта пирамида отражает картину скоростей прохождения массы пищи через трофическую цепь и т.д. Все эти основные типы экологической пирамиды показывают закономерное понижение всех показателей с повышением трофического уровня живых организмов. На каждом трофическом уровне потребленная пища ассимилируется не полностью, так как значительная ее часть теряется, тратится на обмен веществ, поэтому продукция организмов каждого предыдущего уровня всегда меньше, чем последующего. В связи с этим в наземных экосистемах вес продуцентов (на единицу площади и абсолютно) больше, чем консументов, консументов первого порядка больше, чем консументов второго порядка и т.д. Поэтому графическая модель имеет вид пирамиды. В некоторых водных экосистемах, отличающихся исключительно высокой биологической продуктивностью продуцентов, пирамида биомасс может быть обращенной, то есть биомасса продуцентов в них меньше, чем консументов, а иногда и редуцентов.

Вопросы для устного отчета:

1. Экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой и окружающей средой.

2. Экологические факторы, их значение в жизни организмов.

3. Структура экосистем.

4. Цепи и сети питания.

5. Правило экологической пирамиды.

ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

для выполнения практической работы № 6

по дисциплине «Биология»

Тема: Составление схем передачи веществ и энергии по цепям питания

Цель занятия: Продолжить формирование знаний о цепях и сетях питания, правиле экологической пирамиды, научиться составлять схемы передачи веществ и энергии

Норма времени: 2 часа

Оснащение рабочего места: статистические данные, рисунки различных биоценозов, таблицы, схемы пищевых цепей в разных экосистемах.

Особые правила техники безопасности на рабочем месте:

Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами

Литература:

Содержание работы и последовательность выполнения операций:

Задание 1.

1.Рассмотреть рисунок, представленный ниже. Номерами обозначены организмы, образующие пищевую цепь.

2. Распределите номера, которыми обозначены организмы:

1) в соответствии с принадлежностью организма к соответствующему трофическому уровню:

продуценты -

консументы –

редуценты –

2) в соответствии с биологической ролью организмов в сообществе:

жертва –

хищник –

3) составьте пищевые цепи, записав последовательно номера, которыми обозначены организмы:

1 –я пищевая цепь –

2-я пищевая цепь –

3-я пищевая цепь.

Задание 2. Постройте пирамиды биомассы озера в зимний и весенний период по следующим данным:

Экологические группы организмов	Биомасса, г/м3
Зима	Весна
Продуценты
Первичные консументы
Вторичные консументы

Объясните, почему в течение года пирамида «переворачивается».

Задание 3. Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около 10%) и предполагая, что животные каждого трофического уровня питаются только организмами предыдущего уровня, постройте пирамиду годовой биологической продуктивности следующей пищевой цепи:

водоросли – дафния – личинка стрекозы – окунь – цапля.

Постройте пирамиду чисел этой пищевой цепи, зная, что масса 1 водоросли– 2 г; 1 дафнии – 5 г; 1 личинки стрекозы – 10 г; 1 окуня – около 200 г; 1 цапли – около 5 кг.

Количество особей подсчитайте суммарно за год с учетом общей годовой продуктивности 50 тонн.

Сделайте вывод по работе

Лабораторная работа № 15 Наблюдение и выявление приспособлений у организмов к влиянию различных экологических факторов

Необходимый теоретический минимум:

Климатическое правило Бергмана, гласит: в пределах вида или достаточно однородной группы близких видов животные с более крупными размерами тела распространены в более холодных областях своего ареала или в горах. Это правило отражает адаптацию животных к поддержанию постоянной температуры тела в разных климатических условиях. На юге, в теплом климате, водятся мелкие разновидности тех же видов. На севере живут самые большие медведи, волки, лоси.

Следует отметить, что, согласно современным данным, правило Бергмана не столь всеобъемлюще, как предполагали ранее. Быть может, исключения даже преобладают. Однако, несмотря на это, правило сохраняет свое значение. Увеличение размеров тела в холодных областях свойственно в известной степени даже беспозвоночным животным. Нередко такая же зависимость обнаруживается и при сравнении близкородственных видов.

