rk2_ekologia (РК 2)

1. Какие процессы происходят в световую и темновую фазы фотосинтеза в растительных клетках? Что при этом образуется? Что такое фотосинтетически активная радиация (ФАР)? Во что аккумулируется световая энергия в процессе фотосинтеза?

Фотосинтез - образование органического вещества за счет энергии света в клетках растений, микроскопических водорослей хлорофиллсодержаших бактерии;

На первой стадии - световой - происходит фотолиз воды (разложение молекулы воды под действием света до атомов водорода и молекул кислорода) и образуются универсальные переносчики энергии в клетках органические молекулы АТФ (аденозинтрифосфат).

На второй стадии - темновой - проходит ряд последовательных реакций, которые не требуют наличия света. В результате этих реакций молекулы углекислого газа вовлекаются в цикл Кальвина и образуется органическое вещество клетки с использованием ранее накопленной энергии в молекулах АТФ.

Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает все живое население планеты Земля органическим веществом и аккумулированной в нем солнечной энергией. Энергия света преобразуется в энергию химических связей органических веществ. Двуокись углерода, содержащаяся в атмосфере и в воде - единственный источник неорганического углерода, из которого благодаря процессу фотосинтеза вырабатываются все органические вещества, составляющие живую клетку. Фотосинтетические пигменты растений могут усваивать только часть солнечной радиации. Эта часть называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР) и в основном соответствует спектральной полосе видимого света (диапазон длин волн от 400 до 700 нм), что составляет 50 % от суммарной энергии солнечного излучения. Хлорофилл и другие пигменты поглотают энергию, сосредоточенную в диапазоне длин волн 400...500 нм (синяя часть спектра) и 610.. .690 нм (красная часть спектра).
(+в тетради)

1. Что такое фотосинтез? Балансовое уравнение фотосинтеза. В каком диапазоне длин волн солнечного света работает хлорофилл а. Во что аккумулируется световая энергия в процессе фотосинтеза?

Фотосинтез - образование органического вещества за счет энергии света в клетках растений, микроскопических водорослей хлорофиллсодержаших бактерии;

Процесс фотосинтеза обычно описывают следующим балансовым уравнением:

СО2 + Н2О->(CH2O)n + О2, n>=3

Балансовое уравнение фотосинтеза представляет собой суммарное отражение сложных биохимических процессов в клетках фотоавтотрофных организмов. В результате этих процессов из минеральных соединении (углекислый газ и вода) образуются богатое энергией органическое вещество и молекулярный кислород, выделяющийся в атмосферу.

Хлорофилл и другие пигменты поглощают энергию, сосредоточенную в диапазоне длин волн 400...500 нм (синяя часть спектра) и 610.. .690 нм (красная часть спектра). Фотосинтезирующая деятельность зеленых растений обеспечивает все живое население планеты Земля органическим веществом и аккумулированной в нем солнечной энергией. Энергия света преобразуется в энергию химических связей органических веществ. Двуокись углерода, содержащаяся в атмосфере и в воде - единственный источник неорганического углерода, из которого благодаря процессу фотосинтеза вырабатываются все органические вещества, составляющие живую клетку.
(+в тетради)

1. Баланс солнечной радиации в биосфере. Что такое солнечная постоянная?

Почти вся энергия, получаемая поверхностью Земли, исходит от Солнца. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество энергии. На верхней границе атмосферы Земли солнечная радиация составляет около 2 кал/см2 в мин (так называемая солнечная постоянная). Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет ослабляется, и в нем значительно изменяется распределение энергии по разным участкам спектра излучения. Энергия солнечного электромагнитного излучения варьирует в диапазоне длин волн от 60 до 4000 нм.
В среднем из той части солнечного излучения, которое доходит до верхних слоев атмосферы, около 42 % отражается атмосферой в космическое пространство, 15 % поглощается атмосферой и идет на ее нагревание (превращается в тепловую энергию) и только 43 % достигает поверхности Земли, поступая в распоряжение биосферы. Эта доля состоит из прямой солнечной радиации (27 %) и рассеянной (диффузной) радиации (16 %).

1. Особые свойства воды. Физиологическая роль воды в живом организме?

