Тема урока: «Законы и следствия пищевых отношений в природе»

Урок экологии в 10 классе
Кленовая О.С.
Разработка урока экологии в 10 классе
Учитель экологии Кленовая Ольга Сергеевна,
МОУ «Привольненская СОШ»
Тема урока: «Законы и следствия пищевых отношений в природе»
Цель: Изучить законы и следствия пищевых отношений в природе.
Задачи:
1. Ознакомиться с разнообразием и выяснить роль пищевых отношений в природе.
2. Доказать, что пищевые связи объединяют все живые организмы в единую систему и
являются одним из важнейших факторов естественного отбора.
Оборудование:
1. Презентация урока Microsoft PowerPoint 2003.
2. Электронная демонстрация модели «хищник-жертва» (диск «Экология 10 (11) класс)
3. Таблица «Строение экосистемы».
4. Влажные препараты паразитов: ленточные черви, аскарида и др.
5. Коллекция насекомых: божья коровка, муравей, слепень, овод.
6. Изображения растительноядных грызунов.
7. Изображения животных: тигр, зебра, киты, орел и др.
Ход урока.
I. Организационный момент.
II. Проверка домашнего задания.
III. Изучение нового материала
1. Обеспечение энергетических потребностей организмов.
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии, которая передается всем
остальным организмам, создающим пищевую, или трофическую, цепь: от продуцентов к
консументам, и так 4-6 раз с одного трофического уровня на другой.
Трофический уровень – место каждого звена в пищевой цепи.
Первый трофический уровень – это продуценты,
все остальные – консументы: второй уровень – растительноядные консументы, третий –
плотоядные консументы, и т.д. Следовательно, и консументов можно раздели по уровням:
1-го, 2-го и т.д. порядка.
Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических
процессов (расходы на дыхание), меньшая – на рост, а остальная часть выделяется в виде
экскрементов. В итоге, большая часть энергии превращается в тепловую и рассеивается в
окружающей среде, а на следующий, более высокий уровень передается не более 10%
энергии от предыдущего.
Однако, такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем
реальна, т.к. трофические цепи переплетаются, образуя трофические сети.
Пример: морские выдры – морские ежи – бурые водоросли.
Различают два вида трофических цепей:
1) цепи выедания (пастбищные), 2) детритные цепи (разложения).
Итак, поток лучистой энергии в экосистеме распределяется по двум видам
трофических цепей. Конечный итог – рассеивание и потеря энергии, которая должна
возобновляться, чтобы существовала жизнь.
2. Трофические группы.
Пищевые отношения не только обеспечивают энергетические потребности
организмов. Они играют в природе и другую важную роль – удерживают виды в
1
Урок экологии в 10 классе
Кленовая О.С.
сообществах, регулируют их численность и влияют на ход эволюции. Пищевые связи
чрезвычайно разнообразны.
Работа в малых группах. Укажите характерные особенности животных:
- хищники,
- паразиты,
- собиратели,
- пасущиеся,
- фильтраторы.
Заполнение таблицы «Сравнительная характеристика трофических групп»
(Приложение 1,2)
2. Дискуссия.
Вопрос. В каком направление идет эволюция видов в случае с типичными хищниками?
Примерный ответ: Прогрессивная эволюция как хищников, так и жертв направлена на
совершенствование нервной системы: органов чувств и мышечной системы, так как отбор поддерживает
те свойства, которые помогают им спастись от хищников, а у хищников – те, которые помогают в
добывании пищи.
Вопрос: В каком направлении идет эволюция в случае собирательства?
Примерный ответ: Эволюция видов идет по пути специализации: отбор у жертв поддерживает
признаки, делящие их менее заметными и менее удобными для сбора, а именно покровительственную и
предупреждающую окраску, подражательное сходство, мимикрию.
Например, у мельчайших водных коловраток в присутствии других, хищных коловраток вырастают
длинные шипы панциря. Эти шипы сильно мешают хищникам заглатывать жертвы, так как буквально
встают у них поперек глотки. Такая же защита возникает у мирных рачков дафний – против других
хищных рачков. Хищник, захватив дафнию, перебирает ее своими ножками и переворачивает, чтобы
выесть с мягкой брюшной стороны. Шипы мешают ему, и добыча часто теряется. Выяснилось, что у
жертв шипы вырастают в ответ на присутствие в воде продуктов обмена веществ хищников. Если
врагов в водоеме нет, шипы у жертв не появляются.
4. Регуляция численности популяций.
Фактически во всех организмах заложена способность размножаться беспредельно.