Согласно правилу Аллена (1877),чем холоднее условия в ареале, тем короче конечности у теплокровных животных и более короткое и компактное тело. Многие выступающие части тела (конечности, хвост, уши) становятся тем меньше и короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат. Такую закономерность можно проследить при сравнении видов зайцев в зонах их обитания в направлении от Центральной Америки к Северной. Так, сравнение зайцев Аллена, чернохвостого (калифорнийского) зайца, американского зайца-беляка и полярного зайца демонстрирует постепенное уменьшение длины ушей и конечностей. Крылья птиц становятся острее, шерсть млекопитающих длиннее, подшерсток гуще. Наконец, у северных птиц сильнее выражен перелетный инстинкт, увеличивается величина кладки и соответственно количество птенцов в выводке.

В качестве примера проявления правила Аллена можно привести отношение длины хвоста к длине тела у пашенной полевки из различных районов Европы: Португалия — 39 %, Центральная Европа — 33 %, Швеция — 29 %.

В Гамбурге в специальных холодильниках выращивали самых короткохвостых мышей; укорачивались хвосты и у особей, которым в условиях эксперимента регулярно давали препараты, снижающие температуру тела. Выросшие же в тепле мыши были длиннохвостыми и длинноухими.

Правило Аллена подтверждается и при межвидовых сравнениях. Так, у мексиканского зайца длина ушей достигает 189 % длины головы, тогда как у беляка в Гренландии — только 96 %.

На островах у птиц клювы более длинные, чем на континентах. Животные — обитатели жарких мест (африканский слон, американский заяц пустынь) имеют огромные уши, которые служат им для теплоотдачи.

Справедливости ради следует заметить, что правило Аллена также имеет исключения.

Правило Глогера (1833) объясняет тот факт, что у видов животных, обитающих в более влажном и прохладном климате, более темная пигментация тела. Так, черный ворон, обитающий во льдах Гренландии, имеет более черную окраску, нежели живущий в пустынях Сахары, где его оперение приобрело коричневый оттенок. Южные птицы, как правило, ярче и пестрее окрашены.

Еще одно климатическое правило: в направлении от полюсов к экватору пресноводная фауна в целом обнаруживает все больше сходства с морской. В чем тут причина? Известно, что в тропиках морские рыбы проникают в реки легче, чем в средних широтах. Вероятно, это определяется тем, что в условиях более благоприятного климата скорее может быть достигнут тот уровень обмена веществ, который необходим для перехода организма в пресную воду. На океанских островах, кстати, вообще не обитают настоящие пресноводные формы.

Животные приспосабливаются не только к высоким или к низким температурам, но приобретают адаптацию даже к температурной динамике среды — к суточному или сезонному колебанию этого физического фактора. Наиболее высокоорганизованные животные используют два источника тепловой энергии — внешний (солнечная энергия) и внутренний (энергия обмена веществ). В зависимости от того, какой источник преобладает, животных делят на три группы: пойкилотермные, гомойотермные игетеротермные.

Пойкилотермные (холоднокровные) животные занимают низшую ступень развития. Внутренние источники тепла у них очень слабо развиты. Способность к терморегуляции поэтому весьма невелика. Температура их тела в спокойном состоянии почти не отличается от температуры внешней среды. Однако даже небольшое тепловое воздействие на них оказывает сильное влияние. Так, при температуре воздуха 12°С и прямой солнечной радиации температура тела ящерицы может подняться до 28–36°С. Холоднокровным все же свойственны некоторые формы терморегуляции. С повышением температуры тела у них повышается испарение влаги. Это компенсирует повышение температуры. Кроме того, повысить температуру своего тела они могут интенсивными мускульными движениями. Безусловно, используют эти животные и поведенческие механизмы терморегуляции, переходя в тень для охлаждения или на солнце для согрева. Так, ночной сцинковый геккон бегает по пустыне в поисках пищи, а замерзнув, зарывается на несколько минут в еще не остывший песок.

Гомойотермные (теплокровные) — это почти все виды птиц и млекопитающих. У них имеются весьма совершенные механизмы терморегуляции: химические, физические. Химическая терморегуляция проявляется в изменении интенсивности обмена веществ. Она может возрастать и тогда запасенных в организме жиров сжигается больше, если же она падает, то расход жира уменьшается. Физическая же терморегуляция основана на различных формах отдачи тепла: излучение с поверхности тела, дыхание, испарение. Простой и экономичный способ регуляции температуры тела — изменение площади его поверхности (подробнее об этом поговорим дальше). Другой способ разогрева — дрожь, когда мелкие мышечные сокращения разогревают тело. Очень простая мышечная реакция на похолодание — подъем дыбом волос или перьев, тогда теплоизоляция улучшается. У человека, потерявшего волосы на теле да и почти всю подкожную мускулатуру, это выражается появлением пупырышек на коже (гусиная кожа). Зависит регуляция тепла у высших животных и от их поведения. И жару животные ищут тень, воду, в холод — защиту от ветра (он сдувает тепло с поверхности тела), убежища, многие зимой прячутся в снег.

