приховати рекламу

Популяція

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

ЗВІТ
З лабораторної роботи «Популяція»
з дисципліни «Концепції сучасного природознавства»
2008

1). Мета роботи:
Ознайомитись з математичним моделюванням міжвидових взаємодій в екосистемах
2). Хід роботи:

Завдання № 1. Змінюючи початкові чисельності кроликів, потім вовків і трави, визначте їх граничні значення (максимальні і мінімальні), при яких екосистема ще буде повертатися в стан рівноваги через деяке число циклів. Опишіть процеси в природі, що визначають ці граничні значення.
При зміні первинних параметрів чисельності кроликів, потім вовків і трави, ми визначили мінімальні і максимальні граничні значення, при яких система буде повертатися в стан рівноваги.
Кількість трави
Кількість кроликів
Кількість вовків
300
8 - min
100
300
390 - max
100
300
200
40 - Min
300
200
500 - max
10 - Min
200
100
555 - max
200
100
Граничні значення знайдені в ході лабораторної роботи визначають граничні умови стаціонарного поточного рівноваги екосистеми.

Завдання № 2. «Ціна» за умовну одиницю трави - ​​1 рубль, одного кролика - 30 рублів і одного вовка - 50 рублів. Введіть правила природокористування з метою отримання максимального прибутку, при яких екосистема може існувати необмежену кількість циклів.
Нижче в таблиці представлені параметри екосистеми задані спочатку. Ми їх використовуємо для порівняння екосистеми з максимальними показниками.
Кількість трави
Число кроликів
Число вовків
Вартість екосистеми
Початок
1
30
50
300
200
100
300
6000
5000
11300
1
1
30
50
125
325
109
125
9750
5450
15325
2
1
30
50
46
258
120
46
7740
6000
13786
3
1
30
50
27
158
126
27
4740
6300
11067
4
1
30
50
24
91
127
24
2730
6350
9104
5
1
30
50
28
53
125
28
1590
6250
7868
6
1
30
50
37
32
121
37
960
6050
7047
7
1
30
50
53
21
117
53
630
5850
6533
8
1
30
50
79
16
112
79
480
5600
6159
9
1
30
50
120
14
107
120
420
5350
5890
10
1
30
50
182
16
103
182
480
5150
5812
11
1
30
50
268
28
99
268
840
4950
6058
12
1
30
50
349
75
96
349
2250
4800
7399
13
1
30
50
286
230
98
286
6900
4900
12086
14
1
30
50
105
338
108
105
10140
5400
15645
15
1
30
50
38
252
119
38
7560
5950
13548
16
1
30
50
23
151
125
23
4530
6250
10803
17
1
30
50
21
86
126
21
2580
6300
8901
18
1
30
50
25
49
124
25
1470
6200
7695
19
1
30
50
34
29
120
34
870
6000
6904
20
1
30
50
49
19
116
49
570
5800
6419
21
1
30
50
74
14
111
74
420
5550
6044
22
1
30
50
113
12
106
113
360
5300
5773
23
1
30
50
173
14
102
173
420
5100
5693
24
1
30
50
259
23
98
259
690
4900
5849
25
1
30
50
352
61
95
352
1830
4750
6932
26
1
30
50
320
206
96
320
6180
4800
11300
27
1
30
50
121
353
106
121
10590
5300
16011
28
1
30
50
40
275
118
40
8250
5900
14190
29
1
30
50
22
166
125
22
4980
6250
11252
30
1
30
50
19
94
127
19
2820
6350
9189
31
1
30
50
22
53
125
22
1590
6250
7862
32
1
30
50
29
31
121
29
930
6050
7009
33
1
30
50
42
20
117
42
600
5850
6492
34
1
30
50
63
14
112
63
420
5600
6083
35
1
30
50
97
11
107
97
330
5350
5777
36
1
30
50
150
11
102
150
330
5100
5580
37
1
30
50
229
16
98
229
480
4900
5609
38
1
30
50
332
37
94
332
1110
4700
6142
39
1
30
50
379
133
93
379
3990
4650
9019
40
1
30
50
190
346
100
190
10380
5000
15570
41
1
30
50
52
331
114
52
9930
5700
15682
42
1
30
50
22
207
124
22
6210
6200
12432
43
1
30
50
16
116
128
16
3480
6400
9896
44
1
30
50
17
64
127
17
1920
6350
8287
45
1
30
50
22
36
124
22
1080
6200
7302
46
1
30
50
31
21
120
31
630
6000
6661
47
1
30
50
46
14
115
46
420
5750
6216
48
1
30
50
71
10
110
71
300
5500
5871
49
1
30
50
111
9
105
111
270
5250
5631
50
1
30
50
173
10
100
173
300
5000
5473

