Файл: Практическая работа 1 Студент гр номер гр. Фио спбгэту лэти, 2022 г.pdf

ЭКОЛОГИЯ
Исследование структуры
и особенностей
функционирования
экологических систем
Практическая работа №1
Студент гр._______
_______________________
номер гр.
ФИО
СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2022 г.
2370
Смирнов
Максим
Алексеевич

Задание 1. Экологические системы
Вариант: _____________________________________________________
Дайте описание экологической системы в соответствии с вариантом.
1. Вид экосистемы
2. Тип природной
экосистемы
3. Общие особенности
4. Физико-
географическая зона
5. Климат
18
По пространственному масштабу
- мезоэкосистема
По степени антропогенного воздействия
- естественная природная экосистема
Водная
, пресноводная озёрная экосистема
-
Основным источником энергии в
озере является солнечный свет
-
Когда лучи проходят через толщу воды
, большую часть энергии поглощает планктон
, чтобы затем использовать ее для процессов фотосинтеза
-
Оставшийся свет постепенно поглощается самой водой
Поэтому освещенность на верхних уровнях всегда большая
, а
ближе ко дну уменьшается
-
Любая достаточно крупная экосистема озера имеет так называемый компенсационный уровень
Это глубина
, которой достигает минимально необходимое растениям количество света
Фотосинтез у
таких растений замедляется
, чтобы уравновесить другие показатели
–
дыхание и
расход пищи
-
Расположение компенсационного уровня напрямую зависит от свойств воды
, ее чистоты и
прозрачности
Он является некой условной разделительной линией
Выше нее растения вырабатывают избыточное количество кислорода
, которым затем пользуются другие живые организмы
А
ниже разделительной линии кислорода
, наоборот
, слишком мало
Основная его часть попадает на глубину из других
, верхних слоев воды
Таким образом
, ниже компенсационного уровня обитают только те живые организмы
, которые могут обходиться минимальным количеством кислорода
Горная зона
, смешанный лес
(
Определил что это озеро
Рица
На
Западном
Кавказе
, в
Абхазии
, в
Гудаутском районе частично признанной
Республики
Абхазия
)
Средиземноморский
, субтропический с
жарким летом
Влажность воздуха на протяжении года
- высокая

6. Рельеф
7. Гидрологические
условия
8. Типы почв для
наземных
экосистем/уровень
солености вод для
водных экосистем
9. Продуктивность
10. Видовое разнообразие
и устойчивость
Рельеф
Абхазии многообразен
Разделить его можно на следующие зоны
: высокогорную
, горную
, горно
- лесную
, холмистую
, равнинную
Горная зона занимает
75 % всей площади республики
Рельеф
Абхазии горной зоны представляет из себя территорию ограничивающую республику с
севера отрогами
Главного хребта
К
ним относятся
Гагрский
,
Абхазский
,
Бзыбский и
Кодорский хребты
Глубина озера достигает
2200-3200 метров
Площадь
—
1,27 км
², длина
—
2,5 километров
, ширина
—
270-870 м
Средняя глубина составляет
63 м
, наибольшая
—
131 метров
Озеро
Рица на протяжении года подпитывают дождевые и
снеговые воды
(
вода в
озере ледниково
- тектонического происхождения
).
Сезонные колебания уровня воды составляют
2
—
3 м
В
особенно суровые зимы озеро
Рица покрывается льдом толщиной
1-5 сантиметров
, а
покров снега в
районе озера достигает
7-11 м
. , в
обычный период не превышает
2-3 м
Основной обитатель озера
–
форель
1)
Типы почв
:
На низменностях и
в предгорьях сочетаются болотные
, субтропические подзолистые
, красноземные и
желтоземные почвы
В
горах до высоты
1700 м
—
перегнойно
- карбонатные и
бурые лесные почвы
, выше
—
дерновые и
дерново
- травянистые горно
- луговые
2)
Уровень солёности
: вода в
озере пресная
(
минерализация
Рицы
–
50 миллиграммов солей на кубический метр воды
)
Высокая либо умеренная продуктивность
(
по величине биологической продуктивности
)
Культурная и
дикая флора
Абхазии совместно насчитывает более
3000 видов
Фауна
Абхазии включает свыше
440 видов позвоночных
, что составляет
1% мировой фауны
, из них редких и
исчезающих около
30%.
Абхазия
- первая по лесистости в
Закавказье страна
, лесами покрыто свыше
55 % ее площади
Благодаря субтропическому климату
, благоприятному для растительности
, флора
Абхазии очень разнообразна
- она включает более
2000 видов растений
В
причерноморской полосе и
в ущельях встречаются отдельные массивы широколиственных лесов
На мысе
Пицунда сохранилась знаменитая роща реликтовой пицундской сосны

