Динамика численности популяции. Экологические стратегии

Разделы: Биология, Экология, Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (3 МБ)

Тема урока "Динамика численности популяции. Экологические стратегии" изучается в курсе "Общая биология" в разделе "Основы экологии" в профильном классе. Элементы компьютерного моделирования оптимально подходит для достижения целей урока по теме "Динамика численности популяции. Экологические стратегии", они придают уроку личностно-ориентированный характер, позволяют довести до учащихся важность сохранения многообразия органического мира Земли, моделируя условия, учащиеся наглядно видят результаты, того как численность популяций зависит от условий среды и деятельности человека.

Цель урока:

  • Изучить динамику численности популяций в разных условиях окружающей среды. Провести моделирование динамики популяций численности некоторых видов.

Задачи:

  • Сформировать знания о динамике численности популяций, способе их адаптации к меняющимся условиям среды, о характере колебаний численности популяций некоторых видов организмов и регуляции их численности.
  • Продолжать формировать умения анализировать, обобщать, делать выводы, публично защищать результаты творческой деятельности. Способствовать закреплению понятий и навыков моделирования. Продолжить формирование навыков работы в группе.
  • Довести до учащихся важность сохранения многообразия органического мира Земли, воспитывать бережное отношение к любому виду жизни.

Оборудование:

  1. презентация к уроку - Презентация,
  2. Приложение - дополнительные материалы: электронная таблица Excel "Уравнение Лотка-Вольтерра как математическая модель динамики системы "Хищник-жертв", приложение Excel "Динамика популяций", карточки с заданиями по биологии, тест html. по теме "Динамика популяции"- Интернет. Используемые ресурсы Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов (http://school-collection.edu.ru):
    1. Типы кривых выживания популяций (N 150991)
    2. Рост численности домовой мыши при неограниченном размножении (N 151289)
    3. График колебания численности хищник жертва (N 151259)
    4. Динамика численности популяции (N 151154)
    5. Пример экологического нашествия. Колорадский жук (N 151255)
    6. Cокол-сапсан (N 151307)
    7. Венерин башмачок крупноцветковый (N 151297)
    8. Миграция саранчи (N 110057)
  3. Компьютеры, проектор, диски: "Экология (общий курс)" ЗАО "1С", "Открытая биология 2.6", ООО ФИЗИКОН.
  4. Учебник для учащихся 10- 11 классов общеобразовательных учреждений профильного уровня в 2-х частях. Общая биология. П.М. Бородин, Л.В. Высоцкая, Г.М. Дымшиц и др. Издательство "Просвещение", 2011 г.

Основные понятия урока: популяция, демографические показатели, обилие, плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура, динамика популяции, колебание численности и гомеостаз популяции, стратегии выживания.

Тип урока: изучение нового материала

Форма организации деятельности учащихся: Групповая работа

Домашнее задание: 96, задача.

Ход урока

I. Организационный момент.

Деление учеников на 4 группы, партнёры определяются с помощью однородных жетонов. 1 группа "Экспериментаторы"; 2 группа "Исследователи"; 3 группа "Экологи"; 4 группа "Демографы" Используется приём работы проблемной группы, когда решается одна проблема. В группе выбираются ученики, которые будут записывать, выступать, лидер - следит за работой в группе. В то же самое время каждый ученик работает индивидуально со своим источником информации. Затем лидер группы предлагает каждому высказать своё суждение, ответы дополняются, готовится совместный отчет по проблеме и выступление.

II. Актуализация знаний (работа по вопросам Слайд № 3)

  • Что является структурной единицей вида и эволюции?
  • Приведите примеры популяций в разных сообществах.

В сообществах каждая популяция играет отведенную ей роль, составляя с популяциями других видов, природное единство, развивающееся по своим законам.

  • Для понимания функционирования этой единой системы очень важно знать не только особенности биологии тех или иных видов организмов, но и их популяционные характеристики. Перечислите их.
  • Какое значение имеют популяционные характеристики?

Крайне важно для рационального использования видов знание причин и скорости популяционных изменений, а также умение вести измерения этих природных показателей.

