Научный сотрудник биологического факультета московского университета полищук показал что риск
Вероятность вымирания в позднем плейстоцене разных видов млекопитающих зависела от их размера
«. Но природа, увы, скорей
разделяет, чем смешивает. И уменьшает чаще,
чем увеличивает; вспомни размер зверей
в плейстоценовой чаще. »
Эти стихи Иосифа Бродского служат эпиграфом к статье, появившейся недавно в предварительной, онлайновой версии журнала Evolutionary Ecology Research. Автор статьи, Леонард Владимирович Полищук, ведущий научный сотрудник кафедры общей экологии Биологического факультета МГУ, на большом эмпирическом материале доказывает, что вероятность вымирания разных видов млекопитающих в конце плейстоцена (примерно 12 тыс. лет назад) определялась прежде всего размерами их тела. Чем крупнее был вид, тем с большей вероятностью он мог исчезнуть с лица земли, причем риск вымирания возрастал пропорционально массе тела в степени 0,75. Подобный вывод плохо согласуется с популярной гипотезой, согласно которой основная причина массового вымирания млекопитающих в позднем плейстоцене — истребление их человеком. Хотя крупные звери и представляли особый интерес для древних охотников, вероятность их вымирания оказалась не больше той, что следовало ожидать согласно уравнению, выведенному для всей совокупности видов. Решающее значение имела масса тела, которая на самом деле выступала в качестве косвенной оценки плотности популяции. А плотность популяции тем меньше, чем крупнее животное.
В конце плейстоцена (примерно 15–12 тыс. лет тому назад) на всех континентах происходило массовое вымирание крупных животных — так называемой мегафауны. В Америке, к примеру, исчезли мастодонты, саблезубые тигры (правильнее — смилодоны) и гигантские наземные ленивцы; в Евразии — мамонты и шерстистые носороги; в Австралии, где вымирание началось раньше, — сумчатые львы и дипротодоны (см. Diprotodon) — самые крупные (размером с носорога) сумчатые, когда-либо существовавшие на Земле.
Среди причин этого массового вымирания, охватившего буквально все континенты, чаще всего называют изменение климата, прямое истребление животных первобытным человеком, а иногда и более экзотические события — например, падение крупного метеорита 12 900 лет тому назад и наступившее вследствие этого похолодание (см.: Firestone, West, Kennett, et al. 2007. Evidence for an extraterrestrial impact 12,900 years ago that contributed to the megafaunal extinctions and the Younger Dryas cooling // PNAS. October 9, 2007. V. 104. P. 16016–16021).
Но основные споры ведутся между теми, кто считает, что решающую роль сыграли климатические изменения, и теми, кто полагает, что основное значение имел антропогенный фактор — трансформация древним человеком природных ландшафтов (происходившая, в частности, из-за участившихся пожаров) и, что еще более важно, прямое истребление крупных зверей первобытными охотниками. В пользу влияния климата приводят обычно сведения о серии катастрофических засух в Австралии или о наступившем на севере Евразии 12–10 тыс. лет назад резком потеплении, в результате чего сильно сократилась площадь областей, занятых холодными сухими степями. А именно эти ландшафты (так называемые тундростепи), были местами обитания мамонтов, шерстистых носорогов и ряда других представителей «мамонтовой фауны» (см.: Мамонты вымерли потому, что им негде стало жить, «Элементы», 05.04.2008). В пользу гипотезы об определяющем воздействии человека приводят данные о совпадении сроков заселения человеком определенных областей и исчезновением там крупных млекопитающих, а также то, что вымерли в конце плейстоцена прежде всего крупные звери, которые были наиболее желанной добычей для охотников.
Строго говоря, гипотезы о ведущей роли климата или антропогенного воздействия не являются альтернативными — на самом деле могла иметь место и их комбинация. Очевидно, что в любом случае вымиранию того или иного вида предшествовало сильное сокращение его численности. Недаром и сейчас в Красные книги, списки животных и растений, которым грозит исчезновение, включают прежде всего виды, имеющие малую численность и низкую скорость воспроизводства.
