Правило Линдемана (10%)

Сквозной поток энергии, проходя через трофические уровни биоценоза, постепенно гасится. В 1942 г. Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий, или закон (правило) 10%, согласно которому с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице»: продуцент - консумент - редуцент) в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Обратный поток, связанный с потреблением веществ и продуцируемой верхним уровнем экологической пирамиды энергии более низкими ее уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее - не более 0,5% (даже 0,25%) от общего ее потока, и потому говорить о круговороте энергии в биоценозе не приходится.

Если энергия при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды десятикратно теряется, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных, в примерно такой же пропорции увеличивается. Этот факт фиксирован в правиле биологического усиления. Оно справедливо для всех ценозов. В водных биоценозах накопление многих токсичных веществ, в том числе хлорорганических пестицидов, коррелирует с массой жиров (липидов), т.е. явно имеет энергетическую подоснову.

Экологические пирамиды

Для наглядности представления взаимоотношений между организмами различных видов в биоценозе принято использовать экологические пирамиды, различая пирамиды численности, биомасс и энергии.

Среди экологических пирамид наиболее известными и часто используемыми являются:

§ Пирамида численности

§ Пирамида биомасс

Пирамида численности. Для построения пирамиды численности подсчитывают число организмов на некоторой территории, группируя их по трофическим уровням:

§ продуценты - зеленые растения;

§ первичные консументы - травоядные животные;

§ вторичные консументы - плотоядные животные;

§ третичные консументы - плотоядные животные;

§ га-е консументы («конечные хищники») - плотоядные животные;

§ редуценты - деструкторы.

Каждый уровень изображается условно в виде прямоугольника, длина или площадь которого соответствуют численному значению количества особей. Расположив эти прямоугольники в соподчиненной последовательности, получают экологическую пирамиду численности (рис. 3), основной принцип построения которой впервые сформулировал американский эколог Ч. Элтон Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004..

Рис. 3. Экологическая пирамида численности для луга, поросшего злаками: цифры - число особей

Данные для пирамид численности получают достаточно легко путем прямого сбора образцов, однако существуют и некоторые трудности:

§ продуценты сильно различаются по размерам, хотя один экземпляр злака или водоросли имеет одинаковый статус с одним деревом. Это порой нарушает правильную пирамидальную форму, иногда давая даже перевернутые пирамиды (рис. 4) Там же.;

Рис.

§ диапазон численности различных видов настолько широк, что при графическом изображении затрудняет соблюдение масштаба, однако в таких случаях можно использовать логарифмическую шкалу.

Пирамида биомасс. Экологическую пирамиду биомасс строят аналогично пирамиде численности. Ее основное значение состоит в том, чтобы показывать количество живого вещества (биомассу - суммарную массу организмов) на каждом трофическом уровне. Это позволяет избежать неудобств, характерных для пирамид численности. В этом случае размер прямоугольников пропорционален массе живого вещества соответствующего уровня, отнесенной к единице площади или объема (рис. 5, а, б) Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004.. Термин «пирамида биомасс» возник в связи с тем, что в абсолютном большинстве случаев масса первичных консументов, живущих за счет продуцентов, значительно меньше массы этих продуцентов, а масса вторичных консументов значительно меньше массы первичных консументов. Биомассу деструкторов принято показывать отдельно.

Рис. 5. Пирамиды биомасс биоценозов кораллового рифа (а) и пролива Ла-Манш (б): цифры - биомасса в граммах сухого вещества, приходящегося на 1 м 2

При отборе образцов определяют биомассу на корню или урожай на корню (т.е. в данный момент времени), которая не содержит никакой информации о скорости образования или потребления биомассы.

Скорость создания органического вещества не определяет его суммарные запасы, т.е. общую биомассу всех организмов каждого трофического уровня. Поэтому при дальнейшем анализе могут возникнуть ошибки, если не учитывать следующее:

* во-первых, при равенстве скорости потребления биомассы (потеря из-за поедания) и скорости ее образования урожай на корню не свидетельствует о продуктивности, т.е. о количестве энергии и вещества, переходящих с одного трофического уровня на другой, более высокий, за некоторый период времени (например, за год). Так, на плодородном, интенсивно используемом пастбище урожай трав на корню может быть ниже, а продуктивность выше, чем на менее плодородном, но мало используемом для выпаса;

* во-вторых, продуцентам небольших размеров, например водорослям, свойственна высокая скорость роста и размножения, уравновешиваемая интенсивным потреблением их в пищу другими организмами и естественной гибелью. Поэтому продуктивность их может быть не меньше чем у крупных продуцентов (например, деревьев), хотя на корню биомасса может быть мала. Иными словами, фитопланктон с такой же продуктивностью, как у дерева, будет иметь намного меньшую биомассу, хотя мог бы поддерживать жизнь животных такой же массы.

Одним из следствий описанного являются «перевернутые пирамиды» (рис. 3, б). Зоопланктон биоценозов озер и морей чаще всего обладает большей биомассой, чем его пища - фитопланктон, однако скорость размножения зеленых водорослей настолько велика, что в течение суток они восстанавливают всю съеденную зоопланктоном биомассу. Тем не менее в определенные периоды года (во время весеннего цветения) наблюдают обычное соотношение их биомасс (рис. 6) Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004..

Рис. 6. Сезонные изменения в пирамидах биомассы озера (на примере одного из озер Италии): цифры - биомасса в граммах сухого вещества, приходящегося на 1 м 3

Кажущихся аномалий лишены пирамиды энергий, рассматриваемые далее.

Пирамида энергий. Самым фундаментальным способом отражения связей между организмами разных трофических уровней и функциональной организации биоценозов является пирамида энергий, в которой размер прямоугольников пропорционален энергетическому эквиваленту в единицу времени, т.е. количеству энергии (на единицу площади или объема), прошедшей через определенный трофический уровень за принятый период (рис. 7) Там же.. К основанию пирамиды энергии можно обоснованно добавить снизу еще один прямоугольник, отражающий поступление энергии Солнца.

