Решение задач по биологии и химии. Российской Федерации гоувпо удмуртский государственный университет Кафедра экологии животных задачи по биологии задачник Издательство Удмуртский университет Ижевск 2010 2
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
. Вредитель пищевых запасов – мучной клещик – может приносить колоссальный ущерб на зернохранилищах, приводя зерно в состояние полной непригодности для производства муки. Оптимальной для жизнедеятельности клещика является температура +С, а температура ниже +Си выше +С для него губительна. При влажности зерна 10-12% он погибает от повышенной сухости, а при влажности зерна 70% и выше – из-за развития плесневых грибков. Оптимум влажности воздуха составляет 50-60%. В координатном пространстве основных микроклиматических параметров (ось Х – влажность, ось Y температура) изобразите двухмерную экологическую нишу клещика. Предложите безопасный способ защиты 97 зерна от этих вредителей пищевых запасов без использования пестицидов. 3. Внимательно проанализируйте фактический материал, содержащийся в расположенной ниже таблице и ответьте наследующие вопросы 1. Каким образом весовая нагрузка тела на опорную поверхность ног связана с географическим распространением родственных видов животных рассмотрите на примере копытных и куропаток) 2. Каким образом весовая нагрузка тела на опорную поверхность ног связана с биотопической приуроченностью родственных видов животных рассмотрите на примере зайцев) 3. Весовая нагрузка рыси вполне сопоставима с весовой нагрузкой лося (422 и 440 г/см 2 соответственно). Однако для рыси – полуметровый слой снега является серьезным препятствием, а для лося – нет. Почему Таблица Весовая нагрузка тела на опорную поверхность ногу родственных видов животных Вид Весовая нагрузка тела, г/см 2 Белая куропатка 12 Серая куропатка 40 Заяц - беляк 17 Заяц - русак 22-24 Северный олень 140-180 Лось 440-570 Кабан 900 98 4. Проанализируйте отраженные на рисунке зависимости между температурой тела животного и интенсивностью его теплопродукции с одной стороны и температурой окружающей среды – с другой. Ответьте на вопросы 1. К какой эколого-физиологической группе относится животное, чья зависимость от температуры среды продемонстрирована на графике 2. Приведите 3 примера таких животных. 3. Что означают величины t 1 и t 6 ; интервал от t 2 до t 5 ; интервал от t 3 до t 4 ? 4. Какие морфологические и физиологические адаптации позволяют таким животным удерживать температуру тела на одном уровне в зоне от t 2 до t 5 ? 5. Счем связано изменение теплопродукции в зоне от t 1 дои ее повышение в зоне от t 5 до t 6 ? 99 5. Внимательно рассмотрите расположенный ниже график зависимости выживаемости куколок яблоневой плодожорки от двух факторов – температуры и влажности и ответьте на вопросы 1. Какой из факторов для выживаемости куколок яблоневой плодожорки является лимитирующим ограничивающим) при их сочетаниях, соответствующих точками. Какой диапазон температуры и влажности являются для вида оптимальными 3. Охарактеризуйте пределы выносливости вида по температуре и влажности. Рис. Зависимость выживаемости куколок яблоневой плодожорки от температуры и влажности 100 6. Внимательно проанализируйте расположенный ниже рисунок, отражающий зависимость скорости развития насекомых от температуры воздуха и ответьте наследующие вопросы 1. Каковы причины существования данной зависимости и что определяет ее характер 2. Существуют ли подобные зависимости для других групп животных 3. В чем причина разного угла наклона кривой t на участках дои от 18 o до 30 o C? 4. Почему скорость развития резко снижается при температурах выше 33 o C? Скорость развития 10 15 20 25 30 35 t o C Рис. Зависимость скорости развития насекомых от температуры воздуха 101 7. Изучите рисунок и ответьте на расположенные ниже вопросы Рис.Сезонные изменения встречаемости основных пищевых объектов в рационе пестрого дятла в лесах Костромской области (по Осмоловской и Формозову, 1950). 1. Чем объяснить такое значительное изменение рациона питания большого пестрого дятла в течение года 2. В каком месяце рацион питания большого пестрого дятла наиболее разнообразен 3. Чем объясняется большая доля животных кормов в рационе дятла в мае-июле? На приведенном ниже рисунке отражены сезонные изменения характера суточной активности среднеазиатского пустынного грызуна – большой песчанки 102 по Шеханову, 1952). Проанализируйте эти данные и ответьте наследующие вопросы 1. В чем причина столь существенных различий в характере суточной активности песчанки на протяжении года 2. Какой экологический фактор лимитирует жизнедеятельность песчанки в летние месяцы в марте 3. В чем причина такой высокой и длительной активности песчанок на протяжении светового дня в сентябре Скорость размножения бактерий колоссальна – каждые полчаса материнская клетка делится, в результате чего образуются две дочерних. Если одну единственную бактерию пометить в питательную среду с идеальными условиями, то за 24 часа ее потомство теоретически 103 должно составить 2 48 клеток. Такое количество бактерий по объему занимает 0,25 литровый стакан. Через какое время продолжающие размножаться в том же темпе бактерии могут заполнить бочку объемом в 100 литров Раздел 2. Задачи по экологии популяций При решении задач по экологии популяций необходимо уметь рассчитывать численность популяции, используя ее основные демографические характеристики, уметь строить пирамиду численности, отражающую поло- возрастную структуру популяции. Численность популяции определяется балансом четырех важнейших демографических параметров рождаемости, смертности, скорости иммиграции и скорости эмиграции особей N t = N 0 + b – d + i – e; рождаемость (b) – количество особей, появившихся в популяции на свет (вылупившихся, родившихся) за определенный интервал времени (обычно за год удельная рождаемость определяется с учетом величины самой популяции, что позволяет сравнивать рождаемость в популяциях с различной численностью смертность (d) – количество особей, умерших в популяции за определенный интервал времени (обычно за год удельная смертность подсчитывается с учетом величины самой выборки (популяции скорость иммиграции (i) – количество особей, вселившихся в данную популяцию в течение года в результате миграции из других популяций вида скорость эмиграции (e) – количество особей, покинувших популяцию в результате миграционного процесса в течение года. 104 Для приблизительной оценки численности популяции в том случае, когда другие, более точные, методы неприменимы (например, при оценке численности рыб в озере или численности мышевидных грызунов в участке леса, используется метод отлов с мечением – повторный отлов при котором вычисляется показатель численности, называемый индексом Линкольна. Общий размер популяции (N) в этом случае определяется как частное между произведением количества животных в первом (N 1 ) и во втором (N 2 ) уловах и количеством меченых животных, обнаруженных во втором улове (n) (метятся и затем выпускаются в среду все особи, отловленные при первом вылове. При строительстве поло-возрастной пирамиды популяции по оси Х откладывается численность особей (слева от нуля – самцов, справа – самок, а по оси Y– выделяемые на основе временных или физиологических параметров группы особей (возрастные классы. Вместо численности особей, по оси Хмогут откладываться доли численности популяции, особи которых относятся к данному возрастному классу. Пример решения задач Задача 1. Рассматриваются две модельные популяции одного вида промысловых животных. В результате проведения зимних количественных учетов оказалось, что численность популяции №1 к началу текущего года составила 780 особей, а популяции №2 – 500 особей. На основании этих данных Министерство охоты и рыболовства запланировало выдать наследующий год 280 лицензий на добычу особей из 105 первой популяции, а во второй популяции промысел решено было не производить. В конце года экологи потребовали пересмотра этого решения, утверждая, что первой популяции грозит опасный перепромысел, в то время как в отношении второй популяции вполне возможно установить определенное промысловое усилие. В доказательство своей точки зрения учёные привели следующие величины демографических параметров, полученные входе исследований данных популяций. Рождаемость впервой популяции составила 300, а во второй – 400 особей в года смертность – 400 и 300 особей в год соответственно. Интенсивность иммиграции для первой популяции составила 10 особей, а для второй – 50 особей в год интенсивность эмиграции – 50 и 10 особей в год соответственно. Ответьте на вопросы Сравните численность данных популяций животных в конце года. Что произойдет, если будут реализованы планы Министерства В чем могут заключаться возможные причины различий в величине демографических параметров для этих популяций Какова будет величина этих популяций при сохранении данных демографических параметров спустя еще один год Решение Составим таблицу с известными нам исходными данными (см. ниже, определим индексы изменения численности модельных популяций за год и их численность спустя ещё один год. Ответы Численность обеих популяций в конце года при условии отсутствия промысла сравняется и составит 640 особей. С учетом реализованной промысловой квоты численность первой популяции может снизиться до 360 особей, что составит менее 50% её исходной численности. Если демографические параметры сохранятся, то численность 106 популяции №1 спустя еще один год может составить всего 220, а популяции №2 достигнет 780 особей. Причины существующих различий в величине демографических параметров могут заключаться в различных условиях их обитания (разная обеспеченность кормами, давление паразитов и хищников и пр, в результате чего популяция №2 растет значительно быстрее, чем популяция №1. Демографические показатели популяций Популяция №1 Популяция №2 Первоначальная численность (N 0 ) 780 500 Рождаемость (b) 300 400 Смертность (d) 400 300 Интенсивность иммиграции (i) 10 50 Интенсивность эмиграции (e) 50 10 Индекс изменения численности за один год -140 +140 Численность в конце года (N t ) 640 640 Предполагаемая численность с учетом промысла 360 640 Предполагаемая численность спустя еще один год 220 780 107 Задачи для самостоятельного решения 1. К началу осени популяция зайцев-беляков насчитывала 3000 особей. Входе зимовки погибло 40% особей (из их числа 3 / 4 – от охотничьего промысла и 1 / 4 – от пресса хищников, инфекций и погодных условий. К началу весеннего гона 47% от общего количества выживших зайцев составляли способные к размножению самцы, 45% - самки, 8% были неспособны к размножению (старые и больные особи. Половозрелая самка беляка за весну-лето приносит два помета, в каждом из которых может быть от 2 до 8 зайчат (в среднем для данной популяции – 4 детёныша), однако второй помёт имеют не все половозрелые самки, а лишь 90% из них. Смертность молодняка от хищников, инфекций и непогоды в первом помёте составляет 45%, а во втором – 50%. К осени 2,5% от количества всех родившихся в этом году зайчат эмигрировали, а 257 молодых особи вселились в данную популяцию из соседней. Кроме того, к сентябрю погибли от разных причин 87,5% неразмножавшихся особей (старые и больные, 146 размножавшихся самцов и 128 самок. Ответьте на вопросы Во сколько раз изменилась численность данной популяции к осени нового года 15 сентября – открытие осенне-зимней охоты на зайца. Какое количество лицензий на отстрел может быть выдано охотникам стем, чтобы численность зайцев при равных прочих условиях подошла к весеннему размножению на том же уровне, что ив прошлом году 2. Ястребы-перепелятники начинают размножаться в годовалом возрасте. Плодовитость самки обычно составляет 4-6 яиц, однако взрослые особи не всегда могут прокормить всех вылупившихся птенцов, поэтому часть из них погибает еще в гнездовой период жизни. В среднем из гнезда вылетает 3 птенца. Основной вклад в величину 108 смертности ястребов приходится на внегнездовую часть года (сезонные миграции. На западе России гибель вылетевших из гнезда молодых к весне следующего года составляет 50%, а к концу второго года жизни погибает 40% от численности годовиков. По показателям смертности самцы и самки принципиально не отличаются друг от друга. Рассчитайте, как изменится численность популяции перепелятников к осени второго года наблюдений, если к началу гнездового периода первого года наблюдений она составляла 1000 половозрелых особей, появившихся на свет в прошлом году, причем на двух самок в ней приходится 3 самца, а величинами иммиграции и эмиграции можно пренебречь, поскольку они взаимно уравновешивают друг друга. 3. Физиологическая плодовитость леща составляет 10.000 икринок. Выход половозрелых рыб зависит от успешности оплодотворения икры и состояния условий среды обитания входе развития личинок и мальков. Рассчитайте выход половозрелых лещей из икры пяти нерестящихся лещей, если а) вероятность оплодотворения икринок в естественных условиях составляет 50%; б) личинки выходят в среднем лишь из 20% оплодотворенных икринок в) выход малька из личинки в среднем составляет около 10% от количества личинок г) до половозрелой стадии доживает около 2% от числа мальков. Какова суммарная смертность (в %) леща на всех этих стадиях жизненного цикла 4. Нерка – обитающая в реках Канады рыба семейства лососевых. Осенью каждая самка откладывает в гнездо, сооружаемое на галечных перекатах, в среднем 3200 икринок. Следующей весной, спустя полгода, 640 мальков, вылупившиеся из отложенной икры, выходят в озеро вблизи отмели. Уцелевшие 64 серебрянки (мальки 109 постарше) живут в озере один года затем спускаются вниз по реке в море. Две взрослые рыбы (уцелевшие из состава серебрянок) возвращаются к местам нереста спустя 2,5 года. Отнерестившиеся рыбы умирают. Определите процент умерших особей нерки для каждой из возрастных стадий. Какова общая величина дорепродуктивной смертности среди этих лососевых рыб Нарисуйте кривую выживания (кривая зависимости процента выживших особей от возраста, если количество отложенной икры принять за 100%). 5. В результате самоизреживания елей в густых посадках количество деревьев нага лесопокрытой площади составляло в летних насаждениях – 6720 стволов, в летних – 2380 стволов, в летних – 1170 стволов, в летних – 755 стволов, а в летних – 465 стволов. Начертите диаграмму, отражающую уменьшение количества елей в лесу при увеличении возраста деревьев. Рассчитайте площадь, приходящуюся на одно дерево в разном возрасте. В какой период самоизреживание елей в посадках происходит наиболее интенсивно Не стоит ли заранее высаживать ели более разрежено Объясните, почему да или почему нет. 6. На расположенном ниже рисунке отражена динамика уровня стресс-реакции самцов домовых мышей с различным социальным статусом в процессе формирования групп. До момента образования групп самцы размещались раздельно (по Каменов,1973). Ответьте на вопросы 1. На каком из этапов эксперимента стресс наиболее выражен В чем его причина 110 2. В чем причина такого высокого уровня стресса субдоминантных самцов до эксперимента и сразу после его окончания 3. В чем причина такого драматического изменения интенсивности стресса у социально-подчиненных особей на ом этапе эксперимента Примечание:на оси Х обозначены этапы эксперимента I – одиночное содержание до формирования группы, II – первые сутки в группе, III – седьмые сутки в группе, IV – вторые сутки после обратного рассаживания особей в клетки поодиночке на оси Y – выраженность стресс- реакции, определяемая как интенсивность подавления дыхания (1 – доминанты, 2 – субдоминанты, 3 – подчиненные особи, 4 – особи, погибшие в результате стресса. Внимательно проанализируйте изменчивость промысловых заготовок шкурок маньчжурской белки за 20 последовательных лети постройте иллюстрирующую эту 111 изменчивость диаграмму. Объем добычи приводится в баллах обилия 1, 32, 4, 27, 25, 2, 3, 37, 1, 6, 95, 21, 68, 28, 1, 22, 22, 41, 26, 62. Предполагая, что главной причиной изменения величины заготовок является численность популяции белок, объясните наблюдаемые закономерности динамики В чем заключается причина таких значительных колебаний численности Можно ли планировать объем заготовок шкурок белки на один год вперед налет вперед Какой из этих планов будет более точным 8. Чтобы оценить численность форели в небольшом озере 625 форелей были пойманы неводом, помечены и снова выпущены вводу. Через неделю поймали 873 форели, из которых 129 особей имели оставленные в прошлый разметки. Оцените примерные размеры популяции форели. 9. Изобразите возрастную пирамиду популяции большой синицы на основе соотношения долей в ней особей разных возрастов. Известно, что весной, до гнездования, 60% популяции составляют птицы прошлого года вылупления, участвующие в гнездовании впервые. На двулетних особей приходится 20% численности популяции, на трехлетних – 8%, на четырехлетних – 5%, на пятилетних – 4%. Доля особей в возрасте от 6 до 10 лет в популяции больших синиц составляет 3%. Как изменится возрастная пирамида популяции большой синицы после вылета молодого пополнения из гнезд Примите условно, что численность популяции до гнездования составляла 10000 особей кладка в среднем состоит из 8 яиц соотношение полов в популяции составляет 1:1, все особи (как молодые, таки взрослые) на этом этапе выживают. 112 Раздел 3. Задачи по экологии сообществ При решении задач по экологии сообществ, требуется умение определять степень сходства видового состава биоценозов с использованием индекса сходства по Жаккару. где А – количество видов данной группы в первом сообществе, В – во втором сообществе, а С – количество видов, общих для обоих сообществ. Индекс выражается в процентах сходства. Кроме того, необходимо знание терминов, характеризующих экологические репродуктивные) стратегии видов стратеги формируются в нестабильной среде, где конкуренция не оказывает серьезного регулирующего воздействия на численность популяции. Рост численности популяции лимитируется внешними (в первую очередь абиотическими) факторами. Эти виды характеризуются высоким репродуктивным потенциалом большая плодовитость) и низким уровнем заботы о потомстве. Основной энергетический вклад вносится в обеспечение высокой плодовитости при наступлении благоприятного периода, поэтому численность популяции испытывает драматические спады и подъемы к-стратеги формируются в условиях стабильной среды с интенсивной конкурентной борьбой. Рост численности популяции регулируется внутрипопуляционными механизмами и воздействием биоценотического окружения. Эти виды характеризуются низкой 113 плодовитостью и высоким уровнем заботы о потомстве. Основной энергетический вклад вносится в обеспечение высокой выживаемости потомства. Численность достаточно стабильна и не испытывает серьезных колебаний во времени. Пример решения задач Задача. Рассчитайте индекс сходства двух растительных сообществ (фитоценозов), используя формулу Жаккара. Первый фитоценоз расположен в заповеднике, а второй – в лесу, испытывающем весьма значительную рекреационную нагрузку здесь расположены база отдыха и детский оздоровительный лагерь. Список видов заповедного фитоценоза дуб черешчатый, липа мелколистная, лещина, осока волосистая, щитовник мужской, подмаренник Шульца, сныть обыкновенная. Список видов нарушенного фитоценоза дуб черешчатый, яблоня домашняя, липа мелколистная, одуванчик лекарственный, подорожник большой, осока волосистая, земляника лесная, сныть обыкновенная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда. Выпишите названия видов, которые исчезли из сообщества дубравы под воздействием вытаптывания. Выпишите названия видов, которые появились в дубраве в результате антропогенного воздействия и рекреационной нагрузки. Решение: Подставляя количественные данные в формулу Жаккара, получаем коэффициент сходства двух фитоценозов 400/(7+12)-4 = 400/15 = 26,7. 114 Ответ 26,7%. Исчезли лещина, щитовник мужской, подмаренник Шульца; появились - яблоня домашняя, одуванчик лекарственный, подорожник большой, земляника лесная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда. Исчезнувшие виды – типично лесные, появившиеся – сорные растения. Задачи для самостоятельного решения 1. Ниже приводятся данные по прогнозу изменения породного состава лесного сообщества, изначально на 100% образованного березой желтой (по Horn, 1981). Возраст леса, лет Породы деревьев 0 50 100 150 200 250 Береза желтая 100 5 1 0 0 0 Нисса лесная 0 36 29 23 18 5 Клен красный 0 50 39 30 24 9 Бук 0 9 31 47 58 86 Объясните причины происходящих изменений. Какие экологические закономерности проиллюстрированы этими данными Какой из видов деревьев является типичным стратегом, а какой |