11277 (Биология), страница 11

Основные подходы в современной экологии – популяционный и экосистемный и соответствующие задачи. Экология как междисциплинарная область знаний и как мировоззрение организации человеческой деятельности в условиях жесткого экологического императива (Ю. Одум, М.С. Гиляров, В.Д. Федоров, И.А. Шилов, А.М. Гиляров, Н.Н. Моисеев, М. Бигон и др.).

Разделы экологии. Разные точки зрения на структуру экологии.

Методы экологии. Системный подход. Понятие о системе, ее элементах, структуре, свойствах. Мониторинг – интегральная оценка качества среды на основе системного подхода. Биомониторинг, биоиндикация. Микрокосмы – искусственные частично замкнутые и самоподдерживающиеся многовидовые системы, предназначенные для изучения влияния факторов среды на сообщества.

Методы контроля воздействия хозяйственной деятельности на экосистемы: экологический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов, природно-производствненных комплексов, территорий; экологическая экспертиза.

Экология особи

Организм – дискретная самовоспроизводящаяся структура. Унитарные и модулярные организмы. Ценоорганизмы – многовидовые системы организменного ранга (И.П. Лаптев). Арена жизни. Среда обитания (среда жизни), экологический фактор, ресурс, условия жизни. Классификация экологических факторов. Ареал, биотоп, стация. Распределение особей в пределах ареала: репродукционный и трофический ареал, миграционные пути.

Общие принципы адаптации организмов. Основные понятия: адаптация генетическая и негенетическая, гомеостаз, акклимация, акклиматизация, приспособленность. Пределы адаптивных возможностей организмов – экологическая валентность вида. Эври- и стенобионтные виды. Диапазон переносимых колебаний факторов на клеточно-тканевом, организменном и популяционном уровнях.

Общие закономерности воздействия факторов среды на организмы и их ответные реакции: зоны оптимума, нормы и пессимума. Относительность величины зоны оптимума. Энергозатраты на адаптацию. Механизмы приспособления различных уровней структурной иерархии – сообщество, популяция, организм, фенотип, генотип – к среде обитания. Адаптация биосистемы как процесс подгонки оптимумов под изменившиеся условия среды (Э. Лекявичюс).

Лимитирующие факторы. “Закон минимума” Ю. Либиха. “Закон” толерантности В. Шелфорда. Фундаментальные перестройки морфологии и физиологии в эволюции различных таксонов животных и растений как адаптация к лимитирующим факторам.

Комплексное воздействие факторов. Принципы смены местообитаний. Правило предварения. Принципы экологической классификации организмов. Экоморфа (жизненная форма) как система эколого-морфологической адаптации организменного уровня.

Солнечное излучение и его составляющие. Экологические характеристики ультрафиолетовой, инфракрасной радиации и видимого света. Альбедо – мера отраженного излучения и причины, определяющие его величину. Значение компонентов видимого света в жизнедеятельности животных и растений. Ритмы солнечной активности и ритмы биологических явлений в биосфере (А.Л. Чижевский, Л.С. Берг, А.А. Максимов и др.).

Температура и организмы. Принципы классификации организмов. Пойкило- и гомойотермы, эндо- и эктотермы. Характеристика гомойотермии. Влияние температуры на развитие: активные температуры, сумма эффективных температур, температурный коэффициент Q₁₀, термопериодизм, формообразование. Механизмы терморегуляции. Пути теплоотдачи. Противоточные теплообменники. Химическая терморегуляция: источники дополнительного тепла; географическая и эволюционная изменчивость.

Вода и организмы. Биологическое значение воды. Классификация организмов по их потребностям в воде. Адаптация растений и животных к содержанию воды в среде. Обеспеченность местообитаний животных водой и формы выделения продуктов белкового обмена.

Совместное действие температуры и влажности. Гигро- и климограммы, биоклимограммы. Гидротермический коэффициент и ареалы распространения организмов.

Эдафические факторы. Особенности почвы как среды обитания организмов. Причины многообразия организмов в почве. Экологичес­кие группы организмов почвы и их роль в почвообразовании.

Адаптивные биологические ритмы. Биологические часы и их

проявление в живой природе. Механизмы регуляции циркадных и цирканных ритмов. Фотопериодическая реакция живых организмов.

Антропогенные факторы. Основные формы воздействий человека на природу.

