Список вопросов для экзамена

8

Господа студенты! Перед Вами список вопросов для экзамена по экологии. Они до некоторой степени условно разделены на две группы: (1) про популяцию, взаимодействие популяций и сообщество и (2) про биосферу, экосистему, круговороты элементов и поток энергии. Вопросы из этих двух групп будут напечатаны на бумаге разного цвета. Вы тащите два вопроса и таким образом случайно комбинируете свой билет. Если я колеблюсь в оценке, то даю небольшие дополнительные вопросы, которые напечатаны на бумаге. Вопросы эти скорее на сообразительность. Например, какие сведения надо запросить у мэрии, если мэр Москвы попросит Вас рассчитать ожидаемую продолжительность жизни в г. Москве, опираясь на данные, полученные в течение прошлого года. Или как будет меняться в течение некоторого времени удельная смертность популяции, если известно, что популяция росла экспоненциально и приведена линия, описывающая изменение удельной рождаемости за то же время. Или вам будет дана картинка – трехмерный график, показывающий сезонные изменения содержания СО₂ в атмосфере Земли на разных широтах в течение трех лет подряд, а вам надо объяснить, какие факторы определяют эту динамику. Некоторые из этих вопросов разобраны на сайте ЭЛЕМЕНТЫ (см.: раздел «Задачи»: http://elementy.ru/problems ).

Для подготовки к экзаменам рекомендую обратиться к собственным конспектам моих лекций, к презентациям, выложенным на сайте кафедры общей экологии: http://ecology.genebee.msu.ru/4_UCHEB/kursy.htm

И не только к презентациям моих лекций, но и лекций Леонарда Владимировича Полищука (он будет также участвовать в приеме экзаменов).

А также к учебникам (в каком-то количестве есть в библиотеке):

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: особи, популяции и сообщества. М.: Мир, 1989, в 2-х томах. PDF есть здесь (файлы .djvu)

http://www.cepl.rssi.ru/textbooks.htm

Гиляров А.М. Популяционная экология. М.: Изд-во Московск. гос. унив-та, 1990. PDF здесь: http://www.cepl.rssi.ru/Giliyarov.pdf

Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука, 2003

В формате .djvu : http://www.internet-biblioteka.ru/69-zavarzin-lekcii-po-prirodovedcheskoj.html

Должен признаться, что у меня этот формат djvu НЕ открывался. Кажется, нужно иметь DjVuReader.

Также очень рекомендую просмотреть новости науки на сайте ЭЛЕМЕНТЫ. Прежде всего в рубрике «Экология»: http://elementy.ru/news?theme=26460

и по авторам: http://elementy.ru/news?theme=1549629

С пожеланием успеха

Ваш А.Гиляров

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЭКЗАМЕНА ПО ЭКОЛОГИИ для студентов-биологов (осенний семестр 2011 года)

Вопросы про популяцию и сообщества

П1. Два типа экологических факторов: условия и ресурсы. Диапазон условий, в пределах которого возможно существование и размножение организмов. Многомерная модель экологической ниши. Взаимодействие факторов. Заменимые и незаменимые ресурсы. Зависимость удельной скорости роста популяции от концентрации лимитирующего ресурса. Сосуществование видов и пороговая концентрация лимитирующего ресурса.

П2. Температура как экологический фактор. Эктотермы и эндотермы. Зависимость скорости развития организмов от температуры. «Эффективная температура» и правило "суммы температур". Количество тепла как фактор, ограничивающий распространение организмов. «Теплокровность» крупных динозавров.

П3. Значение размеров организма для определения их экологических особенностей. Интенсивность обмена и её зависимость от массы тела. Различия между эктотермами и эндотермами. Размеры организма и плотность популяции. Правило энергетической эквивалентности.

П4. Иерархическая структура популяций. Локальные популяции и их совокупности – метапопуляции. «Бутылочное горлышко» низкой численности (пример гепарда). Расселение популяций и связанное с этим изменение генетической структуры. Пример Homo sapiens, расселявшегося из Африки. Пример славки-черноголовки, гнездящейся в Центральной Европе, но мигрирующей на зимовку в разные места.

П5. Популяция в пространстве: случайное, агрегированное (пятнистое) и регулярное размещение особей. Способы оценки разных типов размещения. Территориальность. Связь между размерами организмов и плотностью природных популяции (пример растительноядных млекопитающих). Соотношение зависимостей: «масса тела – плотность популяций» и «масса тела – потребление энергии организмом». Правило энергетической эквивалентности.