В жизни всех организмов вода выступает как важнейший экологический фактор. Все живые организмы содержат воду (от 70 до 98 % от массы тела). Живых организмов, не содержащих воду, на Земле не найдено, Она является основной частью протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных соков. Все биохимические процессы в организме (синтез и распад органического вещества, газообмен) осуществляются при достаточном обеспечении водой. Вода с растворенными в ней веществами обусловливает осмотическое давление клеточных и тканевых жидкостей, обеспечивает межклеточный обмен. В период активной жизнедеятельности растений и животных содержание воды в их организмах, как правило, довольно высокое (приблизительно 80.. .90 % от массы тела). В состоянии покоя количество воды в организме может значительно снижаться, однако она не исчезает полностью. Например, в сухих мхах и лишайниках содержание воды в общей массе организмов составляет 5...7 %. Наземные организмы вынуждены постоянно пополнять запасы воды. Поэтому у них в процессе эволюции выработались приспособления, регулирующие водный обмен и обеспечивающие экономное расходование влаги. Эти приспособления могут выражаться в изменении структур (плотные внешние оболочки), модификации физиологических процессов (более экономное использование воды в организме).

Твердая легче жидкой; Замерзает при 0, но в капиллярах не замерзает до -2; при +3.98 наиболее плотная что позволяет выживать всем организмам(вода не промерзает до дна; с повышением температуры уменьшается сжимаемость(до 45); высокая теплоемкость(но она падает при 36..40); для нагревания 0-80 требуется столько же энергии сколько для 80-100; универсальный растворитель; высочайшее поверхностное натяжение (впереди только ртуть).

У всех организмов вода обеспечивает поддержание структуры (высокое содержание воды в протоплазме), служит растворителем и средой для диффузии, участвует в реакциях гидролиза, служит средой, в которой проходит оплодотворение. У растений вода обеспечивает поддержание структуры, а также транспорт неорганических ионов о органических молекул, прорастание семян (набухание разрыв семенной кожуры и дальнейшее развитие), участвует в фотосинтезе (на молекулярном уровне) и транспирации, т.е. испаряется с поверхности листьев, охлаждая их. У животных вода обеспечивает транспорт веществ внутри организма, способствует охлаждению тела (потоотделение), служит одним из компонентов смазки (например в суставах), обеспечивает опорные функции (гидростатический скелет), выполняет защитную функцию.

1. Что такое экологические стратегии? В чем различие r– и к-видов стратегий, характерные особенности? Что такое r–коэффициент и к-коэффициент?

Экологическая стратегия вида - это совокупность приспособлений организмов, обеспечивающих в конечном cчeтe максимально возможную численность популяции данного вида в конкретном сообществе.
Первая из них r-стратегия развития популяции - присуща видам, обладающим высокой скоростью размножения (т.е. для них характерен высокий уровень биотического потенциала r). Это, как правило, так называемые пионерные виды, быстро осваивающие новые территории и заполняющие их своим потомством. Но r- виды плохо приспособлены к конкуренции и при последующем развитии сообщества вытесняются К-видами. Вторая - К-стратегия - характерна для видов с низкой скоростью размножения, но высокой устойчивостью к действию факторов среды. Скорость размножения этих видов зависит от плотности и остается близкой к уровню равновесия (К). К-виды медленно занимают новые территории, но, освоив их, хорошо приспосабливаются к новым условиям среды.

График->уравнения, описывающие график (dN/dt=r*N; dN/dt=r*N*(K-N)/K)-> сильные и слабые стороны (r: неконкурентноспособность, отсутствие заботы о потомстве. k:низкий биотический потенциал, прихотливость)->ограничения(r – ресурс, k –территория) ->сукцессия(первичная(не было жизни на территории до них);все остальные, кроме первичной)
r – биотический потенциал – часть смерти и часть рождения, то емкая, гинетически закрепленная информация

k – емкость среды – кол-во организмов в конкретной популяции, которая способна комфортно существовать в этой среде
Н-р: Бактерии, тли, однолетние растения ПРОТИВ Млекопитающие, крупные тропические бабочки, кондор, альбатрос, деревья

(+ в тетради)

1. Сравнение двух видов стратегий могут ли они одновременно существовать в одной экосистеме? Примеры.

График(J-образная кривая; S-образная кривая) ->уравнения, описывающие график (dN/dt=r*N; dN/dt=r*N*(K-N)/K)-> сильные и слабые стороны (r: неконкурентноспособность, отсутствие заботы о потомстве. k:низкий биотический потенциал, прихотливость)->ограничения(r – ресурс, k –территория) ->сукцессия(первичная;все остальные, кроме первичной)

r – биотический потенциал – часть смерти и часть рождения, то емкая, гинетически закрепленная информация

k – емкость среды – кол-во организмов в конкретной популяции, которая способна комфортно существовать в этой среде.
Н-р: Бактерии, тли, однолетние растения ПРОТИВ Млекопитающие, крупные тропические бабочки, кондор, альбатрос, деревья

(+ в тетради)

1. Какие типы саморегулирующихся систем вы знаете (определение, чем характеризуются, примеры).