Экология популяций

Разные точки зрения на сущность понятия "популяция" в экологии и генетике. Популя­ция как “панмиктическая единица”, “хорологическая единица”, “структурно-организационная единица”. Типы популяций по их способности к самовоспроизведению и их роль в эволюции вида: перманентная и темпоральная популяции (Г.Х. Шапошников). Частные случаи перманентной популяции: независимые, полузависимые (В.Н. Беклемишев). Частные случаи темпоральной популяции – псевдопопуляция, зависимая и временная популяция (В.Н. Беклемишев). Типы популяций по способу размножения – панмиктические, клональные, клонально-панмиктические. Популяции растений.

Статические характеристики популяции: численность, плотность, структура (возрастная, половая, пространственная, этологическая). Типы распределения особей в пространстве и статистические методы их распознавания. Типы использования территории. 1. Интенсивный тип. Оседлые животные. Участки обитания и их типы. Формы "индивидуализации" территории. Механизмы интеграции особей. 2. Экстенсивный тип. Кочевые живот­ные (номадные). Преимущества группового образа жизни. Механизмы, определяю­щие пространственную структуру стада (стаи).

Этологическая структура. Доминирование и иерар­хия оседлых видов. Ранговые физиологические отличия. Иерархия в стадах и стаях. Внутристадные группировки - структурная основа управляемости стада. Физиологические механизмы формирования и поддержания структуры взаимоотношений в популяции. Типы соотношений пространственной и этологической структуры популяций позвоночных животных (И.А. Шилов). Эффект группы. Массовый эффект.

Половая структура. Первичное, вторичное и третичное соотношение полов. Экологические различия полов.

Возрастная структура. Причины, определяющие возрастной состав популяции. Возрастная структура популяций животных, способы ее выражения. Экологические различия возрастных групп.

Структура фитопопуляций. Особи – структурные единицы фитопопуляций. Особь унитарных организмов – генет, модулярных организмов-рамет. Многообразие форм и свойств особей в популяциях. Основные категории структуры фитопопуляций. Генетическая, возрастная, размерная, половая. Виталитет. Популяционная структура видов растений.

Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, иммиграция, скорость роста популяции. Типы кривых выживания – распределение смертности по возрастам. Когортные таблицы выживания для популяций с неперекрывающимися и перекрывающимися поколениями. Статические таблицы выживания. Возрастная таблица плодовитости. Расчет ожидаемой продолжительности жизни.

Типы роста популяций. Условия экспоненциального и логистического (S-образного) роста численности. Предельная численность, емкость среды, сопротивление среды.

Типы экологических стратегий. K- и r-стратегии. Система эколого-ценотических стратегий растений (система Раменского-Грайма). Жизненность.

Динамика численности популяций. Факторы динамики: модифицирующие и регулирующие. Биоценотические и внутривидовые регуляторные механизмы. Территориальное поведение и иерархическая структура популяций – механизмы авторегуляции. Способы регуляции численности в зависимости от положения организмов в пищевой цепи. Регуляционизм и стохастизм. Способы регулирования численности через зависимые от плотности факторы – рождаемость и смертность. Реагирование растений на повышение плотности популяции. Правило Сукачёва и результаты его экспериментальной проверки. Типы динамики численности. Популяционные волны (волны жизни) и их значение. Общие принципы регуляции численности организмов.

Экология сообществ

Сообщество. Биоценотические постулаты В. Тишлера (Н.В. Реймерс). Правило замещения, или дублирования. Различные взгляды на природу сообществ: выделение сообществ, соотношение дискретности и континуальности. Экоклин.

Структура сообщества. Видовая структура. Причины, влияющие на видовое разнообразие и его показатели. Соотношение числа видов и их численности. Экологическая структура: соотношение экологических групп, жизненных форм. Пространственная структура: ярусное и мозаичное сложение.

Устойчивость сообществ. Связь между сложностью сообщества и его устойчивостью. Хрупкость сложных сообществ, развивающихся в стабильных средах.

Отношения организмов в биоценозах. Трофические, топические, форические и фабрические связи. Отношения хищник-жертва. Функциональная и численная реакция хищника на возрастание количества жертвы. Колебания системы хищник-жертва. Коэволюция хищника и жертвы

Конкуренция. Эксплуатация и интерференция (Т. Парк). Лабораторные опыты с простейшими, микроорганизмами и насекомыми. Принципы конкурентного исключения (закон Гаузе) и его современная трактовка. Сосуществование видов.