П6. Динамика популяции как баланс протекающих в ней процессов. Когортные (динамические) и статические таблицы выживания (дожития): способы их построения. Расчет ожидаемой продолжительности дальнейшей жизни для разных возрастов. Основные типы кривых выживания. Смертность, зависящая и независящая от возраста. Возрастная структура популяции. Изменение возрастной структуры во времени: пример народонаселения России.

П7. Экспоненциальное изменение численности – базовый закон популяционной динамики. Зависимость величины r от характеристик организма (размера и др.), обеспеченности ресурсами и условий среды. Стабильное возрастное распределение, достигаемое в популяции, меняющей свою численность по экспоненциальному закону. Взаимосвязь показателей R₀ и r.

П8. Выявление механизмов, ограничивающих рост численности. Логистическая модель: предпосылки и следствия. Зависимость удельной скорости популяционного роста от плотности: модель и реальные популяции. Эффект запаздывания и автоколебания численности. Воспроизведение автоколебательного режима в лабораторных экспериментах (опыты А.Никольсона). Факторы зависящие и независящие от плотности.

П9. Факторы, определяющие динамику популяций. Циклические колебания численности и их возможные причины. Преобладающий способ регуляции численности («сверху» или «снизу») и положение организмов в цепях питания. Гипотеза Хэйрстона – Смита – Слободкина и её справедливость в отношении водных и наземных экосистем.

П10. Отношения "ресурс - потребитель" (хищник - жертва). Функциональная реакция потребителя на увеличение количества ресурса (числа жертв). Численная реакция потребителя на возрастание количества ресурса. "Пороговая концентрация" ресурса. Изоклина "нулевого прироста" популяции в пространстве двух ресурсов (заменимых и незаменимых).

П11. Неизбежность возникновения колебаний численности организмов в системе "хищник – жертва". Модель Лотки – Вольтерры (уравнения для жертвы и хищника). Условия модели, ограничения и предсказания. Более реалистичный вариант модели, предложенный Розенцвейгом – Макартуром: графическая интерпретация. Попытки создания экспериментальных моделей системы "хищник – жертва" (опыты Г.Ф.Гаузе и К.Хаффейкера). Роль перемещений жертвы и хищника в поддержании равновесной системы.

П12. Взаимоотношения "хищник – жертва" в природе. Коэволюция хищника и жертвы. Примеры различных защитных реакций планктонных животных. Суточные вертикальные миграции планктона. "Цена" защиты от хищников.

П13. Принцип конкурентного исключения (закон Гаузе) и его современная трактовка. Связь между числом устойчиво сосуществующих видов и числом ограничивающих их плотностно-зависимых факторов. Нарушения принципа Гаузе. Механизмы сосуществования конкурирующих видов. «Планктонный парадокс» и возможные способы его разрешения.

П14. Нарушения принципа конкурентного исключения. Сосуществование видов, растущих на поверхности раздела сред и конкурирующих за пространство обитания. Ингибирование одного вида другим. «Цена» средств нападения и средств защиты. Система отношений по типу «камень–ножницы–бумага».

П15. Модели взаимодействия видов через потребление общих ресурсов. "Пороговая концентрация" ресурса и конкурентное преимущество. Вовлеченные трейдоффы. Конкуренция за два ресурса: графическая модель Д.Тилмана. Связь между числом устойчиво сосуществующих видов и числом плотностно-зависимых факторов.

П16. Сообщества, сформированные расселением видов и их локальным вымиранием. Число видов, одновременно присутствующих на острове (модель Макартура – Уилсона). Равновесное число видов как результат баланса процессов заселения острова организмами и их вымирания. Гипотеза нейтральности С.Хаббелла. Экологическая эквивалентность особей разных видов. Различие и сходство ниш как два способа достижения сосуществования видов.

П17. Соотношение частот встречаемости видов разной численности и способы его описания: логарифмические серии, логнормальное распределение. Проблема выживания в сообществе редких видов. Возможные преимущества редкости (гипотеза Джанзена – Коннела). Индексы видового разнообразия, их зависимость от числа видов и соотношения численностей разных видов. Сообщество как текст. Информационный индекс видового разнообразия (Р.Маргалеф).

П18. Альтернативные способы достижения организмами жизненного успеха. Представление о трейдоффе – компромиссе между жизненно важными функциями, имеющими общее энергетическое обеспечение. Идея r- и К-отбора. Основные типы жизненных стратегий растений. Система Л.Г.Раменского (виоленты, патиенты, эксплеренты) и система Ф.Грайма (С–S–R: компетиторы, стресс-толеранты, рудералы). «Стресс» и «нарушение» как факторы, определяющие формирование в ходе эволюции разных типов жизненных стратегий.