Пирамида энергий отражает динамику прохождения массы пищи через пищевую (трофическую) цепь, что принципиально отличает ее от пирамид численности и биомасс, отражающих статику системы (количество организмов в данный момент). На форму этой пирамиды не влияют изменения размеров и интенсивности метаболизма особей. Если учтены все источники энергии, то пирамида всегда будет иметь типичный вид (в виде пирамиды вершиной вверх), согласно второму закону термодинамики.

Рис. 7. Пирамида энергии: цифры - количество энергии, кДж * м -2 *r -1

Пирамиды энергий позволяют не только сравнивать различные биоценозы, но и выявлять относительную значимость популяций в пределах одного сообщества. Они являются наиболее полезными из трех типов экологических пирамид, однако получить данные для их построения труднее всего.

Одним из наиболее удачных и наглядных примеров классических экологических пирамид служат пирамиды, изображенные на рис. 8 Николайкин Н. И. Экология: Учеб. для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелехова. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2004.. Они иллюстрируют условный биоценоз, предложенный американским экологом Ю. Одумом. «Биоценоз» состоит из мальчика, питающегося только телятиной, и телят, которые едят исключительно люцерну.

Рис.

Правило 1% Экология. Курс лекций. Составил: к.т.н., доцент Тихонов А.И., 2002.. Точки Пастера, как и закон пирамиды энергий Р. Линдемана, дали повод для формулировки правил одного и десяти процентов. Конечно, 1 и 10 - числа приближенные: около 1 и примерно 10.

«Магическое число» 1% возникает из соотношения возможностей потребления энергии и «мощностей», необходимых для стабилизации среды. Для биосферы доля возможного потребления общей первичной продукции не превышает 1% (что следует и из закона Р. Линдемана: около 1% чистой первичной продукции в энергетическом выражении потребляют позвоночные животные как консументы высших порядков, около 10% - беспозвоночные как консументы низших порядков и оставшуюся часть - бактерии и грибы-сапрофаги). Как только человечество на грани прошлого и нашего веков стало использовать большее количество продукции биосферы (сейчас не менее 10%), так перестал удовлетворяться принцип Ле Шателье - Брауна (видимо, примерно с величины 0,5% от общей энергетики биосферы): растительность не давала прироста биомассы в соответствии с увеличением концентрации СО 2 и т.д. (прирост количества связанного растениями углерода наблюдался лишь в прошлом веке).

Эмпирически порог потребления 5 - 10% от суммы вещества, приводящий с переходом через него к заметным изменениям в системах природы, достаточно признан. Принят он главным образом на эмпирико-интуитивном уровне, без различения форм и характера управления в этих системах. Ориентировочно можно разделить намечающиеся переходы для природных систем с организменным и консорционным типом управления с одной стороны, и популяционных систем с другой. Для первых интересующие нас величины - порог выхода из стационарного состояния до 1% от потока энергии («нормы» потребления) и порог саморазрушения - около 10% от этой «нормы». Для популяционных систем превышение в среднем 10% объема изъятия приводит к выходу этих систем из стационарного состояния.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО БИОЛОГИИ за первое полугодие

В 11 классе (2016 – 2017 уч. год)

На фрагменте одной цепи ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Ц-Г-Т-А-Г.

а) Дополните схему строения двухцепочечной молекулы ДНК

Ответ:______________________________________________

б) Какой принцип лежит в основе структуры молекулы ДНК?

в) Какова длина в нанометрах этого фрагмента ДНК?

Ответ:________________________________________________

У гороха красная окраска цветков доминирует над белой, а высокий рост над карликовым. Признаки наследуются независимо. При скрещивании двух растений с красными цветками, одно из которых было высокого роста, а другое низкого, получили 35 высоких растений с красными цветками, 32 низких растения с красными цветками, 10 высоких с белыми цветками и 13 низких с белыми цветками.

Каковы генотипы родителей?

Ответ:_______________________________________________

Установите последовательность систематических групп животных, начиная с наименьшей
А) Обыкновенная лисица
Б) Хордовые
В) Хищные
Г) Млекопитающие
Д) Лисицы
Е) Волчьи

В ДНК на долю нуклеотидов с аденином приходится 15%. Определите процентное содержание нуклеотидов с цитозином, входящих в состав молекулы. Пользуясь правилом Чаргаффа, описывающим количественные соотношения между различными типами азотистых оснований в ДНК (Г + Т = А + Ц), рассчитайте в этой пробе процент нуклеотидов с цитозином.

В ответе запишите только соответствующее число.

Ответ: ___________________________%.

5. Установите последовательность расположения систематических таксонов растения, начиная с самого крупного таксона. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.

1) Мятлик луговой

2) Мятлик

3) Покрытосеменные

4) Однодольные

5) Растения

6) Злаковые

6. Проанализируйте график скорости размножения молочнокислых бактерий.

Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа полученных результатов.

Скорость размножения бактерий

1) всегда прямо пропорциональна изменению температуры среды

2) зависит от ресурсов среды, в которой находятся бактерии

3) зависит от генетической программы организма

4) повышается при температуре 20–36 °С

5) уменьшается при температуре выше 36 °С

Запишите в ответе цифры, под которыми указаны выбранные утверждения.

Ответ: ___________________________

7. Правило Бергмана гласит, что среди родственных форм теплокровных животных, ведущих сходный образ жизни, те, которые обитают в областях с преобладающими низкими температурами, имеют, как правило, более крупные размеры тела по сравнению с обитателями более теплых зон и областей.