Автор обсуждаемой работы подошел к проблеме плейстоценового вымирания зверей с совершенно другой стороны. Вопрос, который его интересовал, сводился к тому, существует ли какая-то закономерная связь между исчезновением тех или иных видов млекопитающих и их размером (массой тела взрослых особей). Согласно предложенной Полищуком гипотезе, риск вымирания был больше для крупных, а не мелких видов прежде всего потому, что существенно ниже была плотность их популяций. И хотя непосредственно плотность популяций животных, живших 12 тыс. лет тому назад, нам не известна, мы можем оценить ее косвенно, зная массу их тела (эта величина достаточно надежно определяется и для вымерших видов).
В 1980-е годы американский исследователь Джон Дамут (John Damuth, 1981. Population density and body size in mammals // Nature. V. 290. P. 699–700), проанализировав данные по более чем 300 видам современных нехищных наземных млекопитающих, показал, что плотность их популяций падает по мере увеличения массы тела, причем уравнение, описывающее зависимость, включает массу тела в степени –0,75. Само по себе это очень любопытно, так как скорость обмена веществ (и рациона) животного растет по мере увеличения массы тела также в степени 0,75, но со знаком плюс. Соответственно, потребление энергии популяцией животных с единицы площади оказывается не зависящим от массы тела животных. Эту кажущуюся неожиданной закономерность экологи и называют правилом энергетической эквивалентности.
Исходный эмпирический материал, на который опирался Полищук, — это доступная база данных по многим (более 2,5 тыс.) видам плейстоценовых млекопитающих, как вымершим, так и дожившим до нашей дней. Отдельно приведены сведения по Северной и Южной Америке, Африке и Австралии. Данные по Евразии не включены, так как соответствующая база очень неполная. В обсуждаемой работе использовалась прежде всего усеченная выборка (2123 вида), не включающая представителей отрядов рукокрылых (летучих мышей) и ластоногих (тюленей). Их и другие исследователи обычно не принимают в расчет при выведении общих зависимостей для наземных млекопитающих в силу сильных отличий образа жизни и среды обитания.
Исходя из того, что плотность популяций разных видов можно рассматривать как функцию массы тела в степени –0,75, Полищук показал, что вероятность вымирания P можно представить как логистическую функцию массы тела (точнее, логарифма массы тела) с наклоном регрессии +0,75. Используемый метод логистической регрессии (см. logistic regression) в данном случае очень удобен, поскольку позволяет сопоставить непрерывно меняющуюся переменную (массу тела) с дискретной функцией, подразумевающей только два значения — «вымер» или «выжил». Зависимость риска вымирания вида, то есть величины, определяемой как P / (1 – P), от массы тела хорошо описывалась следующим уравнением:
Показатель степени 0,76 значимо не отличался от величины 0,75, предсказываемой предложенной гипотезой. Расчет показывает, что если масса тела увеличивается в 10 раз, то шанс вымирания возрастает в среднем в 5,77 раз (при учете статистической погрешности в 4,72–7,05 раз).
Помимо уравнения для совокупности всех наземных млекопитающих Полищук также вывел уравнение отдельно для крупных видов (масса более 5 кг), которые, по-видимому, представляли гораздо больший интерес для первобытных охотников. Оказалось, что и для этого случая соблюдается предложенная гипотеза. И хотя показатель степени при массе тела был равным 0,83, значимо он не отличался от 0,75.
Полученные Л. В. Полищуком выводы, хотя и не затрагивают напрямую непосредственных причин вымирания, всё же скорее свидетельствуют в пользу климатической теории (сокращение численности всех видов), а не решающей роли охоты первобытных людей. Ведь в последнем случае следовало бы ожидать изменений в избирательности вымирания крупных (≥ 5 кг) зверей, а этого как раз не обнаружено.
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ, 10-11 класс
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ, 10-11 класс
Данный документ содержит задания олимпиады, в которых жирным шрифтом выделены правильные ответы.
