24.05.21 г. 301, 205, 303

ГРУППА 301 БИОЛОГИЯ

ТЕМА:47,48 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША И МЕЖВИДОВЫЕ ОТНОШЕНИЯ. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА "СОСТАВЛЕНИЕ ЦЕПЕЙ И СЕТЕЙ ПИТАНИЯ". СООБЩЕСТВА И ЭКОСИСТЕМЫ.

Экологическая ниша-место, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам ср. Введен в 1927 году Чарльзом Элтоном. Эколог ниша представляет собой сумму факто­ров сущ-ния данного вида, основным из кот явл его место в пищ цепочке. Эколог ниша может быть: фундаментальной-определяемой соче­танием усл и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популя­цию;реализованной-св-ва кот обусловлены конкурирующими видами. Разнообразные формы биотических отношений, в кот вступают те или иные виды в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и др.), определяют основные усл их жизни в сооб-ве, возможности добывания пищи и за­воевания нового пространства.

+Прямые и косвенные межвидовые отношения подразделяются на 4типа: 1 Трофические связи набл-ся, когда 1-н вид питается другим либо их мертвыми остатками, или продуктами их жиз­нед-ти, При конкуренции 2-х видов за объект питания возникает косвенная трофическая связь, вследствие того что д-ть 1-го отражается на снабжении кормом другого(гусеницы бабо­чек-монашенок, объедая хвою сосен, облег­чают короедам доступ к ослабленным де­ревьям).2.Топические связи харак-ют любое физич или химич изменение усл обитания 1-го вида в рез-те жизнед-ти другого. Заключается в создании 1-м видом ср для другого, в форми­ровании субстрата, на кот поселяются или избегают поселяться представители других видов. Напр, лишайники на стволах деревьев связаны прямой топической связью с организ­мами, представляющими им субстрат или ср обитания. В рез-те положительных или отрица­тельных топических взаимоотношений 1-ни виды определяют или исключают возможность существования в биоценозе других видов. В биоценозе трофич и топич связи имеют наи­большее значение, составляют основу его существования. 3. Форические связи- участие 1-го вида в распространении другого. В роли транспортировщиков выступают живот­ные(перенос животными семян, спор, пыльцы растений-зоохория; перенос более мелких жив- форезия).Перенос осущ-ся с помощью спец и разнообразных приспособлений. Форе­зия животных преимущественно распростра­нена среди мелких членистоногих.Так, многие летающие насекомые-посетители скоплений быстро разлагающихся органических остатков (трупов, животных, куч гниющих растений) несут на себе клещей, переселяющихся данным способом от одного скопления пищ материалов к другому. 4.Фабрические связи – это такой тип биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикаций) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида. Так, птицы употребляют для постройки гнезд ветви деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц и т. п. Личинки ручейников строят домики из кусочков веток, коры или листьев растений, из раковин мелких видов катушек, захватывая даже раковинки с живыми моллюсками.

Практическая работа.

Тема: Составление схем передачи веществ и энергии (цепей питания).

Цель:сформировать знания о цепях и сетях питания, о правиле экологической пирамиды, научиться составлять схемы передачи веществ и энергии.

Оборудование:статистические данные, рисунки различных биоценозов, таблицы, схемы пищевых цепей в разных экосистемах.

Пищевая (трофическая) цепь —ряд взаимоотношений междугруппами организмов (растений,животных, грибов и микроорганизмов) при котором происходит перенос энергии путём поедания одних особей другими.

Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ вприроде. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80–90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4–5.

Правило 10%(закон Линдемана) - это правило экологической пирамиды.

Оно гласит: На каждое последующее звено пищевой цепи поступает только 10% энергии (массы), накопленной предыдущим звеном.

Применяется так: у нас есть какая-то пищевая цепочка:

трава – кузнечики – лягушка – цапля.