Рассмотрите фотографии, на которых изображены представители трёх близкородственных видов млекопитающих. Расположите этих животных в той последовательности, в которой их природные ареалы расположены по поверхности Земли с севера на юг.

Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр, которыми обозначены фотографии.

1. бурый медведь 2. 3. кадьяк

Ответ:

2. Используя знания в области терморегуляции, объясните правило Бергмана.

Ответ:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

8.

1. Рассмотрите изображение органоида эукариотической клетки. Как он называется?

Ответ :___________________________

Нарушение какого процесса произойдёт в клетке в случае повреждений (нарушений в работе) данного органоида?

Ответ: _______________________________________

Определите происхождение болезней, приведённых в списке. Запишите номер каждой из болезней в списке в соответствующую ячейку таблицы. В ячейках таблицы может быть записано несколько номеров.

Список болезней человека:

1) корь

2) гемофилия

3) фенилкетонурия

4) туберкулез

5) инсульт головного мозга

Приобретенное заболевание

Инфекционное

Неинфекционное

10. Антон пришёл к врачу из-за плохого самочувствия. Врач дал ему направление на анализ, результаты которого показали, что количество лейкоцитов равно 7,2 ×113 при норме 4–9×109 . Какой анализ предложил сдать врач и какой диагноз он поставил на основе полученных результатов?

Выберите ответы из следующего списка и запишите в таблицу их номера.

Список ответов:

1) воспаление легких

2) малокровие

3) анализ крови

4) снижение иммунитета

5) анализ кала

Ответ:

Диагноз

11.

Генетический код - свойственный всем живым организмам способ кодирования последовательности аминокислотных остатков в составе белков при помощи последовательности нуклеотидов в составе нуклеиновой кислоты.

В таблице представлены три вида оснований (первое, второе и третье), обратите внимание на то, что они даются в двухвариантах: без скобок- нуклеотиды РНК, а в скобках - нуклеотиды ДНК.

Изучите таблицу генетического кода, в которой продемонстрировано соответствие аминокислотных остатков составу кодонов.

На примере аминокислоты глицина (ГЛИ), объясните следующее свойство генетического кода: код триплетен.

Таблица генетического кода

Ответ_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Распределите организмы по их положению в пищевой цепи. В каждую ячейку запишите название одного из предложенных организмов.

Пе речень организмов: крестоцветные блошки, хорь, уж, листья репы, лягушка

Пищевая цепь:

2 . Правило гласит: «не более 10% энергии поступает от каждого предыдущего трофического уровня к последующему». Используя это правило, рассчитайте величину энергии (в кДж), которая переходит на уровень консументов I порядка при чистой годовой первичной продукции экосистемы 10 000 кДж.

Ответ___________________________________________________________________

Заполните пустые ячейки таблицы, используя приведённый ниже список пропущенных элементов: для каждого пропуска, обозначенного буквой, выберите и запишите в таблицу номер нужного элемента.

Наука, изучающая данный уровень

Пример

______________________(А)

Биохимия

______________________(Б)

Биогеоценотический

______________________(В)

______________________(Г)

______________________(Д)

Е)

Легкие

Пропущенные элементы:

1) анатомия

2) организменный

3) экология

4) РНК

5) молекулярно-генетический

6) биогеоценоз

14. В суде рассматривался иск об установлении отцовства ребёнка. У женщины с I группой крови родился ребенок с I группой крови. Будет ли удовлетворен судом иск к Л. М, у которого IV группа крови?

Проанализируйте данные таблицы и ответьте на вопросы.

I(0)

II(A)

III(B)

IV(AB)

Группа крови матери

I(0)

I(0)

II(A) I(0)

III(B) I(0)

II(A) III(B)

Группа крови ребенка

II(A)

II(A) I(0)

II(A) I(0)

Любая

II(A), III(B) IV(AB)

III(B) I

III(B) I(0)

Любая

III(B) I(0)

II(A), III(B) IV(AB)

IV(AB)

II(A) III(B)

II(A), III(B) IV(AB)

II(A), III(B) IV(AB)

II(A), III(B) IV(AB)

Мать ребёнка заявляла в суде, что отцом её сына является Л.М. с IV(АВ) группой крови. Мог ли он быть отцом ребёнка?

Ответ : ________________________________________________________________________

2 . Руководствуясь правилами переливания крови, решите, может ли ребёнок быть донором крови для своей матери.

3) Используя данные таблицы «Группы крови по системе АВ0», объясните своё решение.

Антигены эритроцитов

Антитела плазмы

α, β

А β

III

В α

А,В

А, В

* Примечание.

Антиген - любое вещество, которое организм рассматривает как чужеродное или потенциально опасное и против которого обычно начинает вырабатывать собственные антитела.

Антитела - белки плазмы крови, образующиеся в ответ на введение в организм человека бактерий, вирусов, белковых токсинов и других антигенов.

Ответ: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

15 . . Холестерин играет важную роль в обмене веществ и работе нервной системы. Он поступает в организм из продуктов животного происхождения. В растительных продуктах их содержание незначительное. Количество холестерина, поступающего в организм с пищей, не должно превышать 0,3–0,5 г в сутки.

1. Используя данные таблицы, рассчитайте количество холестерина в завтраке человека, который съел 100 г нежирного творога, 25 г «Голландского» сыра, 20 г сливочного масла и две сардельки.

Продукты

Количество холестерина, г/100 г продукта

Молоко пастеризованное

0,01

Сардельки (одна сарделька – 40 г)

0,05

Творог нежирный

0,04

Колбаса

0,08

Сыр «Российский»

0,52

Яйцо куриное (одно яйцо – 50 г)

0,57

Масло сливочное

0,18

Минтай

0,03

Какую опасность для здоровья человека представляет избыток холестерина в организме человека?

Ответ: _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

16 . На рисунке изображён стегоцефал – вымершее животное, обитавшее 300 млн. лет назад.