Задание 2. Адаптация организмов
Приведите примеры адаптации организмов к экологическим факторам среды.
Общие сведения
Эволюция живых организмов Земли шла в направлении совершенствования их регуляторных систем в целях сведения к минимуму зависимости от факторов среды.
Приобретение организмами особенностей
(морфологических, физиологических, поведенческих), позволяющих им существовать в среде наиболее эффективно, называют адаптациями (от лат. аdaptatio - приспособление).
Формирование адаптаций к среде является двигателем биологический эволюции.
Интересно, что термином адаптация называют как процесс приспособления к окружающим условиям, так и достигнутый результат.
Российский физиолог З.Меерсон (1981) определяет результаты адаптаций как приобретение организмами устойчивости к определенным факторам, способности жить в условиях, ранее не совместимых с жизнью, способности решения ранее не осуществимых задач.
Классическим примером эффективности адаптации является эксперимент, в котором на высоту 7000 м поднимали аборигенов Анд и неадаптированных людей. При этом аборигены могли играть в шахматы, а жители равнины теряли сознание.
Адаптации традиционно принято делить на поведенческие, физиологические и морфологические (изменения в строении). Характер и степень изменений, происшедших с организмами зависят от вида и интенсивности факторов, к которым происходят приспособления.
Поведенческая адаптация, заключающаяся в поведении организма, снижающим отрицательные действия экологических факторов (например, маскировка жертв или выслеживание добычи хищниками, активный поиск оптимальных условий);
Физиологическая адаптация, состоящая в изменении обмена веществ с целью приспособления к неблагоприятным экологическим факторам (например, впадение организмов в анабиоз на неблагоприятный период года)
Морфологическая адаптация, предполагающая строение тела организма, приспособленное к состоянию окружающей среды (например, отсутствие листьев у пустынных растений)