П19. «Биоразнообразие». Оценка общего числа видов организмов, существующих на Земле. Определяющий вклад насекомых тропических лесов. Соотношение числа видов деревьев и связанных с ними насекомых. Ограниченная видоспецифичность фитофагов. Распределение числа видов по размерным классам организмов. Рост видового богатства при увеличении площади обследования для организмов разных размерных групп.

П20. Эволюционные аспекты экологии. Разные способы достижения приспособленности. Гетеробатмия экологических систем. Естественный отбор. Необходимость меняться для поддержания соответствия среде (гипотеза «Чёрной королевы»). Особенности эволюционных изменений прокариот и эукариот. Пресс хищников как фактор отбора. Недостатки и преимущества редких видов.

Вопросы про экосистемы и биосферу

Б1. Обменные процессы, связывающие организмы со средой. Зависимость организмов от разных источников энергии и разных источников углерода. Набор основных биогенных элементов. Опосредованное организмами взаимодействие глобальных циклов углерода и кислорода. Роль в этом взаимодействии прокариот и эукариот. Фотосинтез и свободный кислород атмосферы.

Б2. Первичная продукция. Хемоавтотрофы и фотоавтотрофы. Валовая и чистая продукция. Способы определения продукции фитопланктона. Основные группы продуцентов в водных и наземных экосистемах. Особенности распределение величины первичной продукции по поверхности планеты. Основные факторы, ограничивающие первичную продукцию на суше и в океане.

Б3. Использование первичной продукции в трофических цепях. Пастбищная и детритная пищевые цепи. Трофическая сеть и трофические уровни. Пирамида продукций. Ограничение биомассы трофического уровня «снизу» (нехваткой ресурсов) и «сверху» (прессом хищников). Зависимость доминирующего способа ограничения биомассы растений в зависимости от числа трофических уровней. Каскадный эффект (пример – опосредованное воздействие рыб на фитопланктон).

Б4. Вторичная продукция (продукция животных). Способы определения. Энергетический баланс организма. Использование усвоенной пищи на рост и траты на обмен. Эксперимент В.С.Ивлева.

Б5. Взаимодействия растений и растительноядных животных. Механизмы защиты наземных растений от поедания фитофагами. Обратная связь между защищенностью от фитофагов и скоростью роста. Химические средства защиты растений общего и специализированного действия. Вещества, выделяемые растениями в ответ на потребление их фитофагами (репелленты и аттрактанты).

Б6. Эксплуатация и интерференция. Теоретический подход к изучению конкуренции. Модель Вольтерры – Лотки – Гаузе и её возможные ограничения. Лабораторные опыты по конкуренции. Модели взаимодействия видов через потребление общих ресурсов. "Пороговая концентрация" ресурса и конкурентное преимущество. Трейдофф между способностью существовать при низкой концентрации пищи и скоростью размножения при обилии ресурса. Конкуренция за два ресурса: графическая модель Д.Тилмана.

Б7. Жизнь в толще воды. Стратификация водной толщи. Проникновение света в толщу воды. Основные группы продуцентов: фитопланктон и макрофиты. Факторы, ограничивающие продукцию фитопланктона. Относительные количества основных биогенных элементов (углерода, азота, фосфора) в телах организмов. Соотношение Редфильда. Зоопланктон и его роль в минерализации органического вещества. Гетеротрофные бактерии. Взвешенное и растворенное органическое вещество. Детрит. Схема потоков вещества и энергии в пелагической экосистеме.

Б8. Наземные экосистемы. Особенности их организации, отличия от водных экосистем. Определяющая роль высших растений и связанной с ними почвы. Важность детритных пищевых цепей. Почва и происходящие в ней процессы трансформации вещества. Роль животных, бактерий и грибов. Принципиальные отличия трофической организации наземных экосистем от пелагических.

Б9. Содержание углерода в литосфере, атмосфере, гидросфере и биоте. Геохимический цикл углерода и встраивание в него организмов. Выветривание карбонатов и силикатов. Возврат СО₂ при повторном образовании в океане карбонатов (но не силикатов). Высачивание СО₂ из земных недр. Содержание диоксида углерода в атмосфере: многолетние (за сотни тысяч лет) колебания по данным анализа ледовых кернов в Антарктиде. Определение палеотемператур.

Б10. Содержание диоксида углерода в атмосфере: многолетние (за сотни тысяч лет) колебания по данным анализа ледовых кернов в Антарктиде. Корреляция с изменениями температуры. Циклы Миланковича как пусковые механизмы последующих оледенений и потеплений. Динамика СО₂ в атмосфере за миллионы лет: способы оценки, рост при потеплении 305 -265 миллионов лет тому назад. Современная динамика содержания СО₂ в атмосфере. Сезонные колебания на разных широтах.