И вопрос " Сколько травы было съедено на лугу, если прибавка в весе цапли, которая питалась лягушками на этом лугу, составила 1 кг? "(при этом имеется в виду, что ничем другим она не питалась, а лягушки ели только кузнечиков, а кузнечики только эту травку). Получается, что этот 1 кг и есть 10% от общей массы лягушек, значит, их масса равна была 10кг, тогда масса кузнечиков-100 кг, а масса съеденной травы составила целую тонну.

Ход работы:

Задание 1.

Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих  пищевых   цепей.Запишите эти цепи.

Задание 2.

Из предложенного списка живых организмов составить трофическую сеть: трава, ягодный кустарник, муха, синица, лягушка, уж, заяц, волк, бактерии гниения, комар, кузнечик. Укажите количество энергии, которое переходит с одного уровня на другой.

Задание 3.

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 № 4. Сравните две цепи питания, определите черты сходства и различия.

1. Клевер - кролик - волк

2. Растительный опад – дождевой червь – черный дрозд – ястреб - перепелятник

Вывод:  (ПО ЦЕЛИ).

ГРУППА 301 БИОЛОГИЯ

ТЕМА:

СООБЩЕСТВА И ЭКОСИСТЕМЫ.

Популяции в природе не живут изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с ними целостные системы ещё более высокого надвидового уровня организации — биотические сообщества, экосистемы.

Сообществом (биоценозом) называется совокупность видов растений и животных, длительное время сосуществующих в определённом пространстве и представляющих собой определённое экологическое единство.

Эти образования развиваются по своим законам. Одна из главных задач экологии — выявить эти законы; выяснить, как поддерживается устойчивое существование и развитие сообществ, какое влияние оказывают на них изменения различных факторов среды.

О том, что сообщества — не случайные образования — свидетельствует то, что в сходных по географическому положению и природным условиям районах возникают похожие сообщества.

Пример:

озёра средней полосы характеризуются большим сходством фауны и флоры. В составе рыбного населения можно легко обнаружить такие хорошо всем знакомые виды, как плотва, окунь, щука, ёрш и др.

При внимательном изучении обнаруживается не только сходство видов в биоценозах, но и сходство связей между ними. Эти связи чрезвычайно разнообразны. Входящие в сообщество виды снабжают друг друга всем необходимым для жизни — пищей, укрытиями, условиями для размножения. Взаимосвязи живых организмов позволяют более полно расходовать природные ресурсы. Они ограничивают увеличение количества особей тех или иных видов, т. е. выполняют регулирующую функцию и обеспечивают устойчивость экосистем.

Природное жизненное пространство, занимаемое сообществом, называется биотопом (или экотопом).

 

Биотоп и биоценоз образуют биогеоценоз, в котором длительное время поддерживаются устойчивые взаимодействия между элементами живой и неживой природы.

  

Биогеоценоз — исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (биотопом).

Граница биогеоценоза определяется обычно по растительному сообществу (фитоценозу).

 

Растительные сообщества обычно не имеют резких границ и переходят друг в друга постепенно при изменении природных условий.

Переходные зоны между сообществами называют экотоны.

Пример:

на границе лесов и тундры на севере нашей страны имеется переходная зона — лесотундра. Здесь чередуются редколесья, кустарники, сфагновые болота, луга. На границе леса и степи простирается зона лесостепи. Более увлажнённые участки этой зоны заняты лесом, сухие — степью.

От участка к участку меняется не только состав растительности, но и животный мир, особенности вещественно-энергетического обмена между организмами и физической средой их обитания.

Экосистема (от греч. oikos — «жилище» и systema — «объединение») — это любое сообщество живых организмов вместе с физической средой их обитания, объединённые обменом веществ и энергии в единый комплекс.

Рассмотрение экосистемы важно в тех случаях, когда речь идёт о потоках вещества и энергии, циркулирующих между живыми и неживыми компонентами природы, о динамике элементов, поддерживающих существование жизни, об эволюции сообществ. Ни отдельный организм, ни популяцию, ни сообщество в целом нельзя изучать в отрыве от окружающей среды. Экосистема, по сути, это то, что мы называем природой.