Дайте описание и преимущества приспособления, заполнив таблицу.
Вариант: _____________________________________________________
Формы
приспособлений
Примеры
Описание
приспособления
Преимущества
данного
приспособления
Строение тела
Предупреждающая
окраска
Покровительственная
окраска (маскировка)
Мимикрия
18
Стебель кактуса
У
разных видов бывают разные стебли
Стебли зелёные
, сочные
, колонновидные
, шаровидные или эллипсоидальные
, угловатые или ребристые
, нередко сплюснутые
, с
сильно развитой водоносной паренхимой
Стебель содержит хлоропласты с
хлорофиллом
, они распадаются
, ускоряя процесс фотосинтеза
Покрыты стебли кожицей
, которая обеспечивает надежную защиту от агрессивного внешнего воздействия
На
95% стебель состоит из воды
, что позволяет видам выживать в
самых засушливых условиях
На стебле кактуса находятся зачатки листьев
(
ребра
, бугорки
, сосочки с
колючками
).
Эти элементы защищают растение от активного солнечного воздействия
, образуя вокруг кактуса немного тени
Окраска
Кораллового аспида
Окраска кораллового аспида представлена светлыми полосками
, чёрными и
ярко
- красными кольцами
-
Во время быстрого передвижения эти разноцветные пятна стремительно мелькают
Это очень сбивает врага змеи с
толку
-
Яркая окраска предупреждает всех
, что змея ядовита
Маскировка
Пустынной ящерицы
Рептилии пустынной ночной ящерицы оливкового
, серого или желто
- коричневого цвета со светло
- коричневыми и
темными пятнами или узкими полосами
Узкая бежевая линия с
темно
- коричневой или черной окантовкой начинается от глаза до плеча
Низ белый
, состоит из крупных квадратных чешуек с
двенадцатью рядами когда поверхность тела животного покрыта полосками
, пятнами или чёрточками
, которые мешают воспринимать объект как единое целое
, отчего он легко маскируется в
окружающем его пространстве
Листья
- ловушки
Дарлингтонии
Листья
- ловушки жёлтого или красно
- оранжевого цвета в
форме капюшона кобры
На их верхушке
—
кувшинчик светло
- зелёного цвета
, достигающий в
диаметре
60 сантиметров
Ловушки
- накопители выделяют резкий запах
, который привлекает насекомых
Они попадают внутрь и
больше не могут выбраться
Насекомые перевариваются в
пищеварительных соках растения
, которое таким образом получает дополнительные питательные вещества

Приспособительное
поведение
Сезонная миграция
Запасание кормов
Сооружение гнезд
Имитация ранения
Водопойные миграции
Поддержание температуры тела путём пребывания на солнце или в тени
Образование скоплений, препятствующих чрезмерному охлаждению или перегреванию
Избегание неприятного фактора

Задание 3. Экологические факторы
В данном задании предлагается исследовать влияние ряда экологических факторов на устойчивое развитие вида.
Согласно варианту и методическим материалам необходимо:
1. Подсчитать N
e
для популяции, учитывая колебания числа потомков в семье.
Вычислить число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания.
Определить коэффициент инбридинга для четырех поколений и сделать вывод о жизнеспособности популяции.
2. Подсчитать N
e
для популяции, учитывая колебания численности поколений.
Вычислить число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания.
Определить коэффициент инбридинга для четырех поколений и сделать вывод о жизнеспособности популяции.
3. Подсчитать N
e
для популяции, учитывая неравное число самцов и самок.
Вычислить число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания.
Определить коэффициент инбридинга для четырех поколений и сделать вывод о жизнеспособности популяции.
Методические рекомендации
Эволюция – процесс развития биосферы – является результатом множества микроэволюций. В экологии под «микроэволюцией» понимают направленные изменения особей конкретной популяции. Эволюционные изменения популяций происходят под действием двух факторов: мутации организмов и естественного
отбора.
Мутации – внезапные естественные или искусственно вызванные наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Таким образом, мутация обеспечивает появление в популяции

организмов с отклонениями от стандартного набора признаков, а влияние окружающей среды приводит к гибели особей с неудачными отклонениями, то есть существует естественный отбор генетического материала популяции (генофонда).
При длительной стабильности экологических факторов в популяции осуществляется стабилизирующий отбор, препятствующий ее изменчивости. При стабильных дрейфах значений факторов организмы приспосабливаются к ним либо изменением одного адаптивного признака (движущий отбор), либо изменением в нескольких направлениях (дизруптивный отбор, приводящий к образованию нескольких видов из одного). Анализ эволюционных процессов показывает, что чем больше разнообразность генов (гетерогенность) в популяции, тем шире ее экологические кривые и выше ее приспособительные возможности. Поэтому генетическое разнообразие особей популяции чрезвычайно важно для ее устойчивого существования.
Для анализа гетерогенности популяции вводят понятия эффективного размера популяции. N
e
– численность идеальной популяции, в которой каждая особь дает равный вклад в общий генофонд нового поколения. В реальной популяции ее численность N всегда превышает N
e
по следующим причинам:
1. Колебания числа потомков в семье
????????
????????
=
4∙????????
2+????????
, (1) где ???????? – дисперсия числа потомков. Например, при ???????? = 4 число детей в семье меняется от 0 до 4, а N
e
=
????????∙2 3
2. Колебания численности поколений
1
????????
????????
= (
1
????????
1
+
1
????????
2
+ ⋯ +
1
????????
????????
)/????????, (2) где N
m
– численность m-гo поколения.
Например, снижение в одном из десяти поколений численности популяции с
1000 до 50 особей приведет к снижению N
e
с 1000 до 345.
3. Неравное число самцов N
1
и самок N
2 1
????????
????????
=
1 4∙????????
1
+
1 4∙????????
2
. (3)

Из (3) видно, что максимум N
e
достигается при N
1
= N
2 4.
Инбридинг – близкородственное скрещивание, повышающее вероятность наличия идентичных гетерозиготных участков генов родителей и появления гомозиготных организмов не в результате естественного отбора. Это явление используется селекционерами для закрепления необходимых наследственных признаков при создании новых видов растений и животных. При отсутствии контроля экспериментатора инбридинг ведет к вырождению и гибели популяции, что подтверждается историей некоторых царствовавших династий.
Для количественной оценки данного явления введено понятие коэффициента инбридинга:
???????? = 1 − (1 −
1 2????????
????????
)
????????
, (4) где m – число поколений.
Опыт животноводов показал, что плодовитость популяций падает при f > 0,5.
Решая показательное уравнение (4) при заданном значении f, получим, что число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания, равно m = l,5*N
e
. Таким образом, снижение гетерогенности ведет к вымиранию популяции. Однако чрезмерный рост генетического разнообразия популяции приводит к утере популяцией способности генетического адаптирования к изменяющимся условиям окружающей среды. Для каждой популяции существуют некоторые оптимальные значения гетерозиготности, зависящие от ее численности, структуры, исходного генофонда, статических и динамических характеристик окружающей среды.
Например, при длительной стабильности экологических факторов высокая гетерогенность популяции не требуется, а при изменении экологических факторов выживает наиболее гетерогенная популяция. Поэтому обитатели разных экологических систем обладают разной гетерогенностью. Например, у человека число гетерозиготных участков генов составляет около 20 %. Мутация является процессом, повышающим гетерогенность популяции.
Мутагены – физические и химические экологические факторы, воздействие

которых на живые организмы приводит к возникновению мутаций с частотой, превышающей уровень спонтанных реакций. К физическим мутагенам относят ультрафиолетовое излучение, повышенную и пониженную температуры, ионизирующие излучения (гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и т. д.).
Химическими мутагенами являются аналоги нуклеиновых кислот, чужеродные
ДНК и РНК, алкалоиды и другие вещества. Устойчивость организмов к воздействию мутагенов различна. Вирусы в 3–1000 раз более стойки к ним, чем растения, а растения – в 2–800 раз по сравнению с теплокровными животными. В целом более высокоорганизованные особи менее стойки к воздействию мутагенов.
Поэтому предельно допустимый уровень мутагенных биосферных воздействий нормируется на человека.
Пример расчетов:
Таблица 1
Исходные данные (пример)
№ варианта Реальный размер популяции
Дисперсия числа потомков
Колебания численности поколений
Отношение числа самцов к числу самок
1 2
3 4
Пример
110 3
20 30 20 40 4
1. Эффективный размер популяции с учетом колебания числа потомков в семье в соответствии с выражением (1) равен
????????
????????
=
4 ∙ ????????
2 + ???????? = �
4 ∙ 110 2 + 3 � =
440 5 = 88.
Коэффициент инбридинга может быть вычислен по формуле (4):
???????? = 1 − �1 −
1 2????????
????????
�
????????
= 1 − �1 −
1 2 ∙ 88�
4
= 1 − 0,98 = 0,02