Занятие "Возрастная структура популяций"
план-конспект занятия по биологии (9, 10, 11 класс)

Занятие «Возрастная структура популяций»

Цель занятия: изучение нового теоретического материала и формирование понятийного аппарата обучающихся.

Задачи:  

1. ознакомление обучающихся со следующими понятиями: возрастная структура популяций, возрастной спектр популяции, типы кривых роста популяций, колебания численности популяций, регуляция численности популяций;
2. формирование навыков работы с информацией, навыков составления конспекта;
3. воспитание интереса к изучению экологических закономерностей и природы Земли в целом.

Оборудование:

1. тетради, ручки;
2. учебная литература по экологии и биологии;
3. ноутбук, электронные презентации, видеоматериалы.

Ход занятия.

1. Организационная часть занятия. Приветствие.
2. Основная часть занятия.

Теоретическая часть занятия.

Возрастную структуру популяции характеризуют средняя продолжительность жизни организмов и соотношение численности или биомассы особей различного возраста. Такое соотношение называют возрастным распределением популяции, то есть распределением численности по возрастным группам. Возрастной состав связан с интенсивностью смертности организмов. Численность особей каждого возрастного класса зависит от величины рождаемости. Популяции происходит в результате совместного действия процессов размножения и процессов смертности.

В пределах одной и той же популяции со временем могут происходить значительные изменения возрастной структуры.

Анализ возрастной структуры популяций и выделение возрастных групп у растений и животных производятся по-разному.

У растения абсолютный возраст и возрастное состояние (этап индивидуального развития) не тождественны. Особи разных возрастных состояний могут иметь один календарный возраст, и наоборот. В жизненном цикле растений выделяют около десяти возрастных состояний, объединенных в четыре периода:

1) период покоя (семена),

2) вегетативный (молодые неплодоносящие растения),

3) генеративный (плодоносящие)

4) сенильный (старческий, отмирающие растения).

Соотношение особей популяции по этим состояниям называют возрастным спектром популяции. По этому показателю оценивается способность популяции к самоподдержанию, положение вида в сообществе, прогноз развития популяции.

        Возрастная структура у популяций животных зависит от особенностей размножения вида и продолжительности жизни особей. В связи с этим в популяции может быть одна генерация (поколение) или две, три и более генераций. В сложных разновозрастных популяциях присутствуют возрастные группы нескольких генераций. Такие популяции наиболее устойчивы.

        Анализ возрастной структуры позволяет прогнозировать численность популяций на ряд ближайших поколений и лет, что применяется, к примеру, для оценки возможностей промысла рыбы, в охотничьем хозяйстве, в зоологических исследованиях.

        Особенности возрастной структуры определяют многие свойства популяции как системы. Популяция, включающая в себя много возрастных групп, в меньшей степени подвержена влиянию факторов, определяющих успешность размножения в конкретном году. Даже крайне неблагоприятные условия размножения, способные приводить к полной гибели приплода, не являются катастрофическими для популяции сложной структуры, так как одни и те же родительские пары участвуют в воспроизводстве несколько раз.

        Например, одна и та же самка трески может нереститься ежегодно в течение девяти лет с шестилетнего до пятнадцатилетнего возраста. Самка горбуши нерестится в возрасте двух лет и погибает сразу после нереста. Возникновение неблагоприятных условий для нереста горбуши сразу же вызовет значительное сокращение численности всей популяции.

        Многовозрастные популяции гораздо менее чувствительны по отношению к кратковременным изменениям факторов, неблагоприятно влияющих на на отдельные популяционные подгруппы, например, молодь. При этом любые воздействия, приводящие к заметному изменению величины численности отдельного возрастного класса, остаются заметными и влияют на состав многовозрастной популяции в течение гораздо более длительного времени. Таким образом, следы изменений условий жизни сохраняются в облике популяций со сложными структурами дольше, нежели у простых популяций. Сложные популяции более инерционны или менее подвижны и не способны к столь быстрому наращиванию численности, как это происходит у популяций с простой структурой при благоприятных условиях жизни.

        Популяция не может существовать без постоянных изменений. Динамика популяции – это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени. Главное значение имеют изменение численности популяции, ее биомассы и популяционной структуры.

        Характер увеличения численности популяции может быть различным. Выделяют два типа роста популяций. Одна кривая роста численности популяции имеет J-образное начертание, а другая S-образное начертание. В первом случае плотность популяции увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начинают действовать факторы, ограничивающие рост (например, полное использование популяцией ресурсов среды). При втором типе роста популяция вначале увеличивается медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постепенно замедляется, и наступает равновесие. J-образная кривая называется кривой экспоненциального роста. Она характерна для простейших, грибков и водорослей при заселении ими незанятых территорий. S-образная кривая называется кривой логистического роста. Такой рост наблюдается при интродукции (вселении) или самовселении некоторых видов животных в незанятые этим видом территории.

        Колебания численности популяций. Когда рост популяции завершен. Ее численность начинает совершать колебания вокруг некоторой более или менее постоянной величины. Эти колебания могут быть вызваны сезонными или годовыми изменениями условий жизни.

        У некоторых популяций колебания численности носят циклический характер, Сезонные колебания численности популяций. Например, летом высока численность насекомых, в то время как в зимнее время численность насекомых в умеренных и северных широтах практически равна нулю.

Годичные колебания численности популяций, например, некоторых видов птиц. Циклы трех - четырехлетней периодичности характерны для многих северных мышевидных грызунов (мышей, полевок, леммингов) и их хищников (полярной совы, песцов). В Европе лемминги могут достигать такой высокой плотности, что начинают мигрировать из своих перенаселенных местообитаний. Достигнув моря, многие лемминги тонули.

Наиболее известный пример колебания численности насекомых – циклы саранчовых. Сведения о нашествиях странствующей саранчи в Евразии восходят к глубокой древности. Саранча живет в пустынях и маловодных районах. На протяжении многих лет она не совершает миграций, не пожирает посевов и не привлекает к себе внимания людей. Однако время от времени плотность популяций саранчи достигает огромных размеров. Под влиянием скученности насекомые претерпевают ряд изменений своего облика, например, у них развиваются более длинные крылья. Саранча мигрирует в земледельческие районы. Съедая все на своем пути. Рост популяций саранчи в годы вспышек численности происходит по типу J-образной кривой. И у леммингов, и у саранчи не каждый случай нарастания численности сопровождается миграцией.

Более сложный характер имеют колебания численности некоторых видов насекомых-вредителей в европейских лесах, например, бабочек сосновой пяденицы, лиственничной листовертки и других, личинки которых питаются листьями деревьев. Пики численности повторяются примерно через 4-10 лет. Колебания численности этих видов определяются и динамикой биомассы деревьев, и колебаниями численности насекомоядных птиц. По мере возрастания биомассы деревьев в лесу наиболее крупные и старые деревья становятся восприимчивыми к гусеницам листовертки-почкоеда и часто погибают от дефолиации (уничтожения листьев). Отмирание и разложение древесины возвращает в лесную почву питательные вещества, которые используют для своего развития молодые деревья, менее чувствительные к нападению насекомых. Росту молодых деревьев способствует и увеличение освещенности леса из-за гибели старых деревьев с большими кронами. Численность листовертки-почкоеда снижается благодаря насекомоядным птицам. Однако в результате роста деревьев ее численность начинает увеличиваться, и процесс повторяется.

Если рассматривать существование хвойных лесов в больших промежутках времени, то ясно, что листовертка периодически омолаживает систему хвойного леса, и таким образом, представляет ее неотъемлемую часть. Поэтому возрастание численности этой бабочки не представляет собой экологическую катастрофу, как это может показаться всякому, кто видит умирающие деревья на определенной стадии цикла.

Регуляция численности популяции. Известны случаи, когда в условиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят резкие изменения физиологического состояния. Такие изменения затрагивают эндокринную систему животных, и это сказывается на их поведении. Изменяется и устойчивость к стрессам и заболеваниям. Именно поэтому увеличивается смертность особей в популяции и снижение ее плотности. Например, зайцы-беляки в периоды пика численности часто внезапно погибают от «шоковой болезни».

Такие механизмы могут быть отнесены к внутренним регуляторам численности, они срабатывают автоматически, как только плотность популяции превысит некоторое пороговое значение.

В целом все факторы, оказывающие влияние на численность популяции (ограничивающие и благоприятные росту численности), разделяют на две большие группы:

1) не зависящие от плотности популяции;

2) зависящие от плотности популяции.

Факторы, зависящие от плотности популяции, называют регуляторными факторами. Экологи рассматривают эти факторы как один из главных механизмов, предотвращающих перенаселение.

Практическая часть занятия: просмотр видеоматериалов и электронных презентаций.

Задание: обсудите в группе значение механизмов саморегуляции численности популяции для жизнедеятельности экосистемы в целом.

3. Заключительная часть занятия. Подведение итогов занятия.