Выберите один правильный ответ из нескольких возможных
1. Экосистемы Крайнего Севера по сравнению с экосистемами лесов сред-
а) более устойчивы и разнообразны;
в) ничем не отличаются;
2. Для млекопитающих зависимость числа особей от возраста («кривая вы-
живания») имеет форму:
3. В 1950-х годах в промышленно развитых странах началась «зелёная ре-
волюция», связанная с:
а) созданием новых сортов сельскохозяйственных растений и интенсивным
применением химических средств их защиты;
б) созданием и распространением генетически модифицированных орга-
в) массовыми протестами населения этих стран против применения мине-
ральных удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве;
г) всплеском популярности органик-земледелия.
4. Лучшими индикаторами (показателями) состояния среды являются виды,
а) требуют строго определённых условий существования;
б) существуют в широком диапазоне условий среды обитания;
в) приспосабливаются к влиянию антропогенных факторов;
г) проявляют пластичность к действию факторов среды.
5. Ослабленные, больные деревья выделяют вещества, которые привлекают
насекомых-вредителей, то есть первые оказывают на последних:
а) аттрактивное действие;
б) репеллентное действие;
в) аллелопатическое действие;
г) гомеопатическое действие.
6. Сочные плоды некоторых растений поедаются животными. Семена при
этом не только распространяются в различных местах, но даже повышают
свою всхожесть под воздействием желудочного сока. Подобные отноше-
ния между растениями и животными называются:
7. В кожных углублениях хвоста головастиков травяной лягушки поселя-
ются инфузории, которые питаются частичками экскрементов. Эти отно-
шения служат примером:
8. Исторические этапы взаимоотношений человека и природы можно вы-
строить в следующей последовательности:
а ) «палеолитическая революция», «неолитическая революция», «промышленная революция», «зелёная революция»;
б) «палеолитическая революция», «зелёная революция», «неолитическая
революция», «промышленная революция»;
в) «промышленная революция», «зелёная революция», «палеолитическая
революция», «неолитическая революция»;
г) «неолитическая революция», «палеолитическая революция», «промыш-
ленная революция»; «зелёная революция».
9. Правильно составленная схема вторичной экологической сукцессия:
а) пожарище → лишайники и водоросли → травы и кустарники → ельник
б) скалы → лишайники и водоросли → мхи и папоротники → травы и кус-
тарники → березняк → смешанный лес → ельник;
в) вырубка → травы и кустарники → березняк → смешанный лес → ель
г) пустошь → мхи и папоротники → травы и кустарники → смешанный
лес → березняк → дубрава.
10. Принцип исключения Г. Ф. Гаузе может применяться в случае:
а) определения типа особо охраняемой природной территории;
б) описания отношений между черными и рыжими тараканами;
в) расчета рациона питания сельскохозяйственных животных;
г) моделирования эрозионных процессов.
11.Фактор, уровень которого приближается к пределам выносливости организма или превышает её, называют:
12. Термин «синэкология» происходит от греческого «син», что означает:
13. Найдите верное утверждение:
а) все консументы – гетеротрофы;
б) все растения – продуценты;
в) все бактерии – редуценты;
14.Выберите неверное утверждение:
а) Узкоспециализированные виды называются стенобионтными
б) Виды, существующие в относительно большом диапазоне действия экологического фактора, называют эврибионтными
в) Виды, длительно развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности
г) Виды, существующие при значительных колебаниях факторов среды, не могут стать эврибионтными
15.Области повышенной концентрации жизни в биосфере расположены на границе разделов разных сред и названы В.И.Вернадским:
б) областями рекреации;
в) контактными областями;
г) областями концентрации.
16. В настоящее время наблюдается тенденция изменения состава атмосферы (в процентном соотношении), а именно происходит:
а) увеличение концентрации азота и уменьшение концентрации углекислого газа;
б) уменьшение концентрации инертных газов и увеличение концен-
в) увеличение концентрации углекислого газа и уменьшение концен-
г) увеличение концентрации кислорода и уменьшение концентрации
17. Экологическим следствием развития сельского хозяйства стало:
а) нормализация биогеохимических циклов;
б) коэволюция человека и природы;
в) уменьшение площади пустынь;
г ) изменение биогеохимических циклов.