При виконанні першого завдання були помічені наступні дані: при максимальному значенні кількості вовків вартість екосистеми збільшується максимально і період повернення екосистеми в стан рівноваги зменшується, що можна побачити на діаграмі в кінці таблиці.
Кількість трави
Число кроликів
Число вовків
Вартість екосистеми
Початок
1
30
50
300
200
500
300
6000
25000
31300
1
1
30
50
273
59
505
273
1770
25250
27293
2
1
30
50
372
23
490
372
690
24500
25562
3
1
30
50
551
19
471
551
570
23550
24671
4
1
30
50
783
48
455
783
1440
22750
24973
5
1
30
50
697
246
460
697
7380
23000
31077
6
1
30
50
288
211
502
288
6330
25100
31718
7
1
30
50
259
58
507
259
1740
25350
27349
8
1
30
50
356
20
491
356
600
24550
25506
9
1
30
50
536
15
471
536
450
23550
24536
10
1
30
50
786
37
453
786
1110
22650
24546
11
1
30
50
770
230
454
770
6900
22700
30370
12
1
30
50
286
244
501
286
7320
25050
32656
13
1
30
50
238
62
510
238
1860
25500
27598
14
1
30
50
326
19
494
326
570
24700
25596
15
1
30
50
495
12
474
495
360
23700
24555
16
1
30
50
748
24
455
748
720
22750
24218
17
1
30
50
882
160
448
882
4800
22400
28082
18
1
30
50
331
315
494
331
9450
24700
34481
19
1
30
50
218
81
515
218
2430
25750
28398
20
1
30
50
287
21
501
287
630
25050
25967
21
1
30
50
437
10
480
437
300
24000
24737
22
1
30
50
676
14
459
676
420
22950
24046
23
1
30
50
939
77
444
939
2310
22200
25449
24
1
30
50
479
391
475
479
11730
23750
35959
25
1
30
50
203
130
517
203
3900
25850
29953
26
1
30
50
240
27
508
240
810
25400
26450
27
1
30
50
362
9
487
362
270
24350
24982
28
1
30
50
568
8
465
568
240
23250
24058
29
1
30
50
867
26
446
867
780
22300
23947
30
1
30
50
852
276
447
852
8280
22350
31482
31
1
30
50
227
262
509
227
7860
25450
33537
32
1
30
50
194
49
517
194
1470
25850
27514
33
1
30
50
279
12
498
279
360
24900
25539
34
1
30
50
437
6
476
437
180
23800
24417
35
1
30
50
690
9
455
690
270
22750
23710
36
1
30
50
1004
59
438
1004
1770
21900
24674
37
1
30
50
504
453
469
504
13590
23450
37544
38
1
30
50
174
138
521
174
4140
26050
30364
39
1
30
50
206
24
512
206
720
25600
26526
40
1
30
50
315
7
491
315
210
24550
25075
41
1
30
50
500
4
469
500
120
23450
24070
42
1
30
50
793
9
448
793
270
22400
23463
43
1
30
50
1095
105
434
1095
3150
21700
25945
44
1
30
50
313
458
491
313
13740
24550
38603
45
1
30
50
153
86
527
153
2580
26350
29083
46
1
30
50
205
14
512
205
420
25600
26225
47
1
30
50
322
4
489
322
120
24450
24892
48
1
30
50
517
3
466
517
90
23300
23907
49
1
30
50
824
8
445
824
240
22250
23314
50
1
30
50
1136
114
431
1136
3420
21550
26106


Завдання № 3. Використовуючи методи генної інженерії, Ви можете регулювати плодючість і природну смертність кроликів, спритність і природну смертність вовків, врожайність і поживність трави. Які з цих параметрів і яким чином потрібно змінити, щоб підвищити прибуток від природокористування, зберігши стабільність екосистеми?
При виконанні даного завдання була замічена одна закономірність: при зміні одного з параметрів (плодючість і природну смертність кроликів, спритність і природну смертність вовків, врожайність і поживність трави) екосистема виходила із стану рівноваги і через певні періоди припиняла своє існування.
Т.ч. було виявлено наступне, змінювати параметри можна, але вони повинні бути обов'язково однакові і існують межі зміни параметрів (від 3 до 22). Тобто плодючість = природної смертності кроликів = спритність вовків = природної смертності вовків = врожайності трави = поживність трави. Причому чим вище чисельне значення параметра, тим швидше екосистема повертається в стабільний стан і тим більше її прибутковість.
Нижче наведені результати:



Висновок:
У ході проробленої роботи познайомилися з математичним моделюванням міжвидових взаємодій в екосистемах. Ми виявили мінімальний і максимальний граничні значення початкових параметрів екосистеми типу «хижак-жертва». Навчилися виділяти умови природокористування з метою отримання максимального прибутку в екосистемах. Навчилися змінювати параметри, що впливають на стабільність екосистеми.

Відповіді на запитання.
1.Які процесами забезпечується безперервність
існування життя на Землі протягом мільярдів років?
Безперервність життя забезпечується процесами синтезу і розпаду, кожен організм віддає або виділяє те, що використовують інші організми. Особливо велика в цьому вирі роль мікроорганізмів, які перетворюють рештки тварин і рослин в мінеральні солі і найпростіші органічні сполуки, знову використовуються зеленими рослинами для синтезу нових органічних речовин. При руйнуванні складних органічних сполук вивільняється енергія, втрачається інформація, властива складно організованим істотам. Будь-яка форма життя бере участь у біотичному круговерті, і на ньому заснована саморегуляція біосфери. Мікроорганізми при цьому відіграють двояку роль: вони швидко пристосовуються до різних умов життя і можуть використовувати різні субстрати в якості джерела вуглецю і енергії. Вищі організми не володіють такими здібностями і тому розташовуються вище одноклітинних в екологічній піраміді, спираючись на них, як на фундамент.
2. Що відбувається із сонячною енергією, що падає на Землю? У
ході яких процесів вона перетвориться?
Сонячна енергія перетворюється в спеціальних структурах клітин рослин в енергію хімічних зв'язків, в процесах бродіння та дихання. Ця енергія вивільняється і використовується живими організмами. У центрі цих перетворень в клітці знаходиться АТФ, яка синтезується з АДФ і Н 3 РО 4 за рахунок світлової енергії або енергії, що виділяється при бродінні або подиху. При гідролізі АТФ виділяється енергія, необхідна для здійснення всієї роботи живого організму - від створення градієнтів концентрації іонів і скорочення м'язів до синтезу білка.
3. Чим відрізняються потоки енергії та потоки речовин в біосфері?
Основним енергетичним елементом для біосфери є потік сонячного випромінювання. Енергія падаючого на поверхню Землі сонячного випромінювання диссипирует через створення повітряних потоків в атмосфері, випаровування води і хімічних процесів, що у неживої матерії.
Одночасно в біосфері проходить специфічний процес, який полягає в тому, що енергія сонячного випромінювання може акумулюватися, іноді на дуже тривалий період. Це відбувається при утворенні органічної речовини в ході фотосинтезу. Запасена енергія потім використовується для підтримки безлічі інших біохімічних реакцій.
Потік енергії від Сонця проходить складний шлях, трансформуючись в елементах біосфери, перш ніж вийти знову в неживу середовище у вигляді теплового випромінювання і відкладень органічного вуглецю в шарі Землі. Безперервний потік енергії, що накопичується в зелених рослинах, розтікається по складній мережі харчових зв'язків, поступово розтрачуючи в процесі обміну речовин і дихання на кожному трофічному (харчовому) рівні.
Потік енергії від Сонця неперервний. Це лінійний незамкнений процес, що є необхідним елементом для здійснення замкнутого процесу - біотичного кругообігу речовин у біосфері.
Біотичний кругообіг як замкнутий цикл виник у процесі еволюції планети протягом кількох мільярдів років (3,5-5 млрд).