Гетеротермные животные составляют промежуточную группу между гомойотермными и пойкилотермными. Сюда относят некоторых птиц и примитивных животных (утконос). Кроме того, к ним же причисляют зимоспящих животных в период спячки. Так, например, сурок в активной жизни вполне гомойотермное животное и имеет температуру тела около 37°С. Зимою же, во время спячки, его температура снижается до 6°С. Из птиц — это колибри, которые если не летают, то снижают температуру тела до уровня окружающей среды. К этой же группе относят птенцов некоторых птиц и детенышей млекопитающих, не имеющих постоянной температуры тела. Описана так называемая «мнимая смерть» птенцов. В гнезде в отсутствие родителей они, охладившись, впадают в своеобразное анабиотическое (безжизненное) состояние, температура тела их снижаемся, они теряют способность двигаться. А при возвращении родители отогревают своих детей и те вновь оживают.

Совершенно особое место среди прочих гидрометеофакторов. Своеобразие его в том, что он может образовывать и долгое время сохранять сплошной и глубокий покров. Причем под ним температура оказывается гораздо выше, чем над ним, потому что снег очень хороший теплоизолятор.

С белизной снежного покрова связано сезонное побеление меха некоторых млекопитающих и перьев некоторых птиц. Практически почти все птицы на зиму в наших широтах заметно светлеют, а отдельные ви-ды (белая куропатка) становятся совершенно белыми. Белеют на зиму зайцы, горностаи, ласки.

От сильных морозов, в толще снега спасается множество животных. Получается, что многие мелкие зверьки, такие как мыши и полевки, всю зиму живут в несравненно более мягких условиях, ибо микроклимат под снегом совсем не такой, как над ним. Под снегом прячутся от стужи не только мелкие, но и крупные млекопитающие — бурые медведи и самки белого медведя. Убежищами в толще снега пользуются многие тетеревиные птицы, они делают лунки и в них переживают неблагоприятные условия. Такие животные, как зайцы, лисицы, волки и даже косули и лоси, тоже устраивают себе логовища в снегу.

Передвижение по снегу или в его толще требует специальных морфологических приспособлений. Таковы «лыжи» зайца-беляка, его стопа на зиму обрастает снизу особенно густым и жестким мехом. А вот у узкочерепной полевки узкая клиновидная голова. Этот зверек, передвигаясь в толще снега, раздвигает его головой и так прокладывает свои подснежные ходы.

Под снегом хорошо сохраняется масса зеленых растений. Их добыча может быть затруднена из-за толстого снежного покрова или из-за наста. В такие времена проявляется своеобразное сотрудничество между травоядными животными. Мелкие начинают добывать пищу на местах пастьбы крупных и сильных, снабженных более мощными копытами или пятачками. Так небольшой лесной оленек — кабарга часто питается зимой в местах кормежки кабанов. Вполне обычным такое «сотрудничество» является в тундре у леммингов с северными оленями. Олени разбивают копытами наст, добираясь до ягеля, а лемминги используют площади с нарушенным настом для своей кормежки.

Наряду с климатическими в жизни организмов большую роль играют и почвенно-грунтовые условия. К ним тоже приходится приспосабливаться. По-гречески почва называется «эдафос», отсюда эдафическиефакторы. В почве развивается корневая система растений. Приспособления прежде всего касаются особенностей передвижения в ней. У растений на концах корней появляются корневые чехлики. Они позво-ляют преодолеть сопротивление почвы и не ранить ткани при росте корней. Питание в почве тоже своеобразно. Для него нужны тончайшие корневые волоски, способные проникнуть в почвенные капилляры и высосать оттуда почвенный раствор. Он весьма насыщен солями, и волоскам приходится преодолевать значительное осмотическое давление, чтобы перекачать воду в сосуды растения.