Используя фрагмент геохронологической таблицы, установите эру и период, в который обитал данный организм, а также его возможного предка уровня класса (надотряда) животных.

ОТВЕТЫ:

А) Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-Ц

Б) принцип комплементарности

В) 4,08

2. Генотипы родителей: АаВв, Аавв

3. д,а,е,в,г,б

4. 35%

5. 5,3,4,6,1,2

1) 1,4,5

1) 2,3.1

2) Суть правила: Теплопродукция (выделение тепла клетками организма) пропорциональна объему тела. Теплоотдача (потеря тепла, его передача в окружающую среду) пропорциональна площади поверхности тела. С увеличением объема площадь поверхности растет относительно медленно, что позволяет увеличить отношение "теплопродукция / теплоотдача" и таким образом компенсировать потери тепла с поверхности тела в холодном климате.

1) Биосинтез и транспортировка белков в клетке.

2) Нарушение пластического обмена или ассимиляции, или метаболизма в клетке.

1. ГТТ, ГТЦ, ЦЦА, ЦЦГ, ЦЦТ, ЦЦЦ.

12 . 1) репа - крестоцветные блошки - лягушка-уж-хорь.

2) 1000

13.

5 – А биохимия 4 – Б;

Биогеоценотический 3 – В 6 – Г

– Д 1 –Е легкие

14.

1) ответ на первый вопрос: не будет, так как у этой пары не может родиться ребенок с I группой крови.

2) ответ на второй вопрос: может

3) ответ на третий вопрос : может, не произойдет склеивания эритроцитов.

15.

Ответ на первый вопрос: 1,04 г

Ответ на второй вопрос : поражение кровеносных сосудов или развитие атеросклероза, или ишемическая болезнь сердца.

16. Элементы ответа:

Эра палеозойская

Период – каменноугольный

Возможный предок: рыбы или кистеперые рыбы.

Критерии ответа:

3 балла

1 балл

2 балла нет ошибок, 1 балл допущена ошибка

1 балл

1 балл

2 балла нет ошибок, 1 балл допущена ошибка

2 балла

2 балла нет ошибок, 1 балл допущена ошибка

2 балла нет ошибок, 1 балл допущена ошибка

1 балл

3 балла нет ошибок; 2 балла допущена одна ошибка; 1 балл допущено 2 ошибки, 0 баллов допущено 3 и более ошибок.

2 балла

1 балл

2 балла ответ включает все названные выше элементы; 1 балл – ответ включает 2 из названных выше элементов, 0 баллов – ответ включает 1 из названных выше элементов, или ответ неправильный

Максимальное количество баллов: 30 баллов

На «5» - 25 – 30 баллов

На «4» - 18 – 24 балла

На «3» - 13 – 17 баллов

На «2» 12 баллов и менее.

Дисциплина «Экология» рассматривает принципы управления природными и природно-антропогенными системами в процессе природопользования с целью обеспечения устойчивого развития данных систем. Для этого, прежде всего, необходимо знать и учитывать правила, принципы и законы функционирования биосферы.

Правила

Правило одного процента. согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1% (от немногих десятых до, как исключение, единиц процентов) выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. Переход энергетики процесса за это значение (1%) обычно приводит к существенным аномалиям: резким климатическим отклонениям, переменам в характере растительности, крупным лесным и степным пожарам.

Примечание. Особое значение Правило одного процента имеет для глобальных систем. Их энергетика, видимо, принципиально не может превзойти уровень примерно 0,2% от поступающей солнечной радиации (уровень энергетики фотосинтеза) без катастрофических последствий. Вероятно это непреодолимый порог и лимит для человечества (из него следует и «ядерная зима»).

Правило десяти процентов (закон пирамиды энергии) . В соответствии с законом пирамиды энергии, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии. Закон пирамиды энергии позволяет делать расчеты необходимой земельной площади для обеспечения населения продовольствием и другие эколого-экономические подсчеты.

Среднемаксимальный переход энергии (или вещества в энергетическом выражении) с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой составляет 10% (правило 10%), может колебаться от 7 до 17%. Эта величина не приводит к неблагоприятным для экосистемы последствиям и поэтому может быть принята за норму для природопользования в хозяйственной деятельности человека. Превышение же этой величины недопустимо, так как в этом случае

могут произойти полные исчезновения популяций. Закон пирамиды энергий и правило десяти процентов служат общим ограничением в природопользовании для хозяйственной деятельности человека.

Правило обязательности заполнения экологических ниш. Пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Экологическая ниша как функциональное место вида в экосистеме позволяет форме, способной выработать приспособительные особенности, заполнить эту нишу, но иногда это требует значительного времени.

Нередко так называемые экологические ниши являются всего-навсего обманом зрения (для специалистов). В действительности же экологические ниши заполнены порой самым неожиданным образом.

В связи с возможностью существования псевдопустующих экологических ниш никогда не следует торопиться с выводами о возможности заполнения этих ниш путем акклиматизации видов, так как акклиматизационные и реакклиматизационные работы будут эффективны лишь при действительном наличии свободных экологических ниш, что бывает крайне редко.

Примечание . Вероятным примером правила обязательности заполнения экологических ниш служит возникновение новых заболеваний, например, СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита). Он был гипотетически предсказан более чем за 10 лет до выявления болезни как гриппоподобный вирус с высокой летальностью заболевших. Основанием для предсказания служило то, что победа над многими инфекционными болезнями человека высвободила экологические ниши, которые неминуемо должны были быть заполнены. Поскольку при экологическом дублировании, как правило, смена идет в направлении от более крупных по размерам и высокоорганизованных форм к менее крупным и организованным, было предположено, что одна из экологических ниш будет заполнена именно вирусом с высокой степенью изменчивости. Вирус гриппа имеет частоту мутации 1:10 5 при средней нормальной частоте процесса 1:10 6 . Вирус СПИДа еще более изменчив - у него регистрируется частота мутаций 1:10 4 . Таким образом, гипотеза, видимо оправдалась.