III. Изучение нового материала.

Итак, тема урока: "Динамика популяции".

Динамика популяций как биологическое явление.

Учитель: Численность популяций не остается постоянной, так как меняются условия их существования. Динамика популяций - это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени - численности, биомассы, популяционной структуры (возрастного состава). Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она как бы приспосабливается к изменяющимся условиям среды. В ходе эволюции популяции живых организмов обретают различные свойства. Некоторые из них приспособлены к существованию в суровых, но стабильных условиях, например, в пустынях, полупустынях, тундрах.

В: Приведите примеры таких организмов.

Популяции таких организмов не приспособлены к резким изменениям условий жизни, они крайне чувствительны к изменениям, уязвимы и трудно поддаются восстановлению.
Популяции других организмов, обитающих в зонах умеренного климата, в особенности популяции однолетних животных (большинство насекомых) и растений (некоторые виды трав), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Колебания их численности обладают очень большой амплитудой. В годы минимальной или максимальной их численность может различаться в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз.

2. Типы динамики популяции.

Работа проводится с использованием ЦОР "Динамика численности популяции (N 151154)" по ходу показа идет комментарий учителя (Слайд № 4,5) Приложение

Учитель: На динамику любой популяции влияют разные факторы. Такие показатели, как рождаемость, смертность, возрастная структура, весьма важны, но ни по одному из них нельзя судить о росте популяции в целом. Между тем представление о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики. Выделяют три типа динамики популяций: стабильный, изменчивый и взрывной. Стабильным считается ход численности при изменениях всего в несколько раз, изменчивым - при колебаниях в десятки раз, а взрывная динамика характеризуется периодическим превышением обычной численности в сотни и тысячи раз.

В: Какие причины определяют размах изменчивости популяции на занимаемой ею территории? В этом многообразии, однако, можно четко выделить две группы факторов. Действие одних одностороннее. Одни влияют на популяцию, но сами не зависят от ее численности и плотности. Таковы в основном все абиотические факторы, например, все погодные условия: температура, дожди, ветры, солнечная радиация, давление и т. п. Они могут обусловить значительную смертность или, наоборот, благоприятствовать размножению. Эти факторы не регулируют плотность популяции, а просто отклоняют ее в ту или иную сторону. Их изучение важно для прогноза численности вида на данной территории.

Вторая группа факторов относится к регуляторам численности популяций. Это двустороннее взаимодействие. Оно возникает по принципу отрицательной обратной связи, когда рост численности популяции вызывает все увеличивающееся противодействие этому росту. Действие регулирующих факторов зависит от плотности популяции. Чем выше становится численность вида, тем сильнее растет противодействие. При падении численности действие регуляторов ослабевает. По этому принципу на популяцию действуют как другие виды, так и рост собственной плотности.

Действительно, чем выше численность жертв, тем больше пищи для хищников и паразитов, тем быстрее могут распространяться возбудители опасных заболеваний и тем сильнее обостряется конкуренция внутри собственного вида.

Таким образом, факторы, регулирующие численность популяции, т. е. возвращающие ее к норме из состояния переуплотнения, - это в основном межвидовые и внутривидовые отношения, т. е. биотические связи. Именно они удерживают плотность популяции в определенных границах, не допуская виды до критического состояния - подрыва собственных ресурсов.

Стратегии выживания.

(Краткое устное выступление ученика, по ходу которого делаются пометки в тетрадь) (Слайд № 6-8).

Двум противоположным типам популяционной динамики соответствуют две противоположные жизненные стратегии, эволюционно сложившийся в популяциях комплекс свойств, направленный на повышение выживаемости. Всё разнообразие экологических стратегий заключено между двумя типами эволюционного отбора:

1) r-стратегия - особи в популяции размножаются быстро (высокая плодовитость, быстрая смена поколений), они менее конкурентоспособны, скорость размножения не зависит от плотности популяции, расселяются широко и быстро, малые размеры особей, малая продолжительность жизни (бактерии, тли, однолетние растения)

2) К-стратегия - популяция состоит из медленно размножающихся, но более конкурентоспособных особей, скорость роста популяции зависит от ее плотности (S-образная кривая), расселяются медленно, населяют стабильные местообитания, имеют крупные размеры и большую продолжительность жизни (человекообразные приматы, деревья).