Пример:

экосистема озера, в состав которой входят все живые организмы, а также среда их обитания, которая включает воду, особенности дна и грунта, соприкасающийся с водой воздух, солнечное излучение и т. д.

Экосистема и биогеоценоз — близкие понятия, но если термин «экосистема» подходит для обозначения систем любого ранга, то  «биогеоценоз» — понятие территориальное, относимое к таким участкам суши, которые заняты растительными сообществами — фитоценозами.

 

Обрати внимание!

Не любая экосистема является биогеоценозом, но любой биогеоценоз — экосистема.

Экосистема — понятие очень широкое и применимое как к естественным (например, тундра, океан), так и к искусственным комплексам (например, аквариум).

Масштабы экосистем могут быть различны.

• Микроэкосистема.

Пример:

почка дерева, лужа, разрушающийся пень с его обитателями.

• Мезоэкосистема = биогеоценоз.

Пример:

ельник, дубрава, березняк, луг.

• Макроэкосистема — биом, или природная зона.

Пример:

пустыня, тундра, океан.

Все экосистемы нашей планеты взаимосвязаны и составляют единую большую экосистему — биосферу. Она охватывает часть атмосферы, часть литосферы и всю гидросферу. Целостное учение о биосфере создал выдающийся отечественный ученый В. И. Вернадский (1863–1945).

 ГРУППА 205

ТЕМА:42,43 АМИНЫ. ПОНЯТИЕ .КЛАССИФИКАЦИЯ. АНИЛИН.ПОЛУЧЕНИЕ.ПРИМЕНЕНИЕ.

Амины — это производные аммиака (NH₃), в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены уг­леводородными радикалами.

По числу углеводородных радикалов, замещающих атомы водорода в молекуле NH₃, все амины можно разделить на три типа: 

Группа — NH₂ называется аминогруппой. Существуют также амины, которые содержат две, три и более аминогрупп

Номенклатура

К названию органических остатков, связанных с азотом, добавляют слово «амин», при этом группы упоминают в алфавитном порядке: CH3NC3H — метилпропиламин, CH3N(C6H5)2 — метилдифениламин. Для высших аминов название составляется, взяв за основу углеводород, прибавлением приставки «амино», «диамино», «триамино», указывая числовой индекс атома углерода. Для некоторых аминов используются тривиальные названия: C6H5NH2 — анилин (систематическое название — фениламин).

Для аминов возможна изомерия цепи, изомерия положения функциональной группы, изомерия между типами аминов

Физические свойства

+Низшие предельные первичные амины — газообразные вещества, имеют запах аммиака, хорошо растворяются в воде. Амины с большей относительной молекулярной массой — жидкости или твердые вещества, растворимость их в воде с увеличением молекулярной массы уменьшается.

Классификация

Номенклатура

+Аминокислоты обычно имеют тривиальные названия (например, аминоуксусная кислота называется иначе гликоколом или иицином, а аминопропионовая кислота — аланином и т.д.). Название аминокислоты по систематической номенклатуре складывается из названия соответствующей карбоновой кислоты, производным которой она является, с добавлением в качестве приставки слова амино-. Положение аминогруппы в цепи указывается цифрами.

Простейший представитель класса ароматических аминов – анилин. Это маслянистая жидкость, немного растворимая в воде (рис. 1).

 

Рис. 1. Анилин (Источник)

Некоторые другие ароматические амины (рис. 2):

орто-толуидин        2-нафтиламин         4-аминобифенил

орто-толуидин	2-нафтиламин	4-аминобифенил

Рис. 2. Ароматические амины

Анилин (иногда называемый анилиновым маслом) — один из наиболее широко применяемых в технике полупродуктов. Он имеет большое значение в производстве более сложных промежуточных продуктов, красителей, химических добавок к полимерам, фармацевтических препаратов, пестицидов и др.

  Анилин имеет некоторое значение как ингибитор коррозии. Особенно хорошо он зарекомендовал себя для защиты металлов в среде влажного тетрахлорметана (четыреххлористого углерода). Фосфаты анилина при добавлении к растворам сильных электролитов замедляют коррозию углеродистых сталей.