Біотичний кругообіг - це кругова циркуляція речовин між грунтом, рослинами, тваринами і мікроорганізмами. Його суть зводиться до наступного: рослини, споживаючи з грунту мінеральні речовини, а з повітря - вуглекислий газ, в процесі фотосинтезу виробляють кисень та органічні речовини. Їх називають продуцентами. У цьому процесі вони акумулюють енергію в органічній речовині. Тварини, споживаючи кисень і поїдаючи рослини, виділяють вуглекислий газ і накопичують енергію в своїй біомасі. Вони називаються консументами. Бактерії, гриби, найпростіші та ін, переробляючи мертвих тварин і засохлі рослини, знову перетворюють їх у початковий стан - мінеральні та прості органічні сполуки, тим самим замикаючи цикл кругообігу речовини і забезпечуючи підготовку наступного циклу. Вони називаються редуцентами, або деструкторами.
4. Чому харчові мережі рідко складаються більш ніж з 4 - 5
трофічних рівнів?
Усередині екосистеми містять енергію органічні речовини
створюються автотрофними організмами і служать їжею (джерелом
речовини та енергії) для гетеротрофів. Типовий приклад тварина
поїдає рослини. Ця тварина в свою чергу може бути з'їдено
іншим тваринам, і таким шляхом може відбуватися перенесення енергії
через ряд організмів - кожний наступний харчується попереднім,
поставляють йому сировину та енергію. Така послідовність називається харчової ланцюгом, а кожен її ланка - трофическим рівнем. Перший трофічний рівень займають автотрофи, або так звані первинні продуценти. Організми другий трофічного рівня називаються первинними консументами, третього - вторинними консументами і т. д. Звичайно буває чотири або п'ять трофічних рівнів і рідко більше шести.
Первинними продуцентами є автотрофні організми, в
переважно зелені рослини. Деякі прокаріоти, а саме синьо-
зелені водорості і нечисленні види бактерій, теж
фотосінтезіруют, але їхній внесок відносно невеликий.
У водних екосистемах головними продуцентами є водорості -
часто дрібні одноклітинні організми, що становлять фітопланктон
поверхневих шарів океанів і озер.
Первинні консументи харчуються первинними продуцентами, тобто це
травоїдні тварини. На суші типовими травоїдними є багато
комахи, рептилії, птахи та ссавці. Найбільш важливі групи
травоїдних ссавців - це гризуни і копитні. До останніх
відносяться пасовищні тварини, такі, як коні, вівці, велика рогата худоба, пристосовані до бігу на кінчиках пальців.
У водних екосистемах (прісноводних і морських) травоїдні форми
представлені звичайно молюсками та дрібними ракоподібними. Життя в океанах і озерах практично повністю залежить від планктону, так як з нього починаються майже всі харчові ланцюги.
Вторинні консументи харчуються травоїдними; таким чином, це
вже м'ясоїдні тварини, так само як і третинні консументи,
поїдають консументів другого порядку.
Консументи другого і третього порядку можуть бути хижаками і полювати, схоплювати і вбивати свою жертву, можуть харчуватися падлом або бути паразитами. В останньому випадку вони за величиною менше за своїх господарів. Харчові ланцюги паразитів незвичайні по ряду параметрів. У типових харчових ланцюгах хижаків м'ясоїдні тварини виявляються більше на кожному наступному трофічному рівні:
Рослинний матеріал (наприклад, нектар)> муха> павук>
> Землерийка> сова
Сік рожевого куща> попелиця> сонечко> павук> комахоїдний
птах> хижий птах
У типових харчових ланцюгах, що включають паразитів, останні
стають меншими за розмірами на кожному наступному рівні.
5. Як моделюються ситуації «конкуренція» і
«Співіснування» в екосистемі? До яких висновків можна перейти,
використовуючи математичні моделі?
При співіснуванні чи конкуренції різні види не харчуються однієї і тієї ж їжею, не поїдають один одного, розмножуються в різних місцях. Тоді рівняння для чисельності записуються як:

Ситуація ускладнюється, якщо види живуть або намагаються жити за рахунок одного і того ж джерела їжі або залежать від одних і тих же життєвих умов. Наприклад, рослини, извлекающие фосфор з грунту. При цьому одні закривають листям інші, позбавляючи їх сонячного світла, або птиці, які будують гнізда в одних і тих же дуплах і т.п. Математично це відповідає встановленню генерації в лазері або автокаталітіческій реакції між двома групами молекул. Рішення показує, що виживе тільки один тип, найбільш пристосований. Це виживання може бути досягнуто поліпшенням індивідуальних констант і адаптацією. Якщо перекриваються джерела їжі N, M:
,
де - Швидкості надходження їжі, а - Збиток їжі за рахунок внутрішніх причин типу гниття. Розглядаючи праві частини рівнянь («сили») у площині m, n, можна знайти умови, при яких можливе співіснування. Узагальнення на випадок багатьох видів і джерел їжі виробляється аналогічно. Тому зрозуміло, яку важливу роль відіграють екологічні ніші для виживання видів і чому види так пристосовані до них.
6. Як моделюється ситуація «хижак-жертва»? До яких
висновків можна прийти, використовуючи математичну модель?
Прикладом аналізу ситуації «хижак-жертва» може служити еволюція чисельності зайців і вовків, яка характеризується коливаннями за часом. Абстрагуючись від різних обставин, так чи інакше впливають на число звірів, можна проаналізувати найважливішу залежність: зайці їдять траву, а вовки - зайців. Якщо б жили одні зайці, і корми було достатньо, то їх чисельність зростала б за експоненціальним законом, а якби жили тільки вовки, то вони вимирали б за тим же законом. При їх спільному існуванні швидкість зміни чисельності зайців і вовків пов'язана з частотою їх зіткнення, тобто пропорційна кількості тих і інших з деяким коефіцієнтом.
Зростання чисельності зайців призводить до збільшення харчування для вовків, але зменшує кількість трави, так що незабаром чисельність вовків виростає, а зайців - зменшується. Кількість трави збільшується, але запаси їжі для вовків зменшуються, і їх чисельність падає. Тоді поголів'я зайців знову зростає, і процес повторюється. Режим коливань з певним періодом виявляється стійким. Рівняння, що описують таку систему:
,
де перше рівняння описує число жертв n, друге - число хижаків m.
Ці рівняння мають періодичний розв'язок. Стаціонарне рішення відповідає повного вимирання, і воно єдине стійке. У природі таке може трапитися, але біологи вказують на можливість тварин-жертв знайти притулок, не доступне хижакам, так що деяка частина їх виживе. Модель може ускладнюватися введенням декількох типів жертв, якими може харчуватися один хижак, та іншими варіантами.
7. Як моделюється ситуація «симбіоз»? До яких висновків можна
прийти, використовуючи математичну модель?
Симбіоз відображає кооперацію окремих видів у боротьбі за існування, коли один вид допомагає або протегує іншому (як, наприклад, кооперація бджіл або дерев). Оскільки швидкість розмноження одного виду залежить від наявності іншого, то, нехтуючи внутрішньовидових придушенням , Маємо:
.
Тут стаціонарний випадок відповідає n = m = 0. У цих простих схемах не вистачає дуже багатьох факторів - зміни клімату і погоди, зв'язку віку особини і смертності, коливань запасів їжі в різні пори року і на різних територіях і т.д. Але використання навіть простих моделей за різних, емпірично врахованих тих чи інших параметрах дає цікаві результати.
Будуючи математичні моделі і проводячи польові випробування, вчені намагаються зрозуміти, яким чином паразити та їх господарі коеволюціоніровалі в тісні спільноти. Комп'ютерні моделі цих процесів відповідає «гонці озброєнь» в ході еволюції. Паразити повинні весь час пристосовуватися, щоб отримати від хазяїна більше ресурсів для зростання своєї популяції, а господар всіляко намагається цього не допустити. Біологи-еволюціоністи вважають, що існування підлог з еволюційної точки зору невдало, і статеві відмінності мали б поступово зникнути, але цього не відбувається. Ймовірно, тому, що стать є якимось «секретною зброєю", що зберігає велику стійкість господаря: адже паразит пристосовується зазвичай до певної її типу. Як тільки господарі стають жертвами, чисельність менш поширених типів господарів збільшується, і навпаки.
8. Яку роль у біотичному круговерті грають мікроорганізми,
чи є вони необхідними для життя на Землі і чому?
Біотичний кругообіг - основа існування біосфери. Головний елемент кругообігу - здатність одних організмів харчуватися іншими або їх відходами. Особливо велика в цьому вирі роль мікроорганізмів, які перетворюють рештки тварин і рослин в мінеральні солі і найпростіші органічні сполуки, знову використовуються зеленими рослинами для синтезу нових органічних речовин. При руйнуванні складних органічних сполук вивільняється енергія, втрачається інформація, властива складно організованим істотам. Мікроорганізми при цьому відіграють двояку роль: вони швидко пристосовуються до різних умов життя і можуть використовувати різні субстрати в якості джерела вуглецю і енергії.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Лабораторна робота
451.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Популяція козулі Селемджинский району

Нажми чтобы узнать.
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru