Структура Лицея как пример экологической популяции

Исследовательская работа

Выполнили: ученица 11 А класса Батайкина Ольга ученица 11 Б класса Кабаева Наталья

МОУ «Лицей № 43»

Саранск - 2005

Введение

Нет ни одного человека, который полностью был бы похож на другого. Изучать его, наверное, самое интересное и самое трудное. Но человек живет не один: он живет в обществе, где существуют определенные нормы, объединения, которые способствуют становлению личности. Примером может служить школа. Здесь человек проводит десять лет своей жизни, причем одни из самых «продуктивных». Это не только учеба как усвоение наук и дисциплин, но и уроки общения, взаимодействия, как со сверстниками, так и со старшими людьми.

Лицей в качестве изучаемого объекта будет как минимум в два раза интереснее обычной школы: во-первых, здесь меньше классов (практически каждого знаешь в лицо); во-вторых, физико-математическая направленность лицейской программы обучения (это накладывает отпечаток, например, на половую структуру), в третьих, в Лицее существует своя особая атмосфера.

В своей работе мы попытались провести параллели между Лицеем и естественной природной популяцией. Сравнили классы по некоторым признакам, характерным для описания популяции с точки зрения экологии. Был проведен анализ как для отдельных классов, так и для Лицея в целом.

1. Литературный обзор 1.1. Что такое популяция

При изучении экологии чаще используется термин «популяция», чем термин «вид». Популяция – внутривидовая группировка, являющаяся составной частью вида.

Вид занимает определенную территорию – ареал. Он может быть достаточно обширным и неоднородным. В наиболее благоприятных местах обитания организуются группы особей вида, которые могут существовать здесь довольно длительное время, и даже изолируясь от подобных группировок. В связи с этим можно дать более точное определение:

Своеобразная группировка особей одного вида, находящихся во взаимосвязи между собой и с окружающей средой и совместно населяющие общую территорию, определенный участок ареала, называется популяцией.

Популяция обладает общим генофондом, сходной морфологией, единым жизненным циклом. Популяция – есть форма существования вида и его генетическая единица, первая надорганизменная биологическая система. Приспособительные способности популяции гораздо выше, чем у слагающих ее индивидов.

Степени обособленности соседних популяций различны. В одних случаях они резко разграничены непригодной для жизни территорией. В других условиях сплошное заселение видом обширных территорий приводит к постоянному взаимодействию членов группировок, и выделять границы между популяциями можно лишь условно.

Изоляция приводит к появлению различий между популяциями не только в групповых характеристиках, но и в качественных особенностях физиологии, морфологии и поведения отдельных особей. Эти различия создаются под влиянием естественного отбора, приспосабливающего каждую популяцию к конкретным условиям ее существования. Различия между популяциями вида тем сильнее, чем более несходны условия их обитания, и чем больше изоляция. Однако между популяциями достаточно долго осуществляется обмен отдельными особями. Этот обмен может быть регулярным и эпизодическим. Связи между популяциями поддерживают вид как единое целое.

Существует концепция иерархии популяций в зависимости от размеров занимаемой ими территории. Рассмотрим систему Н. П. Наумова:

Элементарная популяция – группировка особей вида, занимающих какой-то участок однородной площади. Такие популяции могут быть временными и нестабильными, но связь между особями в таких группировках очень тесная.

Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций. Такие популяции приурочены к конкретным биогеоценозам. Они изолированы друг от друга, но слабо, и обмен генетической информацией происходит довольно часто, однако реже, чем между элементарными популяциями.

Географические популяции складываются из экологических и охватывают группу особей, заселяющих территорию с географически однородными условиями существования, но разнородную биогеоценотически. Географические популяции четко разграничены и относительно изолированы.

1.2. Структура популяции

Каждой популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, численность и плотность, соотношение по полу и возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям являются показателями структуры популяции и отражают ее организацию.

Структура популяции не может быть постоянной, она меняется и носит адаптивный характер, то есть относится к приспособительным чертам групповой организации. От этого зависит устойчивость популяции и ее дальнейшее существование. Рассмотрим структуры популяции:

Пространственная структура.

Популяция занимает определенное пространство, территорию, которая включает в себя не только место жизни (убежища), но и место питания. Почти всегда территория, занимаемая популяцией, неоднородна по экологическим условиям – разница рельефа, почвенного покрова, микроклимата и др.

Равномерное распределение особей на занимаемой территории в природе встречается редко, чаще всего это распределение неравномерно. Наиболее выражены два из них: мозаичное – размещение с незанятым пространством между отдельными скоплениями и случайное – распределение диффузного типа. Внутрипопуляционное распределение высших животных регулируется системой инстинктов, им свойственно особое территориальное поведение. Подвижные животные по использованию пространства делятся на оседлых и кочевых.

Оседлое существование обеспечивает в течение всей или большей части жизни довольно ограниченного участка среды. Животные хорошо знают свою территорию, легко в ней ориентируются. Часто они прокладывают тропинки, делают дополнительные убежища. Оседлые животные обладают инстинктами привязанности к своему участку и в случае вынужденного переселения стремятся вернуться туда – этот инстинкт получил название «хоминг». Длительное использование определенной территории помогает более полному ее освоению, однако оседлый образ жизни таит в себе угрозу истощения ресурсов, поэтому у таких видов выработались определенные особенности поведения, которые обеспечивают разграничения мест обитания между отдельными особями, семьями.

Кочевой образ жизни не свойственен одиночным животным, кочуют стаи, стада. Преимущества кочевок заключается в том, что животные не зависят от запасов корма на конкретной территории. Перемещения многих видов ограничены определенной территорией. При кочевом образе жизни животные совершают более или менее закономерные циклические перемещения по территории с повторным использованием одних и тех же участков через определенные сроки, необходимые для восстановления состава кормов.

Пространственная структура популяции очень динамична и подвержена сезонным и другим адаптивным перестройкам в соответствии с местом и временем.

Половая структура.

Популяции большинства видов состоят из особей женского и мужского пола. Соотношения особей разного пола в разных популяциях различны, и это зависит от биологических особенностей вида и условий жизни; оно определяет дальнейший рост численности популяции.

Возрастная структура – совокупность возрастных групп (молодого, средневозрастного, старого поколения). Требования особи к среде и устойчивость к отдельным ее факторам с возрастом существенно изменяются. На различных стадиях развития могут происходить смена среды обитания, изменение типа питания, характера передвижения и общей активности организма. Возрастная структура имеет приспособительный характер. Она формируется на основе биологических свойств вида, но всегда отражает также силу воздействия факторов окружающей среды. Экологическая неоднородность популяции, усиленная возрастными различиями, расширяет возможности к сопротивлению изменениям среды, повышает вероятность того, что при сильных отклонениях условий жизни от нормы в популяции сохранится хотя бы часть жизнеспособных особей и она сможет продолжить свое существование. Графически эта структура выражается возрастной пирамидой.

Этологическая структура – система взаимоотношений между членами одной популяции. Она заключается в образовании внутрипопуляционных территориальных группировок и в формировании определенных стереотипных отношений между особями, которые зависят от видовых особенностей, от состава, численности и плотности популяции. Поведенческая организация регламентирует использование пространства и пищевых запасов территории, обеспечивает наиболее рациональный в данных условиях энергетический запас.

Поведение животных по отношению к другим особям зависит от того, одиночный или групповой образ жизни свойственен виду.

Одиночный образ жизни, при котором особи независимы и обособлены друг от друга, характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов не встречается.

Групповой образ жизни определяется условиями связи между половыми партнерами и возникновением контактов между родительским и дочерним поколением. В связи с этим можно выделить несколько видов взаимоотношений.

Семья (сильны связи между родителями и потомками).

Колония (групповое поселение оседлых животных). Могут существовать длительное время или возникать только на период размножения.

Стая (временное объединение животных, которое проявляет биологически полезную организованность действий (защита от врагов, добывание пищи, миграция)). В таких объединениях сильно развиты подражательные реакции и ориентация на соседей.

Стадо (более длительное и постоянное объединение животных по сравнению со стаями). В стадных группах, как правило, осуществляется все основные формы жизни вида: добывание корма, защита от врагов, размножение, воспитание молодняка.

1.3. Численность и плотность популяции

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Она зависит от соотношения интенсивности размножения и никогда не бывает постоянной.

Плотность – величина, определяющаяся количеством особей, либо биологической массы на единицу площади. Она также изменчива и зависит от численности.

Рассмотрим подробнее факторы, определяющие численность популяции:

Размер территории, которую занимает популяция. Малоподвижные и пассивно перемещающиеся организмы имеют, как правило, небольшие территории своих популяций, в соответствии с этим и численность их относительно мала. Многие животные, ведущие подвижный образ жизни, расселяются активно, поэтому площади, занимаемые их популяциями, бывают огромны, что приводит к большой численности.

Величина особей.

Продолжительность жизни. Численность популяции складывается как итоговая величина от соотношения результатов размножения и смертности.

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы среды.

Практическая часть.