18. С начала XIX века в Европе начали широко использоваться каменный уголь в качестве топлива. Это было связано с тем, что:
а) каменный уголь со Средневековья использовался в Европе для
промышленных нужд, но при росте промышленности его стали использовать в еще больших количествах и, в том числе, как топливо;
б) импорт нефти и газа (которые были основой промышленности
Европы) из других стран был ограничен из-за отсутствия трубопроводов;
в) древесина стала малодоступной в результате вырубки лесов;
г) углеводородного сырья, добываемого на собственной территории,
было недостаточно при растущей промышленности.
19. Понятие топических связей ввел В. К. Беклемишев, подразумевая под ними воздействие одних организмов на другие через изменение различных абиотических факторов. Примером топических экологических связей является:
а) наличие длинных волос, выростов на пальцах тонкопалого тушканчика – обитателя песчаных пустынь;
б) заселение насекомыми «бассейнов», образующихся за счет скопления дождевой воды в основаниях листьев растений семейства бромелиевых;
в) переваривание росянкой насекомых, попадающих на поверхность
г) закрепление подвижных песков с помощью растенийпсаммофилов (ива-шелюга, кандым, другие кустарники).
20. Бактерии споосбны очень быстро размножаться. Каждые полчаса путем деления из одной клетки образуются две. Если одну бактерию поместить в идеальные условия, то за сутки ее потомство должно составить
2 48 = 281 474 976 710 700 клеток. Такое количество бактерий заполнит 0,25-литровый стакан. Какое количество времени должно пройти, чтобы бактерии заняли объем 0.5 л?
21. В одной из своих работ В. И. Вернадский писал: «Лучи Солнца обусловили главные черты механизма биосферы. Вещество биосферы (масса)
благодаря солнечным лучам … становится активным и способным производить работу». Здесь речь идет о такой функции живого вещества, как:
22. Видовая способность к размножению при отсутствии ограничений со
стороны окружающей среды получила название:
а) лимитирующего фактора;
б) биотического потенциала;
в) устойчивого развития;
23. Стабильные популяции характеризуются численностью, которая:
а) изменяется нерегулярно с большой амплитудой колебаний;
б) находится на уровне поддерживающей ёмкости среды;
в) изменяется регулярно в зависимости от условий среды;
г) определяется скоростью миграционных процессов.
24. Длина пищевой цепи лимитируется:
а) количеством пищи;
б) потерей энергии на каждом трофическом уровне;
в) скоростью накопления органического вещества.
25. Основным фактором, определяющим размеры популяций, является:
26..Наивысшая плотность жизни на суше Земли наблюдается в:
б) широколиственном лесу;
в) тропическом лесу.
27..Сильное освещение прямыми солнечными лучами хуже всего переносят:
Определите правильность представленного утверждения ( подчеркните правильный ответ и дайте обоснование Вашего выбора)
28. Азот из атмосферы может поступать в почву и воду за счет фотосинтеза.
(Ответ нет, потому что азот из атмосферы может поступать в почву и
воду за счет другого процесса – азотофиксации, происходящего при уча-
стии клубеньковых бактерий-азотофиксаторов).
29. Загрязнение окружающей среды пестицидами относятся к физическому
(Ответ нет, потому что пестициды (ядохимикаты) – химические ве-
щества, применяемые в сельском хозяйстве для борьбы, например, с вредителями растений. Следовательно, такое загрязнение относится к химическому типу).
Выберите правильное утверждение. Ответ обоснуйте. Объясните почему остальные утверждения неверные (дайте обоснование каждого неверного утверждения)
Конкурсное задание № 3 заключается в выборе единственного правильного
варианта ответа из четырёх предложенных с письменным обоснованием своего выбора. Вы должны не только выбрать и указать правильный ответ, но и письменно обосновать свой выбор, опираясь на свои знания и опыт.
Для удобства проверки Вашего обоснования текст желательно разбить
на четыре коротких абзаца – по числу проанализированных Вами вариантов ответа. Абзацы следует начинать словами: «ответ «а» правильный (или неправильный) потому что [далее следует обоснование]».
