Популяция

ОТЧЕТ

По лабораторной работе «Популяция»

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

2008

1). Цель работы:

Познакомиться с математическим моделированием межвидовых взаимодействий в экосистемах

 

2). Ход работы:

Задание № 1. Изменяя начальные численности кроликов, затем волков и травы, оп­ределите их предельные значения (максимальные и минимальные), при ко­торых экосистема еще будет возвращаться в состояние равновесия через некоторое число циклов. Опишите процессы в природе, определяющие эти предельные значения.

При изменении первоначальных параметров численности кроликов, затем волков и травы, мы определили минимальные и максимальные предельные значения, при которых система будет возвращаться в состояние равновесия.

Количество травы	Количество кроликов	Количество волков
300	8 – min	100
300	390 – max	100
300	200	40 – min
300	200	500 – max
10 – min	200	100
555 – max	200	100

Предельные значения найденные в ходе лабораторной работы определяют граничные условия стационарного текущего равновесия экосистемы.

Задание № 2. «Цена» за условную единицу травы — 1 рубль, одного кролика — 30 рублей и одного волка — 50 рублей. Введите правила природопользования с целью получения максимальной прибыли, при которых экосистема может существовать неограниченное число циклов.

 

Ниже в таблице представлены параметры экосистемы заданные первоначально. Мы их используем для сравнения экосистемы с максимальными показателями.

	Количество травы	Число кроликов	Число волков	Стоимость экосистемы
Начало	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 выполнении первого задания были замечены следующие данные: при максимальном значении количества волков стоимость экосистемы увеличивается максимально и период возвращения экосистемы в состояние равновесия уменьшается, что можно увидеть на диаграмме в конце таблицы.

	Количество травы	Число кроликов	Число волков	Стоимость экосистемы
Начало	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

Задание № 3. Используя методы генной инженерии, Вы можете регулировать пло­довитость и естественную смертность кроликов, ловкость и естественную смертность волков, урожайность и питательность травы. Какие из этих па­раметров и каким образом нужно изменить, чтобы повысить прибыль от природопользования, сохранив стабильность экосистемы?

При выполнении данного задания была замечена одна закономерность: при изменении одного из параметров (пло­довитость и естественную смертность кроликов, ловкость и естественную смертность волков, урожайность и питательность травы) экосистема выходила из состояния равновесия и через определенные периоды прекращала свое существование.

Т.о. было выявлено следующее, изменять параметры можно, но они должны быть обязательно одинаковы и существуют границы изменения параметров (от 3 до 22). Т.е. пло­довитость = естественной смертности кроликов = ловкость волков = естественной смертности волков = урожайности травы = питательность травы. Причем чем выше численное значение параметра, тем быстрее экосистема возвращается в стабильное состояние и тем больше её прибыльность.

Ниже приведены результаты:

Вывод:

В ходе проделанной работы познакомились с математическим моделированием межвидовых взаимодействий в экосистемах. Мы выявили минимальный и максимальный предельные значения начальных параметров экосистемы типа «хищник-жертва». Научились выделять условия природопользования с целью получения максимальной прибыли в экосистемах. Научились изменять параметры, влияющие на стабильность экосистемы.

 

Ответы на вопросы.

 

1.Какими процессами обеспечивается непрерывность

существования жиз­ни на Земле в течение миллиардов лет?

Непрерывность жизни обеспечивается процессами синтеза и распада, каждый организм отдает или выделяет то, что используют другие организмы. Особенно велика в этом круговороте роль микроорганизмов, которые превращают останки животных и растений в минеральные соли и простейшие органические соединения, вновь используемые зелеными растениями для синтеза новых органических веществ. При разрушении сложных органических соединений высвобождается энергия, теряется информация, свойственная сложно организованным существам. Любая форма жизни участвует в биотическом круговороте, и на нем основана саморегуляция биосферы. Микроорганизмы при этом играют двоякую роль: они быстро приспосабливаются к разным условиям жизни и могут использовать различные субстраты в качестве источника углерода и энергии. Высшие организмы не обладают такими способностями и потому располагаются выше одноклеточных в экологической пирамиде, опираясь на них, как на фундамент.

 

2. Что происходит с солнечной энергией, падающей на Землю? В

ходе каких процессов она преобразуется?

Солнечная энергия преобразуется в специальных структурах клеток растений в энергию химических связей, в процессах брожения и дыхания. Эта энергия высвобождается и используется живыми организмами. В центре этих превращений в клетке находится АТФ, которая синтезируется из АДФ и Н₃РО₄ за счет световой энергии или энергии, выделяемой при брожении или дыхании. При гидролизе АТФ выделяется энергия, необходимая для совершения всей работы живого организма – от создания градиентов концентрации ионов и сокращения мышц до синтеза белка.

 

3. Чем отличаются потоки энергии и потоки веществ в биосфере?

Основным энергетическим элементом для биосферы яв­ляется поток солнечного излучения. Энергия падающего на поверхность Земли солнечного излучения диссипирует через создание воздушных потоков в атмосфере, испарение воды и химических процессов, идущих в неживой материи.

Одновременно в биосфере проходит специфический про­цесс, который состоит в том, что энергия солнечного из­лучения может аккумулироваться, иногда на очень дли­тельный период. Это происходит при образовании органического вещества в ходе фотосинтеза. Запасенная энергия затем используется на поддержание множества других биохимических реакций.

Поток энергии от Солнца проходит сложный путь, транс­формируясь в элементах биосферы, прежде чем выйти вновь в неживую среду в форме теплового излучения и отложений органического углерода в слое Земли. Беспре­рывный поток энергии, накапливаемый в зеленых расте­ниях, растекается по сложной сети пищевых связей, по­степенно растрачиваясь в процессе обмена веществ и ды­хания на каждом трофическом (пищевом) уровне.

Поток энергии от Солнца непрерывен. Это линейный не­замкнутый процесс, являющийся необходимым элемен­том для совершения замкнутого процесса - биотическо­го круговорота веществ в биосфере.

Биотический круговорот как замкнутый цикл возник в процессе эволюции планеты в течение нескольких мил­лиардов лет (3,5-5 млрд).

Биотический круговорот – это круговая циркуляция ве­ществ между почвой, растениями, животными и микроор­ганизмами. Его суть сводится к следующему: растения, потребляя из почвы минеральные вещества, а из возду­ха – углекислый газ, в процессе фотосинтеза производят кислород и органические вещества. Их называют проду­центами. В этом процессе они аккумулируют энергию в органическом веществе. Животные, потребляя кислород и поедая растения, выделяют углекислый газ и накаплива­ют энергию в своей биомассе. Они называются консументами. Бактерии, грибы, простейшие и пр., перерабатывая мертвых животных и засохшие растения, вновь превращают их в исходное состояние – минеральные и простые органические соединения, тем самым замыкая цикл круговорота вещества и обеспечивая подготовку следующего цикла. Они называются редуцентами, или деструкторами.