Страница - 3

Глава 2. РАЗНООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. БИОСФЕРА И ЭКОСИСТЕМЫ

§ 3. Использование бинарной номенклатуры для описания различных видов живых организмов

Цель изучения этой темы: использовать бинарную номенклатуру при описа­нии различных видов.

Какая систематическая категория является самой мелкой? По каким призна­кам организмы объединяются в один вид? В какую систематическую катего­рию объединяются виды? Кто впервые использовал двойные латинские назва­ния для обозначения видов?

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 8 - учебник для 7 класса.

Понятие вид. Как вы помните, основателем систематики является Карл Линней (1707-1778). Ему впервые удалось составить систему, основан­ную на сравнении внешнего и внутреннего строе­ния организмов (рис. 1). Систематика К. Линнеи позволила проследить усложнение организмов и стала, отражением эволюции.

Наименьшей и, соответственно, фунда­ментальной единицей в своей системе К, Линней назвал вид. Подробнее с определением итого важ­нейшего биологического понятия вы еще познако­митесь в § 60. Но почти любому человеку очевидно, что, например, собаки и кошки относятся к разным видам. Как и, допустим, виноград и яблони. Верно и то, что все собаки относятся к одному виду, несмотря на разнообразие пород. Одним из важ­нейших и простых для восприятия критериев, отделяющих организмы одного вида от другого, является способность к размножению, т. е. спо­собность свободно скрещиваться и производить потомство, которое дальше может также легко размножаться.

Двойные латинские названия. Огромной за­слугой К. Линнея является как само создание систематики, так и применение бинарной номен­клатуры - использование двойных латинских названий. В этих словосочетаниях существи­тельное обозначает род, а прилагательное - вид. Так, например, вид человек разумный, или на латыни Ното sapiens, является единственным ныне живущим видом этого рода. Более полу­миллиона лет назад существовал и вид Ното erectus - человек прямоходящий, относящийся к тому же роду. Но представители этого вида в данное время не существуют.

Благодаря применению двойных латинских названий исключаются ошибки в определении видов. Ученые всего мира точно знают, о каком именно организме идет речь в тех или иных на­учных работах, даже если они и написаны на разных языках.

Какими же принципами руководствовался К. Линней, давая научное название виду? Во- первых, нужно учитывать, что значительная часть изученных организмов уже имела какие- то научные названия, данные предыдущими исследователями. Линней их сократил и сде­лал более универсальными. Так шиповник, ко­торый назывался "обыкновенной лесной розой с розовым душистым цветком и приятным запахом", стал просто "лесной ризой". Вместо подробного описания растений, приводимых в видовом названии. Линней ввел их краткое обозначение из двух слон. Он подсчитал, что из шести прилагательных и трех существи­тельных, т. е. из девяти слов, можно соста­вить названия для 100 видов. И если раньше использование громоздких видовых названий представляло, по словам современников, «величайшие затруднения для памяти, языка и пера», то новая система была практичной, удобной и облегчила применение научных знаний. Названия растений стали крат­кими, выразительными и звучными.

Многие широко распространенные виды в качестве видового назва­ния получили слово «обыкновенный». Например, «дурман обыкновен­ный» или «вереск обыкновенный».

Часто Линней применял в качестве второго определяющего слова тер­мины, связанные со средой обитания. Например, это такие названия, как лесной, луговой, полевой, горный, болотный и т. д. Это говорит о том, что К. Линней не отделял организмы от окружающей их среды - условий оби­тания. Также иногда для обозначения используется конкретное место оби­тания - ареал, например «аральский лосось», «лапчатка волжская» (рис. 2).

У некоторых видов их видовые названия даны в честь ученых-ис­следователей, как правило, впервые их описавших. Например, тюльпан Грейга (лат. Тйlіра greigii) или сурок Мензбира (лат. Marmota menzbieri).

Иногда в названии отражались особенности строения или физиологии (свойства). Например, «лютик ползучий» и «лютик едкий».

Знание и понимание

1. Как вы понимаете словосочетание бинарная номенклатура?
2. Объясните, для чего нужно применение двойных латинских названий.

Применение

1. Опишите, как бинарная номенклатура облегчила труд ученых.
2. Определите связь между родовым и видовым названием и частями речи прилагательным и существительным.

Анализ

1. Изобразите в виде схемы разные подходы к формированию видовых названий.
2. Докажите на примерах, как отражаются разные особенности растений и животных в видовых названиях.

Синтез

1. Напишите эссе о роли применения бинарной номенклатуры.
2. Приведите примеры видовых и родовых названий известных вам рас­тений и животных вашей местности.

Оценка

1. Напишите реферат о видах растений и животных, охраняемых за­конодательством РК и обитающих в местности вашего проживания, проанализировав принципы, положенные в основу формирования их видовых и родовых название.
2. Оцените значение применения бинарной номенклатуры. Считаете ли вы, что это «путеводная нить Ариадны» в биологии? Ответ аргумен­тируйте.

Лабораторная работа № 1 Определение видов растений и животных (местного региона) с помощью определителя

Цель работы: научиться распознавать по отличительным признакам виды растений и животных (по определителям).

Оборудование: гербарные материалы растений, фото- или видеоматериалы о растениях и животных, характерных для вашей местности; школьный опреде­литель растений и животных.

Ход работы

1. Рассмотрите предложенные экземпляры живых организмов.
2. Исходя из особенностей строения, определите крупные систематические категории ■ от царства до класса.
3. Используя определитель, рассмотрите представленные виды, относящие­ся к данному классу. Постарайтесь выяснить характерные, видимые внешне осо­бенности каждого порядка либо семейства (для растений) и каждого отряда (для животных).
4. Рассмотрите более мелкие особенности представленных организмов. Для растений тип листьев, их расположение, тип стебля, строение цветка, количе­ство его частей, тип соцветия и плода, если таковые имеются. Для животных особенности строения черепа, конечностей, характерных органов передвижения и захвата пищи, их расположение и т. д.
5. Соотнеся результаты пунктов 3 и 4, постарайтесь выяснить, к какой систематической группе (порядок, отряд, семейство) относится данный вид.
6. Определите, к какому роду и виду относятся рассматриваемые виды, ис­пользуя дихотомический ключ, если таковой имеется. Если дихотомический ключ отсутствует, постарайтесь установить видовую и родовую принадлежность, сопоставляя исследуемые виды с изображением таковых в определителе.

§ 4. Рост популяции, кривые роста

Цель изучения этой темы, анализировать диаграммы экспоненциальных и сиг­моидальных кривых роста популяций.

Что такое популяция? По каким признакам организмы объединяются в одну популяцию? Что такое показатели и характеристики популяции? Как с их помощью оценить состояние популяции? Какие стратегии выживания попу­ляций вам известны?

Что нужно повторить для успешного изучения темы? § 55 - учебник для  8 класса.

Понятие «популяция», ее показатели. Как вы помните, популяция - группа особей одного вида, длительно существующая на определенной территории (в среднем не менее 100 поколений). Процессы, происходя­щие в популяции, изучает раздел экологии - демэкология. Вы уже зна­комились с самыми важными показателями состояния популяции. Это ее численность, прирост, темпы прироста, плотность и др. Вспомним суть этих показателей и проанализируем формулы, но которым они рас- считываются:

Численность - количество особей в популяции.

Прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью: число родившихся число умерших - прирост популяции.

Темпы прироста — какой прирост достигается за единицу времени: число родившихся число умерших/ время - темпы прироста.

Плотность - количество особей на единицу площади или объема для почвенных и водных организмов:

Кривые роста популяции - графическое изображение динамики из­менения численности особей в популяции на протяжении какого-либо времени (рис. 3). Сделать выводы о сиюминутном состоянии популяции можно на основе ее численности, плотности, прироста и т. д. Ио суметь спрогнозировать состояние популяции на какое-либо время на основе толь­ко этих показателей сложно. Чтобы успешно предсказывать изменения в состоянии популяций разных групп организмов, необходимо отслежи­вать и анализировать изменения их численности, прироста, плотности на протяжении какого-либо времени. Для этого и нужны кривые роста популяции.

Факторы роста популяции. Любой живой организм обладает высокой способностью к размножению. Теоретически любой вид живых организ­мов, обитающих на нашей планете, мог бы увеличить свою численность и ареал обитания. Но для этого нужно, чтобы на него не оказывали не­гативное воздействие другие живые организмы и неживая природа. Эту способность живого к увеличению своей численности на определенной территории в популяционной экологии называют репродуктивным (биотическим) потенциалом.

А способность определенной территории огра­ничивать рост конкретной популяции называют сопротивлением среды.

Почему же территория ограничивает рост популяции? Да просто потому, что ее ресурсы: пища, свет, вода, пространство - ограничены. И поместиться, чтобы выжить на ней, может только какое-либо ограни­ченное число обитателей каждого вида.

Равновесие, при котором численность популяции остается стабиль­ной, а ее прирост близок к 0, называют несущей емкостью среды. То есть это состояние, когда количество особей в популяции такое, какое долж­но быть на данной территории. При этом для каждого живого существа достаточно количества пищевых ресурсов, пространства и всех других необходимых компонентов природной среды. В этом случае организмов не должно становиться больше, а при стабильности условий - не должно уменьшаться.

Экспоненциальные и сигмоидальные кривые роста популяции - это два типа кривых численности.

Прежде чем сравнивать кривые роста популяции, давайте выясним, что такое экспоненциальный рост. Это понятие применяется не только в биологии, а также в банковском деле, математике и т. д. Фактически это одна из форм геометрической прогрессии, когда каждое следующее число увеличивается само на себя. Например:

2 х 2 = 4—>4 х 4= 16—>16 х 16 = 256—>256 х 256 = 65636—>65536 х 65536 = = 4 294 967 296 и т. д. Как вы видите, это резкий, очень мощный при­рост. Часто отображая графически экспоненциальную кривую роста, ее противопоставляют линейной, или степенной, кривой роста (рис. 4).

Есть легенда, ярко иллюстрирующая экспоненциальный закон. После знакомства с шахматами индийский правитель призвал к себе мудреца, который изобрел эту прекрасную игру, и сказал: «Проси в награду, что захочешь!». На что мудрец от­ветил: «На шахматной доске 64 клеточки. Дай мне за первую клеточку 2 зерныш­ка пшеницы, за вторую - 4, за третью - 16 и, так умножая каждую цифру саму на себя, пока не дойдешь до 64 клеточки». Правитель удивился, как мало попро­сил мудрец. Он призвал визиря и велел отсчитать зерно. Прошло несколько дней, и раджа спросил визиря: «Забрал тот безумец свой мешок зерна?». «Нет, - ответил визирь, - мы еще считаем, сколько же зерна должно получиться». Через неделю визирь доложил: «О Великий, только если ты прикажешь горы Тибета сравнять с землей, вырубить джунгли и осушить реки, и все твои владения вместе с горами, лесами и реками засеешь пшеницей, может быть только тогда мы сможем рассчи­таться с мудрецом за изобретение шахмат».

Так, если в банковском деле проценты по кредиту или депозиту плюсуются к ос­новной сумме, и на них также начисляются проценты, это называется экспоненци­альным начислением процентов.

Экспоненциальные, или J-образные, кривые характерны для бакте­рий, одноклеточных водорослей и некоторых других организмов. Напри­мер, если бактериальная клетка попадает в новую благоприятную среду, она начинает размножаться простым делением перетяжкой и образует 2 клетки каждые 20 мин. Причем каждая из образующихся дочерних клеток тоже делится на 2 через каждые 20 мин. Таким образом наблю­дается быстрое увеличение численности популяции. Это бесспорно экспо­ненциальный роcт!

Заметили ли вы, что кривые А и Б на рис. 5 мало чем отличаются в период 6-10 ч на рис. 5А и период 15-28 суток для рис. 5Б? Если не за­метили, посмотрите внимательно и сравните их еще раз. Это так называе­мый период быстрого - экспоненциального роста популяции. Он может быть характерен как для J-образных, так и для S-образных кривых. Так в чем же тогда состоит разница между ними? Как видно из анализа графи­ка Б, при экспоненциальной, или J-образной, кривой роста численность не остается стабильной. После резкого кратковременного ее увеличения - «взлета» есть совсем короткая фаза - высокого уровня численности, вслед за которой начинается «падение». Пет длительной стабильной фазы высокой численности, так называемого плато. Такие кривые роста часто характерны для организмов с R-стратегией выживания: саранчовых и не­которых других насекомых, поедающих растения, однолетних растений, бактерий, водорослей, многих планктонных организмов.

Сигмоидальные, или S-образные, кривые более характерны для жи­вотных с К-стратегией выживания. Только после попадания в новую среду или изменения условий в сторону большей благоприятности, либо появления в ходе эволюции полезных адаптаций у них тоже может про­исходить экспоненциальный рост. Но по достижении определенной численности прирост популяции резко замедляется либо совсем оста­навливается (см. рис. 5А 13-16 ч). После чего кривая демонстрирует ста­бильность численности — входит в фазу плато (см. рис. 5А 16-20 ч). Именно устойчивая фаза, когда численность остается стабильной, и от­личает сигмоидальные, или S-образные, кривые от иных.

Знание и понимание

1. Объясните, почему прирост популяции может быть: 1) положитель­ный; 2) отрицательный и 3) нулевой,
2. Как вы понимаете разницу между экспоненциальными н сигмоидаль­ными кривыми роста популяций?

Применение

1. Определите связь между типом стратегии выживания и кривыми роста популяции.
2. Рассмотрите график. Определите, какие из кривых роста на них изо­бражены.

3. Можно ли предположить динамику численности зеленого ряда 3?

Анализ

1. Проанализируйте данные численности определенных гипотетических видов А, В и С, приведенные в таблице. Докажите, что каждый из этих видов придерживается определенной стратегии выживания.

Вид	Промежутки времени
А	0	5	50	500	380	215	216
В	0	16	18	20	40	48	50
с	0	15	500	8000	10 000	500	15

2. Изобразите в виде графика кривые в динамике численности приведен­ных выше видов. На основе анализа выстроенной диаграммы опреде­лите экспоненциальные и сигмоидальные кривые роста популяций.

Синтез

1. Оцените роль внешних окружающая среда (ограниченность ресур­сов, благоприятность условий) и внутренних скорость размножения. размеры тела, продолжительность жизни, плодовитость и т. д. факторов в динамики численности,
2. Заполните таблицу. Соотнесите стратегии выживания и характерные для них экспоненциальные и сигмоидальные кривые роста популяций живых организмов, распределив приведенные ниже признаки и от­метив их знаком

1. Размножаются быстро (высокая плодовитость, время размножения короткое).
2. Размножаются медленно (низкая плодовитость, продолжительное время размножения).
3. Энергия и вещество концентрируются в немногих потомках; родите­ли заботятся о потомстве,
4. Размеры популяции близки к равновесному уровню.
5. Энергия и вещество распределяются между многими потомками.
6. Вид не всегда устойчив на данной территории.
7. Вид устойчив на данной территории.
8. Размеры популяции короткое время могут почти превышать ресурсы среды.
9. Расселяются широко и в больших количествах; у животных может мигрировать каждое поколение.
10. Расселяются медленно.
11. Особи, как правило, крупные; у растений деревянистые стебли и большие корни.
12. Особи, как правило, мелкие, если растения, то часто травянистые и (или) однолетние.
13. Малая продолжительность жизни.
14. Большая продолжительность жизни особи.
15. Лучше приспособлены к резким изменениям окружающей среды (ме­нее специализированные).
16. Хуже приспособлены к резким изменениям окружающей среды (узко- и высокоспециализированные).
17. Организмы с развитыми защитными механизмами, сильные конкуренты.
18. Защитные механизмы развиты слабо, слабые конкуренты.

Примеры: 1) бактерии. 2) крупные тропические бабочки, 3) человек, 4) мучные хрущаки, 5) деревья, 6) дрофа, 7) тля, 8) клещи, 9) ту­гайный благородный олень, 10) однолетние травянистые растения, 11) тянь-шаньский медведь, 12) планктонные водоросли, 13) миксо­трофные жгутиконосцы (эвглена зеленая, динофлагелляты), 14) са­ранча. 15) архар.

Оценка

1. Оценивая успешность природоохранных мероприятий и используя до­полнительные источники информации, составьте кривые динамики численности сайги в Казахстане.
2. Считаете ли вы, что при составлении кривых динамики численности сайги преобладали внешние факторы? Ответ аргументируйте.