Правило неизбежных цепных реакций («жесткого» управления природой). «Жесткое» техническое управление природными системами и процессами чревато цепными природными реакциями, значительная часть которых экологически, социально и экономически не приемлема в длительном интервале времени. Пример с Аральской катастрофой. Переброска вод северных рек привела бы к нежелательным экологическим эффектам (затопление громадной площади земель, гибель лесных, нефтяных, газовых месторождений и др.)

Правило «мягкого» управления природой. «Мягкое» (опосредованное) управление природой вызывает желательные для человека цепные реакции.

«Мягкое» управление более предпочтительно, чем «жесткое» техногенное решение, несмотря на большие первоначальные затраты. Это правило целесообразного преобразования природы. В отличие от «жесткого» управления (см. Правило цепных реакций при «жестком» управлении) «мягкое» управление, основанное на восстановлении бывшей естественной продуктивности экосистем или её повышении путем целенаправленной и основанной на использовании объективных законов природы серии мероприятий, позволяет направлять природные цепные реакции в благоприятную для хозяйства и жизни людей сторону. Примером может служить сопоставление двух форм ведения лесного хозяйства – сплошнолесосечных («жесткое» воздействие) и выборочных рубок («мягкое» воздействие). Считается экономически более рентабельной сплошная рубка, при которой в один прием забирается вся древесина. При выборочной рубке возникает много осложнений технического порядка, и поэтому себестоимость заготовки древесины оказывается дороже. При этом предполагается, что на сплошных лесосеках лес можно и нужно восстанавливать путем его массовой посадки (и это мероприятие обходится в целом недорого). Однако при сплошных рубках постепенно теряется сама лесная среда, что ведет к падению уровня рек, в других местах – к заболачиванию, зарастанию лесосеки нелесными видами растений, препятствующим росту леса, возникновению очагов размножения вредителей леса и др. неблагоприятным последствиям. Более низкие начальные затраты «жесткого» мероприятия дают цепь ущербов, требующих затем больших расходов на их ликвидацию. Наоборот, при выборочных рубках восстановление леса облегчается из-за сохранения лесной среды. Повышенные начальные затраты постепенно окупаются в результате предотвращения экологических ущербов.

Переход от «мягкого» к «жесткому» управлению целесообразен лишь при одновременной замене экстенсивных форм хозяйства предельно интенсивными и, как правило, в пределах относительно коротких интервалов времени. В долгосрочной перспективе эффективно только «мягкое» управление природными процессами. См. также Принципы преобразования природы.

Правило «Экологично-экономичное». Нельзя противопоставлять экономику и экологию. Нельзя снижать темпы индустриализации – это будет означать своего рода экономический утопизм, точно также нельзя снижать усилия в области экологии – это будет экологический экстремизм. Решение вопроса находится где-то посередине.

Правило экономико-экологического восприятия. Нельзя иметь ввиду, что число степеней свободы в действиях наших потомков будет убывать, а не возрастать. Мы живем в кредит у наших внуков. Потомки будут платить очень дорого по векселям природы, значительно дороже, чем мы.

Правило основного обмена, о преимуществе расхода вещества и энергии на самоподдержание системы. Соотношение между основным обменом и полезной работой в человеческом хозяйстве до определенной степени можно улучшить, как и любой КПД. Для механических систем он может быть весьма высок, хотя не достигает никогда 100 %, эффективность сложных динамических систем лишь на короткое время может достигать относительно больших значений, но не более 30%. Остальное идет на внутренний обмен, иначе бы не существовали бы сами системы. Долгоживущие крупномасштабные экосистемы нельзя приравнивать к короткоживущим механическим системам. В живых системах много «горючего» уходит на «ремонт» на самоподдержание и саморегуляцию, а при расчете КПД двигателей не учитываются расходы энергии на ремонт и т.д.

Правило интегрального ресурса. Конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый экологический компонент или всю экосистему в целом. Правило интегрального ресурса ещё одно прикладное следствие закона внутреннего динамического равновесия. Например, в водном хозяйстве гидроэнергетика, транспорт, коммунальное хозяйство, орошаемое земледелие и рыбная промышленность связаны таким образом, что в наименее выигрышном положении оказывается промысел рыбы. Чем полнее гидроэнергетическоеиспользование вод, тем сложнее ведение других отраслей водного хозяйства: развитие водного транспорта осложняет другие способы использования воды, а орошение вызывает затруднения в сопряженных формах эксплуатации вод.

Правило демографического насыщения. В глобальной или регионально изолированной совокупности количество народонаселения соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека.

По сути, данное правило гласит, что человек, как и любой другой биологический вид, будет увеличивать свою численность до максимально возможных размеров, которые определяются емкостью среды, и не более. Однако человечество создает давление на среду не столько биологически, сколько техногенно. Фактически сейчас в мире наблюдается не демографическое насыщение, а с учетом всех потребностей человека, а техническое перенасыщение. Несоблюдение правила демографического

насыщения дает резкий дисбаланс в системе взаимоотношений «человек-природа». Теоретически возможна ситуация, когда реализуются ограничивающие механизмы и произойдет демографическая катастрофа (резкое снижение численности популяции человека).

Правило исторического роста продукции за счет сукцесснонного омоложения экосистем. так как чистая продуктивность сообщества максимальна на ранних стадиях развития экосистем, основным источником роста продукции в ходе исторического развития общества было сукцессионное омоложение экосистем. (Сукцессия – смена одного сообщества организмов (биоценозов) другими в определенной последовательности).