Ни один из видов не подвержен только r- или только К-отбору. Между этими крайними стратегиями существует множество переходных форм. Популяции, как и другие живые системы, способны к гомеостазу, т.е. поддержанию динамического постоянства численности под воздействием ряда факторов среды, и также поддерживают его за счет саморегуляции своей численности.

4. Кривые выживания. Учитель: Из-за разной способности к выживанию динамика популяции имеет разные кривые выживания (три общих типа). Демонстрация ЦОР "Типы кривых выживания популяций (N 150991)" (Слайд № 9). Приложение

5. Типы роста популяций. (Слайд № 10).

Учитель: Характер увеличения численности популяции может быть различным. В связи с этим выделяют 2 типа роста популяций. Их различия можно проиллюстрировать с помощью кривых. На рисунке изображены две кривые, одна из которых имеет J - образное, а другая S- образное начертание. В первом случае плотность популяции увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начнут действовать факты, ограничивающие рост.

В: Какие факторы могут ограничить рост численности?

При втором типе роста популяция вначале увеличивается медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постепенно замедляется. В конце концов, достигается равновесие, которое и сохраняется.

Закон роста популяции первого типа можно сформулировать в виде математического соотношения, N t = N0 e r t , где N0 - исходная численность, N t- численность во время t, е - основание натуральных логарифмов, r - врожденная скорость роста. Ему соответствует J-образная кривая называется кривой экспоненциального роста.
При S- образной кривой роста, называемой логистической, скорость прироста численности популяции пропорциональна разности между достигнутой величиной популяции (ее плотностью в данный момент времени N0) и максимально возможной плотностью в данной среде обитания (К), Модель Ферхюльста. N t = К N0/ N0+(К- N0) e-( r t) . Характерные типы роста популяций можно наблюдать, когда тех или иных животных вселяют в незанятые области или они сами переселяются в новые районы. Экспоненциальная J-образная кривая хорошо показывает рост популяций некоторых микроорганизмов, например, грибковых дрожжей, некоторых микроскопических водорослей. В целом, чем крупнее организмы, тем ближе к логическому типу рост плотности их популяций.

4. Антропогенное воздействие на типы роста.

Учитель: Что происходит, если ослабляются регуляторные связи в природе?

Работа проводится с использованием ЦОР видеофрагмента "Пример экологического нашествия. Колорадский жук (N 151255)" (Слайд № 11), затем ученики работают с дополнительным материалом в группах Приложение.

Учитель: Приведите примеры подобного роста популяций.

Учитель: Какой тип роста более часто встречается в природе? Почему?

IV. Закрепление нового материала.

Учитель: Кривые роста численности популяций крайне идеализированы. На самом деле численность популяций не застывает на одном уровне, а постоянно колеблется вокруг некоторого среднего уровня в соответствии с изменяющимися условиями. Размах этих колебаний может быть различным, он будет определять тип динамики популяций. Мы должны выяснить, что является причиной изменения численности, какие факторы могут быть регуляторами численности.

1. Групповая работа с карточками - заданиями. Каждой группе дается задание и время (5 минут), чтобы подготовить ответы на вопросы. Приложение.

  • Группа №1. Задание 1.
  • Группа № 2. Задание 2.
  • Группа №3. Задание 3.
  • Группа № 4. Задание 4.

Подведение итога работы учащихся.

Учитель: Почему рост численности популяций никогда не бывает бесконечным? (Слайд 12). Безграничный рост губителен для любого вида, так как приводит к подрыву его жизнеобеспечения. При увеличении численности популяции включаются регуляторные системы природного сообщества - хищники, паразиты, возбудители инфекционных заболеваний. При еще более высокой плотности вступает в силу внутривидовая конкуренция. Вся эволюция видов шла в таком направлении, что выработались механизмы реакции на собственную плотность. Таким образом, на пути увеличения численности вида возникает множество последовательных преград, образующих надежную систему регуляции. Поэтому, хотя в природе миллионы видов, большинство из них не дает вспышек массового размножения.