Статистические данные по классам Лицея (на 19 марта 2005 г)

Для примера обработки данных по классам Лицея приводим полный расчет по 7 классу. (Статистические данные по остальным классам см. Приложение)

2.1. 7 класс

Ι. Таблица 1 Статистические данные об учащихся 7 класса

Фамилия	Имя	Пол	Рост	Вес	Год рожд.	Неформ. Лидер	Ряд	Вариант	№ парты
Антонова	Елена	ж	165	45	1992	нет	3	2	4
Воронина	Наталья	ж	156	48	1991	Захватов	3	2	1
Гуслянников	Сергей	м	167	45	1992	нет	2	2	4
Дуняшин	Артем	м	150	45	1992	нет	1	1	1
Евсеев	Александр	м	152	47	1991	нет	1	2	3
Захватов	Илья	м	165	45	1992	Родин	2	1	3
Зверков	Виктор	м	164	47	1991	Моисеев	2	2	2
Коновалов	Александр	м	165	50	1991	Гуслянников	3	2	2
Кулебякин	Александр	отсутствует
Кулыгин	Александр	м	169	48	1992	нет	2	1	2
Ламайкина	Татьяна	ж	142	36	1993	нет	3	1	3
Моисеев	Лев	м	148	40	1993	Кулебякин	2	2	3
Моисеева	Людмила	ж	152	39	1992	нет	2	2	1
Муртазина	Диана	ж	145	33	1992	нет	3	1	1
Панягина	Инна	ж	165	38	1992	нет	1	1	3
Петайкина	Ирина	ж	150	36	1992	Моисеев	2	1	1
Родин	Михаил	м	170	45	1991	Моисеев	1	1	4
Сарыгин	Игорь	м	160	36	1992	нет	3	1	2
Слугин	Павел	м	150	43	1992	Ставинский К.	1	1	2
Ставинский	Казимир	м	162	52	1992	Родин	2	1	5
Ставинский	Станислав	м	174	65	1991	Родин	2	2	5
Турышев	Сергей	отсутствует
Тянишев	Алексей	отсутствует
Чеснов	Дмитрий	м	160	45	1992	Дуняшин	3	1	4
Шарамазанов	Руслан	м	160	48	1992	Гуслянников	3	2	3
Якунина	Ольга	ж	165	49	1992	Родин	2	1	4

II. Расчет численности и плотности класса

Численность составляет 23 человека (отсутствующие: Кулебякин, Турышев, Тянишев).

Плотность:

1) По площади класса:

sкол-во человек / площадь кабинета = кол-во человек / (длина кабинета * ширина кабинета) = 23 человека / (7 м * 7 м) = 0,469388 человека / м2 = 0, 47 человек / м2

2) По объему класса:

vкол-во человек / объем кабинета = кол-во человек / (длина кабинета * ширина кабинета * высота кабинета) = 23 человека / (7 м * 7 м * 3 м) = 0,156463 человек / м3 = 0, 16 человек / м3

III. Определение пространственной структуры класса

Горизонтальная структура:

Рисунок 1 - классная доска - парта - ученик

Распределение: неравномерное, мозаичное, т.к.

Существует несовпадение парт в рядах;

Существует три свободных места (ввиду отсутствующих).

Вертикальная структура:

Рост (h) каждого присутствующего на тот момент ученика составил:

150 см, 150 см, 152 см, 165 см, 170 см, 162 см, 174 см, 165 см, 167 см, 165 см, 148 см, 169 см, 164 см, 150 см, 152 см, 145 см, 156 см, 165 см, 160 см, 160 см, 142 см, 160 см. 165 см.

Максимальный рост: 174 см.

Минимальный рост: 142 см.

Средний рост:

1) Фактический:

hф =h / количество человек = 3656 см / 23 человека = 158,85652 см = 158,86 см

Вариационный ряд для учеников 7 класса

Рисунок 2 График роста (см) у учеников класса: 158,86 см – фактический средний рост

IV. Расчет биомассы и средней массы учеников класса

Вариационный ряд массы (из расчета массы каждого присутствующего на тот момент ученика):

33 36 38 39 40 43 45 47 48 49 50 52 65 m, кг

(1) (3) (1) (1) (1) (1) (6) (2) (3) (1) (1) (1) (1)

Рисунок 3 Вариационный ряд изменчивости массы учеников (в скобках указано количество учеников, имеющих данную массу)

Максимальная масса: 65 кг.

Минимальная масса: 33 кг.

Биомасса:

mбио =m = 1025 кг

Средний вес:

1) Фактический:

mф =m / количество человек = 1025 кг / 23 человека = 44,565217 кг = 44,57 кг

V. Определение половой структуры

Из 23 присутствующих учеников пола

женского: 8 человек (или 35 %);

мужского: 15 человек (или 65 %).

Рисунок 4 Круговая диаграмма, отображающая половую структура класса 1 – женский пол, 2 - мужской пол

VI. Определение возрастной структуры

Из 23 присутствующих учеников года рождения

1991: 6 человек;

1992: 15 человек;

1993: 2 человека

Рисунок 5 Возрастная пирамида класса: 1 – 1992 год рождения, 2 – 1991 год рождения, 3 – 1993 год рождения.

VII. Этологическая структура

Староста: Чеснов Дмитрий.

Неформальные лидеры:

Родин Михаил (4 человека);

Моисеев Лев (3 человека);

Гуслянников Сергей (2 человека);

Дуняшин Артем (1 человек);

Захватов Илья (1 человек);

Кулебякин Александр (1 человек);

Ставинский Казимир (1 человек).

( ) – число выборов учащихся.