- это система с обратной связью, способная реагировать на внешние и внутренние изменения так, чтобы сохранялось состояние динамического равновесия.

Устойчивость саморегулирующихся систем определяет их способность возвращаться в исходное состояние после небольшого отклонения. В этом случае действует принцип Ле Шателье-Бpaунa: при внешнем воздействии, выводящем систему из устойчивого равновесного состояния, равновесие смещается в том направлении, в котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Н-р: организм человека, биосфера — это саморегулирующаяся система, в которой все живые организмы связаны между собой.

Закрытая: постоянство вещества-вещество не убывает и не прибывает. Оно находится в постоянном круговороте (планета Земля)

Открытая: вещества в системе как прибывают так и убывают, делая оборот по системе.(абсолютно все системы на планете Земля: травинка, заяц). Энергия идет единым потоком линейно. Все открытые системы тесно завязаны на круговороте систем.

Изолированная: Закрытость по веществу и по энергии (только искусственно созданные системы)

1. Три принципа построения долгоживущих саморегулируемых (кибернетических) систем. Сумма каких интегральных показателей при этом рассматриваются в экосистемах?

Кибернетические системы – сложная, многокомпонентная, саморегулирующаяся самодостаточная, долгоживущая система. Н-р: ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

1)Строение по фракталу (Фрактал – наименьшая структурная единица целого (н-р: клетка))

2)Сумма всех структурно-функциональных интегральных показателей должна свестись к 0. Сумма (интеграл)=0. (В,Р,R,E). В-биомасса, Р-продукция, R-диструкция, Е-энергия. Р/ R стремится к 1. Р-образование органического вещества. R-разрушение сложных веществ до простых (СО2, Н2О, неорг соли)

3)Система должна иметь избирательные границы

1. Основное свойство экосистем. Какой закон его определяет и как он реализуется?

Экосистема – все биологическое сообщество в целом, окружающая среда и множество взаимозависимых отдельных компонентов, связанных причинно-следственными связями, образующими единое целое. Т.е: биоценоз+экотоп=экосистема ИЛИ (комплекс взаимосвязанных между собой популяций живых организмов)+( совокупность факторов среды обитания)
Главное свойство: любой кибер (экосистема) умеет совершать круговорот веществ или обмен веществ. З-н биогенной миграции атомов по В.И.Вернадскому: Миграция хим элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества(биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время заселяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течении всей геологической истории.

1. Дать определение эмерджентности. Принцип управления саморегулирующихся долгоживущих (кибернетических) систем.

Эмерджентность (от англ. emergence - появление) - универсальная характеристика систем, в том числе экосистем, заключающаяся в том, что свойства системы как целого не являются простой суммой свойств слагающих ее частей или элементов; внезапное появление новых свойств при переходе с одного уровня организации на другой(молекула – клетка). Эмерджентность не зависит от свойств компонентов. По мере объединения компонентов в более крупные функциональные единицы, у последних возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне (уровне компонентов). Такие качественно новые, эмерджентные, свойства системного уровня организации нельзя предсказать исходя из свойств компонентов составляющих этот уровень или единицу.

Управление: Существование систем немыслимо без прямых и обратных связей. Прямая - такая связь, при которой один элемент (А) действует на другой (Б) без ответной реакции. Если ответная реакция существует, то говорят об обратной связи. Этот тип связи играет существенную роль в функционировании экосистем и определяет их устойчивость и развитие. Обратные связи бывают положительные и отрицательные. Положительная обратная связь обусловливает усиление процесса в одном направлении (усиливают отклонение от нормы). Н-р: после вырубки леса заболачиваются территории, появляются сфагновые мхи (влагонакопители), заболачивание усиливается. Отрицательная обратная связь вызывает в ответ на усиление действия элемента А увеличение противоположной по направлению силы действия элемента Б (уменьшает отклонение от нормы). Это наиболее распространенный и важный тип связей в природных экосистем. На них прежде всего базируются устойчивость и стабильность экосистем. Н-р:между хищником и жертвой.

1. Какая связь между веществом и энергией (в чем заключена энергия)? Сколько раз может использоваться вещество и энергия в экосистеме?

Каждое вещество содержит энергию. Энергия находится в хим связях вещества. Любое завязывание хим связей является аккумулятором энергии.

В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным компонентам экосистемы, энергия может быть использована только один раз, т. е. энергия проходит через экосистему в виде линейного потока.