Мутуализм. Примеры мутуализма среди животных и животных с растениями. Другие формы межвидовых взаимоотношений: паразитизм, синойкия, комменсализм, аменсализм.

Экологические ниши. Направления развития концепции экологических ниш (Гринелл, Элтон, Хатчинсон, Гаузе). Многомерная ниша Хатчинсона. Перекрывание ниш. Одномерные иерархические ниши (Е.И. Хлебосолов). Экологические викариаты.

Концепция экосистемы. Структурные элементы и процессы, обеспечивающие функционирование экосистемы. Петли обратных связей. Среда на входе и среда на выходе. Проблема проведения границ экосистемы. Экотон. Краевой эффект.

Биогеоценоз. Структура, связи, границы. Биогеогоризонты, ярусы, парцеллы, консорции в биогеоценотических системах. Сходство и различие экосистемы и биогеоценоза.

Энергетика экосистемы. Функциональный состав сообщества. Пищевые цепи, их типы. Трофические уровни. Передача энергии в экосистеме. Законы термодинамики, лежащие в основе функционирования экосистем. Энтропия экосистемы. Экологическая эффективность. Биологический круговорот веществ. Биологическая продуктивность. Первичная и вторичная продукции сообщества. Экологические пирамиды.

Водные экосистемы. Вода как среда жизни. Экологическая зональность морских и пресных водоемов (на примере озера). Свойства воды – теплоемкость, теплопроводность, плотность, соленость и другие – и приспособление к ним живых организмов. Причины ограниченности эволюции теплокровности у водных животных. Экологические группы организмов населения водоемов. Трофическая структура водных биогеоценозов.

Особенности наземных и водных экосистем. Роль высших и низших растений, соотношение продукции и биомассы животных и растений, разнообразие видов организмов, световой режим, типы пищевых цепей, градиент давления.

Почва – среда, промежуточная между наземной и водной. Ее роль в эволюции животного мира (М.С. Гиляров). Трофическая структура почвенных экосистем.

Биомная классификация экосистем Земли. Разнообразие и состояние биомов суши в России.

Сельскохозяйственные экосистемы, или аргоэкосистемы (АгрЭС). Отличие и сходство агробиоценоза и естественного биогеоценоза. Энергетический бюджет системы. Человеческая деятельность – дополнительный суровый фактор естественного отбора для комплексов организмов, заселяющих посевы культурных растений. Пути приспособлений беспозвоночных животных к смене сельскохозяйственных культур (М.С. Гиляров). Главные модули самоорганизации в АгрЭС (Б.М. Миркин).

Динамика экосистем. Циклические изменения сообществ – флюктуации (суточные, сезонные, многолетние). Сукцессии. Аутогенные и аллогенные сукцессии. Эндо- и сингенез. Первичные и вторичные сукцессии. Этапы развития сукцессий – сериальные стадии. Формирование климаксового сообщества. Общие закономерности сукцессий. Устойчивость и стабильность экосистем. Интегральная оценка уязвимости экосистем суши Российской Федерации.

Учение о биосфере

Понятие "биосфера" и роль в его формировании Ж.-Б. Ламарка, Э. Зюсса, В.И. Вернадского.Учение В.И. Вернадского (1863-1945) о биосфере. Определение понятия, границы биосферы. Оболочки (геосферы) Земли, охватывае­мые биосферой: атмосфера, гидросфера, земная кора (литосфера), их особенности. “Область былых биосфер”.

Структура (компоненты) биосферы. Живое вещество. Биогеохи­мические функции живого вещества. Соотношение понятий "биосфера", "биогеосфера", "биогеоценотический покров", "фитогеосфера", "пленка жизни".

Эволюция биосферы. Идеи В.И. Вернадского о переходе биосферы в ноосферу. Идеалис­тические представления Ле Руа и Теяр-де-Шардена. Свойства ноо­сферы.

. Охрана природы

Теоретические основы охраны природы. Определение понятия "охрана природы", развитие форм охраны, аспекты. Классификация природных ресурсов.Краткая история развития охраны природы

Природоохранные действия до н.э., в XI-XVII вв., 1805-1917 г.Зарождение природоохранного движения в России. Подходы к охране природы. Роль ученых в становлении движения: И.П. Бородин, В.В. До­кучаев. Г.А. Кожевников, А.П. Семёнов-Тян-Шанский. Создание Государственного комитета по охране природы.