Чистая продуктивность сообщества (годовой прирост биомассы) велика на ранних стадиях развития и практически равна нулю в зрелых экосистемах. Изначально сукцессионно зрелые экосистемы были основой для собирательства и охоты. С определенного момента они начинают сменяться производственными ценозами. В последних выход чистой продукции выше. Ранее по мере роста численности населения происходило увеличение площади омоложенных систем экстенсивный путь развития сельскохозяйственного производства. Далее включается следующий механизм повышения продуктивности экосистемы: интенсивный путь развития – увеличение количества энергии, вкладываемой в производство. Однако и этот механизм не безграничен. Наступает момент, когда дополнительное вложение энергии в агроэкосистему приводит к ее разрушению, так как наступает энергетический предел. Современный исторический финал такого развития - переход на эксплуатацию предельно омоложенных экосистем с резким скачком энергозатрат. Экосистемные методы допинга с помощью сукцессионного омоложения практически исчерпаны. дальнейшее вложение антропогенной энергии в земледелие приведет к разрушению природных структур, поэтому потребуются другие технологии – более эффективные и малоэнергоемкие.

Правило ускорения исторического развития. чем стремительнее под воздействием антропогенных факторов изменяется среда обитания человека и условия ведения им хозяйства, тем скорее по принципу обратной связи происходит перемена в социально-экологических свойствахчеловека, экономическом и техническом развитии общества. Эта система имеет тенденцию к самоускорению.

Например, в ответ на ухудшающиеся показатели среды жизни, вызванные антропогенной деятельностью, возникают механизмы, стремящиеся ее улучшить (смена поколений техники, ресурсберегающее наукоемкое производство, демографическое регулирование). Вопрос лишь в том, насколько ускорение исторического развития будет соответствовать в действии правилу демографического насыщения и принципа Ле Шателье-Брауна.

Пока историческое развитие явно отстает и это создает опасность для благополучия людей.

32.Поток энергии в экосистеме. Правило 10 % энергии.

Питание - основной способ движения веществ и энергии.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания - углекислый газ, вода и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне.

В 1942 г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергий (закон 10 процентов), согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой трофический уровень переходит в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии. Остальная часть энергии теряется в виде теплового излучения, на движение и т.д. Организмы в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90% всей энергии, которая расходуется на поддержание их жизнедеятельности.

Если заяц съел 10 кг растительной массы, то его собственная масса может увеличиться на 1 кг. Лисица или волк, поедая 1 кг зайчатины, увеличивают свою массу уже только на 100 г. У древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохо усваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительно больше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани. Однако общая закономерность процесса передачи энергии остается: через верхние трофические уровни ее проходит значительно меньше, чем через нижние.

Рассмотрим превращение энергии в экосистеме на примере простой пастбищной трофической цепи, в которой имеется всего три трофических уровня.

уровень - травянистые растения,

уровень - травоядные млекопитающие, например, зайцы

уровень - хищные млекопитающие, например, лисы

Питательные вещества создаются в процессе фотосинтеза растениями, которые из неорганических веществ (вода, углекислый газ, минеральные соли и т.д.) с использованием энергии солнечного света образуют органические вещества и кислород, а также АТФ. Часть электромагнитной энергии солнечного излучения при этом переходит в энергию химических связей синтезируемых органических веществ.

Все органическое вещество, создаваемое в процессе фотосинтеза называется валовой первичной продукцией (ВПП). Часть энергии валовой первичной продукции расходуется на дыхание, в результате чего образуется чистая первичная продукция (ЧПП), которая и является тем самым веществом, которое поступает на второй трофический уровень и используется зайцами.

Пусть ВПП составляет 200 условных единиц энергии, а затраты растений на дыхание (R) - 50%, т.е. 100 условных единиц энергии. Тогда чистая первичная продукция будет равна: ЧПП = ВПП - R (100 = 200 - 100), т.е. на второй трофический уровень к зайцам поступит 100 условных единиц энергии.

Однако, в силу разных причин зайцы способны потребить лишь некоторую долю ЧПП (в противном случае исчезли бы ресурсы для развития живой материи), существенная же ее часть, в виде отмерших органических остатков (подземные части растений, твердая древесина стеблей, ветвей и т.д.) не способна поедаться зайцами. Она поступает в детритные пищевые цепи и (или) подвергается разложению редуцентами (F). Другая часть идет на построение новых клеток (численность популяции, прирост зайцев - Р) и обеспечение энергетического обмена или дыхания (R).

В этом случае, согласно балансовому подходу, балансовое равенство расхода энергии (С) будет выглядеть следующим образом: С = Р + R + F, т.е. поступившая на второй трофический уровень энергия будет израсходована, согласно закону Линдемана, на прирост популяции - Р - 10%, остальные 90% будут израсходованы на дыхание и удаление неусвоенной пищи.

Таким образом, в экосистемах с повышением трофического уровня происходит быстрое уменьшение энергии, накапливаемой в телах живых организмов. Отсюда ясно почему каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего и почему цепи питания обычно не могут иметь более 3-5 (редко 6) звеньев, а экологические пирамиды не могут состоять из большого количества этажей: к конечному звену пищевой цепи так же, как и к верхнему этажу экологической пирамиды, будет поступать так мало энергии, что ее не хватит в случае увеличения числа организмов.

Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой потоки вещества и энергии в биогеоценозе, основу его функциональной организации.

ВПР Всероссийская Проверочная Работа- Биология 11 класс

Пояснения к образцу всероссийской проверочной работы

При ознакомлении с образцом проверочной работы следует иметь в виду, что задания, включённые в образец, не отражают всех умений и вопросов содержания, которые будут проверяться в рамках всероссийской проверочной работы. Полный перечень элементов содержания и умений, которые могут проверяться в работе, приведены в кодификаторе элементов содержания и требований к уровню
подготовки выпускников для разработки всероссийской проверочной работы по биологии.
Назначение образца проверочной работы заключается в том, чтобы дать представление о структуре всероссийской проверочной работы, количестве и форме заданий, уровне их сложности.