30. Научный сотрудник биологического факультета Московского университета Л. В. Полищук показал, что риск вымирания млекопитающих в конце плейстоцена (12 тыс. лет назад) зависел от размера их тела. Чем крупнее особи, тем с большей вероятностью вид мог исчезнуть с лица земли по естественным причинам (например, в результате климатических изменений). Подобный вывод противоречит популярной гипотезе, согласно которой крупные млекопитающие (мастодонты, саблезубые тигры, гигантские наземные ленивцы, мамонты и шерстистые носороги, сумчатые львы и др.) были истреблены первобытными людьми. Исследование Л. В. Полищука основано на том предположении, что:
а) крупные млекопитающие не могли представлять интереса для первобытных охотников в качестве добычи;
б) с увеличением массы тела особей данного вида снижается плотность его популяций и скорость воспроизводства;
в) для вымерших млекопитающих не соблюдается «правило энергетической эквивалентности», согласно которому потребление энергии популяцией животных с единицы площади не зависит от массы тела;
г) сроки заселения человеком определенных областей и исчезновения там крупных млекопитающих совпадают.
(Ответ б) является верным.
Ответ а) не является верным. Безусловно, крупные млекопитающие
представляли значительный интерес для первобытных людей в качестве
добычи, как источник белковой пищи. Например, по одной из распространенных версий, именно в результате охоты вымерли мамонты.
Ответ б) является верным. Если плотность популяции зависит от
массы особей того или иного вида, то чем крупнее животное, тем меньше
плотность его популяций. С уменьшением плотности популяций снижается скорость воспроизводства, следовательно, возрастает риск вымирания по сравнению с более мелкими животными.
Ответ в) не является верным. Если «правило энергетической эквива-
лентности» является общеэкологическим, оно не может нарушаться, вы-
полняться или не выполняться в зависимости от исторического периода.
То есть потребление энергии популяцией животных с единицы площади не зависит от массы тела для любых животных –как существующих в на
стоящее время, так и обитавших ранее, а ныне вымерших.
Ответ г) не является верным. Совпадение сроков заселения человеком определенных областей и исчезновения там крупных млекопитающих
свидетельствует как раз в пользу истребления последних человеком, что
противоречит гипотезе Л. В. Полищука).
31. За последние 150 лет средняя температура поверхности Земли увеличилась на 0,4 градуса. В Арктике скорость потепления выше почти в три раза. По итогам Международного полярного года коллектив ученых, возглавляемый Э. Постом из Университета штата Пенсильвания (США), объединил данные об изменениях арктических экосистем. Полученные результаты прямо или косвенно связаны с одним параметром – температурой. В частности:
а) за счет расширения местообитаний увеличилась численность белой чайки, которая зимой живет на кромке многолетних дрейфующих льдов;
б) в связи с потеплением на территории Гренландии наблюдается всё более поздние сроки цветения растений и активности насекомых- опылителей;
в) в южных районах Арктики всё чаще появляются деревья и кустарники, встречавшиеся ранее лишь гораздо севернее;
г) в связи с возрастающим обилием дождей увеличился смыв с суши
биогенных элементов в водоёмы, что ведет к увеличению их эвтрофикации.
(Ответ г) является верным.
Ответ а) не является верным. Потепление приводит к таянию дрейфующих льдов, а, следовательно, к сокращению местообитаний чаек, которые живут зимой на кромке многолетних дрейфующих льдов.
Ответ б) не является верным. В связи с потеплением теплое время
года (весна) должно наступать раньше. Соответственно, на более ранние, а не поздние сроки будут сдвинуты цветение растений и соответствующая активность насекомых-опылителей.
Ответ в) не является верным. С потеплением должно наблюдаться
распространение более южных видов на север, а не наоборот.
Ответ г) является верным. По мере потепления климата будет увеличиваться количество осадков в виде дождя (а не снега). Обилие дождей увеличит смывание с суши соединений биогенных элементов в водоёмы, что приведет к более сильной их эвтрофикации).