Почва служит средой обитания для многих животных. Большое число видов насекомых и других беспозвоночных всю жизнь проводят в земле. В ней роют свои норы пресмыкающиеся, различные птицы и звери. Известны сложные норы млекопитающих, специализированных к жизни в почве. Это такие специалисты-землекопы, как слепыши, кроты, цокоры. У них появляются морфологические приспособления в виде сложно устроенных передних лап, преобразованных в специальные органы рытья, или зубов. Причем одна и та же функция — рытье земли, способствует появлению похожих приспособлений у очень различных групп животных. Лапка медведки (насекомое из отряда прямокрылых) устроена очень похоже на лапу крота (млекопитающее из отряда насекомоядных). У животных, которые роют землю резцами, также появляются сходные приспособления. Губы у них замыкаются за резцами, чтобы при рытье почва не попадала в рот. Такое строение рта наблюдается у слепышей и слепушонок. Для жизни в почве нужно много всяких приспособлений, тут и большая физическая сила, и своеобразная физиология и биохимия организма. Норное млекопитающее приспособлено к асфиксии (удушье), неминуемой при жизни под землей. Нора такого животного — это сложное и весьма комфортабельное сооружение. У хомяка, например, имеется несколько гнездовых камер (спальни), кладовые, специальные уборные, кроме того — отнорки для спасения хозяина, запасные выходы. Среди членистоногих есть настоящие землепроходцы, которые не роют землю, а путешествуют в ней, не имея приспособлений для рытья. Они используют для своих передвижений трещины, пустоты от сгнивших корешков, галереи нор других животных и, передвигаясь по ним, забираются глубоко под землю. Так в сухое время года многоножки геофилы вслед за дождевыми червями уходят на глубину до полутора метров и обитают там.

Огромную роль в жизни организмов играет фотопериодизм, поэтому ниже мы целый раздел посвятим описанию особенностей биологических ритмов. Фотопериодизмом называют реакцию организмов на смену дня и ночи. Она проявляется в колебании интенсивности физиологических процессов и изменениях активного состояния организмов. Уже сами факты разделения животных на дневных и ночных, разделения растений на виды короткого и длинного дня наглядно свидетельствуют о сильной зависимости от условий освещения. Закономерное изменение длины светового дня по сезонам года является сигнальным фактором практически для всех организмов. По этому сигналу начинается, например, диапауза у насекомых. Причем выяснено, что диапаузу вызывает именно сокращение светлого времени суток, а не понижение температуры.

Особенно показательны опыты, объясняющие влияние фотопериода на растения. Растения нуждаются в суточносменных условиях освещения, начиная со стадии семени и кончая стадиями зацветания и образования семян. Каждая фаза развития требует определенного соотношения света и темноты. Влияние света на время зацветания зависит от того, являются ли эти растения длинно- или короткодневными. Первые скорее зацветают при длинном дне, а вторые — при коротком, то есть одни образуют цветы летом, а другие — под осень Редиска дает корнеплоды только весной или осенью. Она — растение длинного дня, поэтому летом вместо корнеплодов дает цветы.

Изучение фотопериодических реакций высших животных (позвоночных) также принесло интересные результаты. Так, у пушных зверей осенью развивается густой и пышный меховой покров. Зимой он достигает максимума своего развития. Одновременно у многих животных появляется и толстый слой подкожного жира. Традиционно считали, что развитие меха и подкожного жира вызывается снижением температуры окружающей среды. Все естественно — животное мерзнет, и в ответ на это появляется более совершенная теплоизоляция. Однако оказалось, что сигналом здесь служит не изменение температуры, а изменение длины светового дня. То же и с изменением цвета мехового покрова, например, у зайца. Здесь тоже сигналом явился не выпавший снег, а укороченный день.

На фотопериодической основе покоится и важнейшее сезонное явление в жизни перелетных птиц — их миграции. С перелетами тесно связаны и изменения в организме птицы. Смена оперения, накопление жира под кожей и во внутренних органах — это приспособления к неблагоприятным кормовым и погодным условиям, ожидающим птицу в полете. Сигналом к началу таких изменений служит фотопериод, то есть сокращение длины светового дня и увеличение продолжительности ночи к осени. В лаборатории, изменяя соотношение света и темноты в течение суток, нетрудно привести птицу в такое предмиграционное состояние, хотя температурные и кормовые условия будут неизменными.

Вопросы для устного отчета:

1. Экологические факторы.

2. Адаптации.

ИНСТРУКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

для выполнения лабораторной работы № 15

по дисциплине «Биология»

Тема: Наблюдение и выявление приспособлений у организмов к влиянию различных экологических факторов

Цель занятия: закрепить знания о механизмах образования приспособлений к различным экологическим факторам, показать относительный характер приспособлений

Норма времени: 2 часа

Оснащение рабочего места: комнатные растения, фотографии животных из разных мест обитания.

Особые правила техники безопасности на рабочем месте:

Правила техники безопасности пользования лабораторным оборудованием, чертежными
инструментами

Литература:

Содержание работы и последовательность выполнения операций:

1. Изучите предложенные объекты. Определите, какие факторы являются для них лимитирующими.

2. Заполните таблицу:

№	Фактор	Объект	Адаптации	Тип адаптации
	Низкая влажность
	Высокая влажность
	Высокие температуры
	Низкие температуры
	хищник
	жертва
	паразит
	симбиоз

3. Сделайте вывод о характере приспособлений

Лабораторная работа № 16 Сравнение естественной природной экосистемы и агроэкосистемы

Необходимый теоретический минимум:

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ. Подбиологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, в которых поступающие элементы превращаются в новые сложные соединения, и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности.

Экологические системы суши и Мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.

Важнейшим аспектом существования жизни на Земле являются круговороты (биогеохимические циклы), в которые вовлечены вода и основные биогенные химические элементы — С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, К и др. Все циклы состоят из двух фаз:органической (во время которой вещество или элемент находится в составе живых организмов) инеорганической. Последовательные переходы вещества из одной фазы в другую совершаются бесчисленное количество раз. Так, например, ежегодно проходит через органическую фазу и возвращается в неорганическую 1/7 часть всего углекислого газа и 1/4500 часть кислорода атмосферы; подсчитано, что вся вода оборачивается за 2 млн лет.

В качестве примера рассмотрим круговорот азота — одного из важнейших химических элементов живых организмов. Азот является строительным материалом для белков, нуклеиновых кислот, компонентом АТФ, хлорофилла, гемоглобина и т.д.

Азот распространен в биосфере крайне неравномерно. В почве его содержится всего от 0,02 до 0,5 %, и то лишь благодаря деятельности микроорганизмов, некоторых растений и разложению органических веществ. В то же время миллионы тонн азота в атмосфере буквально давят на поверхность Земли. Над каждым гектаром почвы, образно говоря, «висит» до 80 тыс. т этого элемента. Несмотря на то что азота в атмосфере очень много (78 %), большинство растений не в состоянии ассимилировать его в молекулярном состоянии. «Элементом жизни» азот становится только в химических соединениях — легкорастворимых азотнокислых и аммиачных солях. Однако связанного (хотя бы в простые оксиды) азота в воздухе нет.

Исключением является поступление азота в атмосферу в результате выбросов автомобильного транспорта, тепловых электростанций, котельных, промышленных предприятий. При сжигании ископаемого топлива (нефть, уголь, газ) в атмосферу Земли происходит выброс оксидов азота (N₂0, N0₂), которые загрязняют окружающую среду.

Напрямую азот атмосферы способны использовать лишь немногие прокариотические (доядерные) организмы — некоторые виды бактерий и цианобактерий. Высшие растения могут использовать азот только в результате симбиотических взаимоотношений с азотфиксируюшими прокариотическими организмами — клубеньковыми бактериями, которые поселяются в тканях корней растений из семейства бобовых, таких как арахис, соя, чечевица, фасоль, люцерна, клевер, люпин и др. Фиксируя атмосферный азот, они снабжают растение-хозяин доступными для него соединениями азота в виде нитратов и нитритов.

Мертвые азотсодержащие органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, мочевина) разлагаются аммонифицирующими бактериями до аммиака. Он легко растворяется в воде. Часть его может поглощаться непосредственно растениями, часть вымывается из почвы, а оставшийся аммиак подвергается действию специализированных бактерий в результате процессанитрификации - окисления азотсодержащих соединений. Корни растений получают нитриты и нитраты, образующиеся в ходе реакции

NH₄⁺-> N0₂^--> N0₃^-

В природе осуществляется и обратный процесс — восстановление нитритов и нитратов до газообразных азотистых продуктов -денитрификация, В результате этого процесса денитрифицирующие бактерии восстанавливают ион NO3^-до N₂. Денитрификация происходит в несколько этапов:

N0₃^--> N0₂->^-N₂0 -> N2

Таким образом, в ходе денитрификации связанный азот удаляется из почвы и воды и в виде газообразного азота возвращается в атмосферу. Денитрификация замыкает цикл азота и препятствует накоплению его оксидов, которые в высоких концентрациях токсичны.

Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым. Часть органических и неорганических веществ выносится за пределы экосистемы, и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. В отдельных случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов круговорота веществ достигает 90-98 %. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Так накапливаются полезные ископаемые — уголь, нефть, газ, известняки и т.п.