Инструкция по выполнению работы

Проверочная работа включает в себя 16 заданий. На выполнение работы по биологии отводится 1 час 30 минут (90 минут).
Записывайте ответы на задания в отведённом для этого месте в работе. В случае записи неверного ответа зачеркните его и запишите рядом новый.
При выполнении работы разрешается использовать калькулятор.
При выполнении заданий Вы можете использовать черновик. Записи в черновике проверяться и оцениваться не будут.
Советуем выполнять задания в том порядке, в котором они даны. Для экономии времени пропускайте задание, которое не удаётся выполнить сразу, и переходите к следующему. Если после выполнения всей работы у Вас останется время, Вы сможете вернуться к пропущенным заданиям.
Баллы, полученные Вами за выполненные задания, суммируются. Постарайтесь выполнить как можно больше заданий и набрать наибольшее количество баллов.
Желаем успеха!

1. Выберите из приведённого перечня систематических таксонов три таксона, которые являются общими при описании изображённых организмов.

Перечень таксонов:
1) класс Двудольные
2) империя Неклеточные
3) надцарство Прокариоты
4) царство Растения
5) подцарство Многоклеточные
6) отдел Цветковые
Запишите номера выбранных таксонов.

Все существующие на нашей планете растения объединяют в одно царство , которое называется Растения .

Растения делятся на два подцарства — высшие и низшие.

К низшим растениям относят водоросли.

А высшие растения делятся на Споровые и Семенные. К споровым относят отделы Мхи, Хвощи, Плауны и Папоротники. А к семенным — отдел Голосеменные и отдел Покрытосеменные (Цветковые).

Голосеменные растения не имеют травянистых форм, а так как мы видим, что данные нам растения точно не деревья и не кустарники, то они относятся к отделу Цветковые (такой же вывод можно было сделать и по наличию цветков и плодов).

Капуста огородная — растение семейства Крестоцветные (Капустные), горох посевной принадлежит к семейству Бобовые, а картофель из семейства Паслёновые. Растения этих семейств принадлежат к классу Двудольные .

Таким образом, правильными ответами являются пункты 1 , 4 , 6 .

Давайте, исключим остальные варианты ответов.

Эти растения не относят к империи Неклеточные, так как они имеют клеточное строение, то есть состоят из клеток. Их не относят к надцарству Прокариоты, так как прокариоты — организмы, не имеющие ядра в клетке, а у растений ядро есть. Они не относятся к подцарству Многоклеточные, так как в систематике растений есть подцарства Высшие и Низшие, а подцарства Многоклеточны0е вообще нет.

2. Правило Аллена гласит, что среди родственных форм теплокровных животных, ведущих сходный образ жизни, те, которые обитают в более холодном климате, имеют относительно меньшие выступающие части тела: уши, ноги, хвосты и т.д.
Рассмотрите фотографии, на которых изображены представители трёх близкородственных видов млекопитающих. Расположите этих животных в той последовательности, в которой их природные ареалы расположены по поверхности Земли с севера на юг.

1. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр, которыми обозначены
фотографии.

2. Используя знания в области терморегуляции, объясните правило Аллена.

________________________________________________________________________________

Ответ на первый вопрос: 312
Ответ на второй вопрос: чем больше поверхность тела теплокровного животного, тем интенсивнее идёт отдача тепла. Этому способствуют большие уши.

Ответить на первый вопрос совсем не трудно. Стоит учесть, что требуется расставить животных, начиная с самого северного, а по правилу Аллена у северных животных выступающие части тела меньше. Значит, мы должны расставить животных, начиная с того, которое имеет самые маленькие уши.

Уменьшение у животных выступающих частей тела приводит к уменьшению поверхности тела, а следовательно, к уменьшению теплоотдачи. Это помогает животным, обитающим в холодных условиях, экономить тепло. На этом должен основываться ответ на второй вопрос.

1. Распределите организмы по их положению в пищевой цепи.
В каждую ячейку запишите
название одного из предложенных организмов.
Перечень организмов: кузнечики, растения, змеи, лягушки, орёл.

Пищевая цепь

2. Правило гласит: «не более 10% энергии поступает от каждого предыдущего трофического уровня к последующему». Используя это правило, рассчитайте величину энергии (в кДж), которая переходит на уровень консументов II порядка при чистой годовой первичной продукции экосистемы 10 000 кДж.

1. растения – кузнечики – лягушки – змеи – орёл

4. Изучите рисунок. Благодаря какому процессу образовалось такое многообразие изображённых организмов?

Ответ: __________________________________________________________________________

Искусственный отбор,
ИЛИ мутационная изменчивость,
ИЛИ наследственная изменчивость

5. Изучите график, отражающий зависимость скорости реакции, катализируемой ферментом, от температуры тела собаки (по оси х отложена температура тела собаки (в °С), а по оси у – скорость химической реакции (в усл. ед.)).

Известно, что температура тела здоровой собаки находится в пределах 37,5–38,5 °С. Как изменится скорость химических реакций в организме собаки, если температура её тела будет выше нормальной?

Ответ: __________________________________________________________________________

Скорость химических реакций будет снижаться (падать)

6. Заполните пустые ячейки таблицы, используя приведённый ниже список пропущенных элементов: для каждого пропуска, обозначенного буквой, выберите и запишите в таблицу номер нужного элемента.

Пропущенные элементы:
1) ДНК
2) анатомия
3) организменный
4) хлоропласт
5) молекулярно-генетический
6) цитология

7. Холестерин играет важную роль в обмене веществ и работе нервной системы. Он поступает в организм из продуктов животного происхождения. В растительных продуктах его практически нет. Количество холестерина, поступающего в организм с пищей, не должно превышать 0,3–0,5 г в сутки.

1. Используя данные таблицы, рассчитайте количество холестерина в завтраке человека, который съел 100 г нежирного творога, 25 г «Голландского» сыра, 20 г сливочного масла и две сосиски.

Ответ: _________________________________________________________________________.

2. Какую опасность для здоровья человека представляет избыток холестерина в организме человека?

Ответ: __________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

2. поражение кровеносных сосудов,
ИЛИ развитие атеросклероза,
ИЛИ ишемическая болезнь сердца

8. Сергей пришёл к врачу из-за плохого самочувствия. Врач дал ему направление на анализ, результаты которого показали, что количество лейкоцитов равно 2,5×108 при норме 4–9×109. Какой анализ предложил сдать врач и какой диагноз он поставил на основе полученных результатов? Выберите ответы из следующего списка и запишите в таблицу их номера.

Список ответов:
1) нарушение углеводного обмена
2) кислородная недостаточность
3) анализ крови
4) снижение иммунитета
5) анализ кала

9. Определите происхождение болезней, приведённых в списке. Запишите номер каждой из
болезней в списке в соответствующую ячейку таблицы. В ячейках таблицы может быть
записано несколько номеров.

Список болезней человека:
1) ветряная оспа
2) синдром Дауна
3) инфаркт миокарда
4) дизентерия
5) малярия

10. медицинской генетике широко используется генеалогический метод. Он основан на составлении родословной человека и изучении наследования того или иного признака. В подобных исследованиях используются определённые обозначения. Изучите фрагмент родословного древа одной семьи, у некоторых членов которой имеется глухонемота.

Фрагмент родословного древа семьи

Используя предложенную схему, определите:
1) данный признак доминантный или рецессивный;
2) данный признак не сцеплен или сцеплен с половыми хромосомами.

Ответ:
1)______________________________________________________________________________;
2)______________________________________________________________________________

1. рецессивный признак

2. признак не сцеплен с полом

11. Света всегда хотела иметь такие же «ямочки» на щеках, как у её мамы (доминантный признак (А) не сцеплен с полом). Но «ямочки» у Светы отсутствовали, как у её отца. Определите генотипы членов семьи по признаку наличия или отсутствия «ямочек». Ответы занесите в таблицу.

Мать – Аа; отец – аа; дочь – аа

12. В суде рассматривался иск об установлении отцовства ребёнка. Был сделан анализ крови ребёнка и его матери. У ребёнка она оказалась II(А), а у матери – I(0). Проанализируйте
данные таблицы и ответьте на вопросы.

1. Мать ребёнка заявляла в суде, что отцом её сына является мужчина с IV(АВ) группой
крови. Мог ли он быть отцом ребёнка?

2. Руководствуясь правилами переливания крови, решите, может ли ребёнок быть донором
крови для своей матери.

Ответ: __________________________________________________________________________

3. Используя данные таблицы «Группы крови по системе АВ0» объясните своё решение.

* Примечание.
Антиген - любое вещество, которое организм рассматривает как чужеродное или потенциально опасное и против которого обычно начинает вырабатывать собственные антитела.
Антитела - белки плазмы крови, образующиеся в ответ на введение в организм человека бактерий, вирусов, белковых токсинов и других антигенов.

Ответ: __________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

Ответ на первый вопрос: да
Ответ на второй вопрос: нет
Ответ на третий вопрос: в результате одновременного нахождения в
кровяном русле матери, при переливании, одноименных антигенов А
ребёнка и антител α (матери) произойдёт склеивание эритроцитов, что
может привести к смерти матери

13. В биохимической лаборатории изучался нуклеотидный состав фрагмента молекулы ДНК пшеницы. Было установлено, что в пробе доля адениновых нуклеотидов составляет 10%.
Пользуясь правилом Чаргаффа, описывающим количественные соотношения между различными типами азотистых оснований в ДНК (Г + Т = А + Ц), рассчитайте в этой пробе процент нуклеотидов с цитозином.

Ответ: ______________

1. Рассмотрите изображение двумембранного органоида эукариотической клетки. Как он называется?

Ответ:___________________________

2. Нарушение какого процесса произойдёт в клетке в случае повреждений (нарушений в работе) данных органоидов?

Ответ: _________________________________________

1. митохондрия

2. энергетического обмена,
ИЛИ процесса дыхания,
ИЛИ биологического окисления

15. Генетический код - свойственный всем живым организмам способ кодирования последовательности аминокислотных остатков в составе белков при помощи
последовательности нуклеотидов в составе нуклеиновой кислоты.
Изучите таблицу генетического кода, в которой продемонстрировано соответствие аминокислотных остатков составу кодонов. На примере аминокислоты серин (Сер), объясните следующее свойство генетического кода: код триплетен.

Таблица генетического кода

Ответ: __________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________

1) каждой аминокислоте соответствует сочетание из трёх нуклеотидов
(триплетов, кодонов);
2) кодирование аминокислоты серин (Сер) может произойти с
помощью одного из следующих кодонов (триплетов): ТЦТ, ТЦЦ,
ТЦА, ТЦГ, АГТ, АГЦ

16. На рисунке изображён археоптерикс – вымершее животное, обитавшее 150–147 млн лет назад.

Используя фрагмент геохронологической таблицы, установите эру и период, в который
обитал данный организм, а также его возможного предка уровня класса (надотряда)
животных.

Эра: ______________________________________________________________
Период:___________________________________________________________
Возможный предок:_________________________________________________

Эра: мезозойская эра;
Период: юрский период;
Возможный предок: древние пресмыкающиеся, ИЛИ
пресмыкающиеся, ИЛИ рептилии, ИЛИ динозавры

© 2017 Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки Российской Федерации

Главная » Привороты » Правило 10 экология. Пирамида численности