2. Групповая работа. Исследование моделей в виде электронных таблиц.

Учитель: Наука экология связана с математикой. Динамические показатели имеют математическое выражение. В биологии при исследовании развития биосистем строятся информационные модели изменения численности различных живых существ с учётом различных факторов. Взаимовлияние популяций друг на друга рассматривается на разных моделях (Слайд № 13,14)

  • Зависимость роста численности популяции от рождения. Модель роста популяции без ограничения (неограниченный рост).
  • Исследование изменения численности популяции от различных факторов. Модель роста популяции с ограничениями (ограниченный рост).
  • Модель ограниченного роста с отловом
  • Исследование изменения численности в системе "хищник жертва".

Каждая группа получает карточки-задания Приложение, после работы проводится обсуждение результатов.

Группа №1. 1. Модель роста популяции без ограничения (неограниченный рост) Работа проводится с использованием ЦОР "Рост численности домовой мыши при неограниченном размножении (N 151289)" (Слайд № 15). Самостоятельно ученики работают с электронным учебником "Открытая биология, 7-11 класс" раздел 12.2 , интерактивная динамическая модель "Кролики и капуста" или приложением Excel "Динамика популяций". Приложение.

Группа № 2. 2. Модель роста популяции с ограничениями (ограниченный рост). (Слайд № 16, 17). Самостоятельно ученики работают с электронным учебником "Открытая биология, 7-11 класс" раздел 12.2 , интерактивная динамическая модель "Кролики и капуста" или приложением Excel "Динамика популяций". Приложение.

Группа № 3. 3. Модель "хищник-жертва". Работа проводится с использованием ЦОР "График колебания численности хищник жертва (N 151259) " (Слайд № 19).

Для самостоятельной работы используется модель Excel "Уравнение Лотка-Вольтерра. Модель динамики системы "Хищник-жертва" http://kozlenkoa.narod.ru/lotka02.htm или документ Excel "Динамика популяций", или электронный учебник "Открытая биология 2.6" раздел 12.2 интерактивная динамическая модель "Кролики волки". Приложение.

Группа № 4. Исследование изменения демографии человека.

Используется модель демографии человечества (документ Excel "Демография человека") http://kozlenkoa.narod.ru/books1.htm Приложение.

Подведение итогов групповой работы (Слайд № 21,22).

Учитель: В: Как люди могут использовать модели в своей деятельности? Приведите примеры.

Учитель: Математическое и компьютерное моделирование даёт возможность прогнозирования развития популяций. Даёт возможность человеку вносить коррективы в изменение численности популяций, особенно это, актуально применительно к исчезающим видам. За последние годы с лица земли исчезло 65 видов птиц и 150 видов млекопитающих животных. Мы должны охранять природу и приумножать ее богатства.

V. Контроль за усвоением первичного материала в форме теста html. (Слайд № 24) Приложение.

VI. Рефлексия. Выделить ключевые слова по теме урока.

VII. Домашнее задание. Задача (Слайд № 26).

VIII. Подведение итогов. Выставление оценок.

Источники

  1. П.М. Бородин, Л.В. Высоцкая, Г.М. Дымшиц. Биология. Общая биология. 10-11 классы. Учебник для учащихся 10- 11 классов общеобразовательных учреждений профильного уровня в 2-х частях. Под редакцией В.К. Шумного, Г. М. Дымшица. Допущено Министерством образования Р.Ф. Москва "Просвещение" 2011.
  2. http://www.ucheba.ru/referats/10330.html
  3. http://www.slovo.ws/urok/biology/11/01/txt/04.html
  4. http://kozlenkoa.narod.ru/books1.htm
  5. Диски: "Экология (общий курс)" ЗАО "1С", "Открытая биология 2.6", ООО ФИЗИКОН.