32. На пивоваренных заводах в Фиджи, Танзании, Китае и Намибии применятся технология «нулевых отходов». На использованных зернах
корм скоту и для выращивания земляных червей. Червями кормят цыплят.
Цыплята и скот дают навоз, богатый метаном, который собирают и сжигают, получая пар и электричество. Жидкие отходы вносят в водоемы, где выращивается семь видов рыб, а в плавающих садах – цветы и овощи. Такая система требует в четыре раза больше рабочих мест, чем обычное пивоваренное производство. Продукция реализуется местному населению.
Описанная производственная система:
а) не является примером устойчивого развития, поскольку требует в четыре раза больше рабочих мест, то есть является экономически менее эффективной;
б) является примером устойчивого развития, поскольку основана на нелинейных трофических связях и характеризуется высокой степень био-
в) не является примером устойчивого развития, поскольку не учитывает социальных и экономических факторов;
г) является примером устойчивого развития, поскольку основана на линейных трофических связях и характеризуется низкой степенью биоразнообразия.
(Ответ б) является верным.
Ответ а) не является верным. Концепция устойчивого развития предусматривает комплексное решение экологических, социальных и экономических проблем. Увеличение числа рабочих мест позволяет решать социальные и экономические проблемы развивающихся стран.
Ответ б) является верным. Описанная система, в отличие от традиционного сельскохозяйственного производства (монокультура) характеризуется высокой степенью биоразнообразия (грибы, скот, птицы, рыбы, цветы, овощи). Между этими организмами устанавливаются нелинейные трофические связи.
Ответ в) не является верным. Создание новых рабочих мест, реализация продукции местному населению свидетельствуют о комплексном учете экологических, социальных и экономических факторов.
Ответ г) не является верным. Описанная система, в отличие от традиционного сельскохозяйственного производства (монокультура) характеризуется высокой степенью биоразнообразия (грибы, скот, птицы, рыбы, цветы, овощи). Между этими организмами устанавливаются нелинейные трофические связи.)
Установите соответствие. Ответ запишите в виде последовательности цифр и букв в порядке возрастания цифр.
1. Микориза берёзы и подберёзовика А. Хищничество
2. Произрастание одуванчика под пологом
елового леса Б. Мутуализм
3. Поедание мыши лисой В. Нейтрализм
4. Обитание белки и дождевого червя в лесу Г. Аменсализм
34. Какими учеными были введены данные экологические понятия?
1. Экология А. Вернадский
2. Биосфера Б. Геккель
3. Живое вещество В. Зюсс
4. Экосистема Г. Тенсли
Критерии оценивания олимпиадных заданий
II . Оценивание правильности выбора утверждений «да» или «нет» и его
Обоснования. Кол-во задач – 2 (Максимальное кол-во баллов за задачу – 3)
Шкала для проверки конкурсной задачи
с выбором и обоснованием ответа
Частичное (неполное) обоснование ответа (без использования экологических законов, правил, закономерностей, не рассматривается содержание приведённых в ответе понятий, отсутствует логика в рассуждениях; при этом ошибок, указывающих на серьёзные пробелы в знании экологии, нет).
Полное обоснование ответа (с использованием экологических законов, правил, закономерностей, рассматривается содержание приведённых в ответе понятий; обоснование логично)
III . Оценивание задач с выбором ответа и обоснованием
Кол-во задач – 3 (Максимальное кол-во баллов за задачу – 3)
Шкала для проверки конкурсных тестовых задач
по экологии с обоснованием ответа
Частичное (неполное) обоснование ответа (без использования экологических законов, правил, закономерностей, не рассматривается содержание приведённых в ответе понятий, отсутствует логика в рассуждениях; при этом ошибок, указывающих на серьёзные пробелы в знании экологии, нет).
Полное обоснование ответа (с использованием экологических законов, правил, закономерностей, рассматривается содержание приведённых в ответе понятий; обоснование логично)
Задания с обоснованием ответа могут включать задачи как с обоснованием одного (правильного) ответа, так и с обоснованием всех (как правильного, так и трех вариантов неправильных) ответов.
IV . Установите соответствие.
Максимальное количество баллов – 44 балла