  Аддукты анилина с трифторидом бора, а также продукты конденсации анилина с альдегидами могут быть использованы в качестве катализаторов и отвердителей эпоксидных олигомеров.

  Различные соли и реактивы на основе анилина используются в качестве добавок к топливам и смазочным маслам в процессах очистки топлива. Американская фирма «Gulf Research a. Development» предложила использовать производное анилина — о-азидоанилин в качестве антидетонационной добавки к моторным топливам. Это предложение вызвало большой интерес в связи с жесткими ограничениями на применение свинцовых и марганцевых антидетонаторов.

  В лабораторной практике анилин находит применение как растворитель и реагент.

  В настоящее время ~85 % производимого анилина потребляет производство полиизоцианатов.

ГРУППА 303 БИОЛОГИЯ

ТЕМА: 69,70

Биосфера и биомы.

Круговорот химических элементов. Биогеохимические процессы в биосфере.

Потоки переноса вещества и энергии (в том числе и с непосредственным участием живых организмов) могут связывать не только соседние биогеоценозы, но и охватывать всю поверхность Земли.

Поэтому можно говорить о единой, сложной и взаимосвязанной экосистеме высшего ранга — биосфере.

Биосфера — это сложная, грандиозная экологогеографическая система, включающая в себя многочисленные системы низших рангов: биогеоценозы, популяции, организмы. Все они определенным образом взаимодействуют друг с другом и обеспечивают, с одной стороны, определенную устойчивость биосферы, а с другой — ее развитие, эволюцию. Во многом и то и другое определяется биологическим разнообразием, т. е. тем многообразием форм жизни и биологических систем, какое мы можем реально наблюдать ныне и реконструируем для прошлых эпох.

Современное представление о биосфере как уникальной саморегулируемой, самовоспроизводимой и самоорганизующейся системе восходит к работам французского философа и палеонтолога Пьера Тейяра де Шардена и русского ученого Владимира Ивановича Вернадского начала XX в. Английский исследователь Джеймс Лавлок, развивая их взгляды, образно описывает биосферу как своеобразный сверхорганизм — Гею.

Биосфера в современном ее понимании — это оболочка Земли, охваченная деятельностью живого, в том числе и те части планеты, которые непосредственно зависят или зависели от нее в прошлом.

Верхняя граница биосферы соответствует озоновому слою стратосферы, т. е. располагается на высоте около 22-25 км. Нижняя проходит в основном по нижним горизонтам отложений осадочных пород, т. е. на глубине 5-7 км (рис. 36).

Та часть биосферы, где сейчас живые существа встречаются постоянно называют эубиосферой. Ее мощность существенно меньше — 5—6 км над поверхностью Земли и менее километра под ее поверхностью (если не принимать во внимание данные последних десятилетий XX в.

В каждой точке земной поверхности складываются уникальные условия, нигде больше точно не повторяющиеся. Именно поэтому разнообразие сообществ почти неисчерпаемо. Однако в биосфере можно выделить основные их типы — биомы, существование которых во многом определяется общими физико-географическими условиями. Большинство биомов имеют свои народные названия — тайга, степь, пустыня и т. д.

Биомы различаются не только по видовому составу организмов, но и по биомассе, продукции, по скорости сукцессионных процессов (см. таблицу).

Можно выделить несколько основных групп биомов.

Лесные биомы существуют в условиях хорошего увлажнения и достаточной теплообеспеченности. Для них характерно господство деревьев и связанных с ними животных. Их биомасса много больше годовой продукции. Темпы сукцессий можно оценить как средние.

При недостаточном увлажнении, но сравнительно хорошей обеспеченности теплом формируются травянистые биомы — степи, прерии, саванны и т.п. Здесь господствуют травы, а деревья и кустарники относительно редки или отсутствуют вовсе. Обильны травоядные животные — копытные, грызуны,

Циркуляция химических элементов (веществ) в биосфере называется биогеохимическими циклами.

Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом.

Живые организмы играют в этих процессах решающую роль.
Необходимые для жизни элементы условно называют биогенными (дающими жизнь) элементами, или питательными веществами. Различают две группы питательных веществ:

• к макротрофным веществам относятся элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера.
• К микротрофным относят элементы, содержание которых в живых организмах незначительное. Их часто называют микроэлементами. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт. Недостаток микроэлементов может оказывать сильное влияние на живые организмы (в частности, ограничивать рост растений), так же как и нехватка биогенных элементов.

 

Биогенные элементы благодаря участию в круговороте могут использоваться неоднократно. Запасы биогенных элементов непостоянны: некоторая их часть связана и входит в состав живой биомассы, что снижает количество, остающееся в среде экосистемы. И если бы растения и другие организмы в конечном счёте не разлагались, запас питательных веществ исчерпался бы, и жизнь на Земле прекратилась. Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофных организмов, в первую очередь редуцентов, — решающий фактор поддержания круговорота биогенных элементов и сохранения жизни.

Биогеохимический цикл углерода

Рассмотрим биогеохимический цикл углерода. Естественным источником углерода, используемого растениями для синтеза органического вещества, служит углекислый газ, входящий в состав атмосферы или находящийся в растворённом состоянии в воде. Основные звенья круговорота углерода показаны на рисунке.

 

В процессе фотосинтеза углекислый газ превращается растениями в органическое вещество, служащее пищей животным.

Дыхание, брожение и сгорание топлива возвращают углекислый газ в атмосферу.
Запасы углерода в атмосфере оцениваются в 700 млрд т, а в гидросфере — в 50 000 млрд т. Согласно расчётам, за год в результате фотосинтеза прирост растительной массы на суше и в воде равен соответственно 50 и 180 млрд т.

Биогеохимический цикл азота

Циркуляция биогенных элементов обычно сопровождается их химическими превращениями. Нитратный азот, например, может превращаться в белковый, затем переходить в мочевину, превращаться в аммиак и вновь синтезироваться в нитратную форму под влиянием микроорганизмов. В биохимическом цикле азота действуют различные механизмы, как биологические, так и химические. Схема циркуляции азота в биосфере представлена на рисунке.

 

Биогеохимический цикл фосфора

Одним из наиболее простых циклов является цикл фосфора. Основные запасы фосфора содержат различные горные породы, которые постепенно (в результате разрушения и эрозии) отдают свои фосфаты наземным экосистемам. Фосфаты потребляют растения и используют их для синтеза органических веществ. При разложении трупов животных микроорганизмами фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями. Помимо этого часть фосфатов выносится с током воды в море. Это обеспечивает развитие фитопланктона и всех пищевых цепей с участием фосфора. Часть фосфора, содержащаяся в морской воде, может вновь вернуться на сушу в виде гуано — экскрементов морских птиц. Там, где они образуют большие колонии, гуано добывают как очень ценное удобрение.

 

Некоторые организмы могут играть исключительно важную роль в круговороте фосфора. Моллюски, например, фильтруя воду и извлекая оттуда мелкие организмы, их остатки, захватывают и удерживают большое количество фосфора. Несмотря на то что роль моллюсков в пищевых цепях прибрежных морских сообществ невелика (они не образуют плотных скоплений с высокой биомассой, их пищевая ценность невысока), эти организмы имеют первостепенное значение как фактор, позволяющий сохранить плодородие той зоны моря, где они обитают. Популяции моллюсков подобны природным аккумуляторам, только вместо электроэнергии они накапливают и удерживают фосфор, необходимый для поддержания жизни в прибрежных зонах морей. Иначе говоря, популяция этих организмов более важна для экосистемы как «посредник» в обмене веществом между живой и неживой природой (сообществом и биотопом).
Этот пример — хорошая иллюстрация того, что ценность вида в природе не всегда зависит от таких показателей, как его обилие или сырьевые качества. Эта ценность может проявляться лишь косвенно и не всегда обнаруживается при поверхностном исследовании.