Например: одна тля за 1,5 мес. может дать 300 млн потомков; одна устрица за жизнь – 100
млн потомков, потомки одной самки трески через 100 лет не уместились бы в Мировом
океане. Если бы все организмы размножались неограниченно, их численность росла бы в
геометрической прогрессии. Однако этого не происходит. Почему? (Наличие хищников,
паразитов, болезней, нехватка пищи, климат.) Используя научную терминологию:
межвидовая борьба, внутривидовая борьба, борьба с неблагоприятными условиями.
Первое следствие пищевых отношений – происходит регуляция численности
популяций.
В 20-е гг. ХХ в. Ч.Элтон обработал многолетние данные пушно-меховой компании
по добыче шкурок зайца и рыси в Северной Канаде. Оказалось, что вслед за
«урожайными» на зайцев годами, следовали подъемы численности рыси. Элтон
обнаружил закономерность этих колебаний, их повторяемость.
В это же время, независимо друг от друга, два математика, А. Лотка и В. Вольтерра,
рассчитали, что на основе взаимодействий хищника и жертвы могут возникать
колебательные циклы численности обоих видов.
Эти данные нуждались в экспериментальной проверке, за что и взялся Г.Ф. Гаузе.
Демонстрация.
В своих исследованиях Гаузе изучал, как изменяется в пробирках с сенным настоем
численность двух видов инфузорий – одного из видов инфузорий-туфелек, питающихся
бактериями, и инфузории-дидиниума, поедающей самих туфелек. Вначале численность
туфельки (жертвы) росла быстрее численности дидиниума (хищника). Однако при
наличии хорошей кормовой базы дидиниум вскоре тоже стал быстро размножаться. Когда
скорость поедания туфелек сравнялась со скоростью их размножения, рост численности
2
Урок экологии в 10 классе
Кленовая О.С.
этого вида прекратился. Количество туфелек в пробирках начало резко снижаться. Спустя
некоторое время, подорвав свою кормовую базу, прекратили деление и начали погибать и
дидиниумы. Когда же число хищников уменьшилось настолько, что они уже почти не
влияли на численность жертв, беспрепятственное размножение оставшихся в живых
туфелек вновь привело к увеличению их численности. Цикл повторился. Так было
доказано, что взаимодействия хищник – жертва могут приводить к регулярным
циклическим колебаниям их численности.
Второе следствие пищевых отношений – колебания численности происходят
циклично.
Приспособления хищника и жертвы возникли в ходе эволюции как результат
отбора. Могли ли возникнуть эти приспособления, если бы хищник и жертва не
взаимодействовали? (Ответы.) Таким образом, эволюционные изменения протекают
согласованно, т.е. эволюция одного вида частично зависит от эволюции другого – это
называется коэволюцией.
Третье следствие пищевых отношений – между популяциями биологически
связанных видов идет коэволюция.
Коэволюция – совместное развитие; протекание двух параллельных процессов,
оказывающих значительное взаимное влияние.
Тренинг по заданию: охарактеризовать перечисленные в списке виды, как участников
пищевых отношений, и выявить среди них пары, которые могут быть связаны
отношениями коэволюции. Список видов (может быть оформлен на доске, продиктован
или напечатан на карточках): тигр, божья коровка, кабан, овод, пиявка, лещ, антилопа,
тля, свиной сосальщик, корова.
Вопрос: В каких ситуациях человек выступает в роли типичного хищника? Собирателя по
отношению к другим видам?
В природе, когда запасы привычной пищи истощаются, хищник переключается на
новый вид пищи. Человек же упорно «преследует» один вид, пока тот не исчезнет с лица
Земли. Печальных примеров много: бизоны, туры, дронт… В 70-80-е гг. ХХ в. мировой
промысел трески значительно превышал ее воспроизводство, в результате добыча упала в
7–10 раз. При этом резко возросла численность мойвы (главной жертвы трески). Рыбаки
переключились на нее и опять перестарались. Треске стало не хватать пищи и взрослые
особи стали поедать своих мальков. Численность трески продолжает сокращаться.
«Разумное существо» – человек – не может оценить последствия своей деятельности?!
Возникает эффект экологического бумеранга – когда результаты оказываются прямо
противоположными начальному направлению воздействия.
Поэтому важно уметь предвидеть последствия своей деятельности и организовывать ее
так, чтобы не подорвать природные запасы.
Один из первых примеров успешного применения хищника для подавления численности
вредителя – использование божьей коровки родолии в борьбе с австралийским
желобчатым червецом.
Сообщение учащегося о применении божьей коровки родолии
против австралийского червеца.
IV. Закрепление материала.
Как вы считаете, нужны ли нам знания биологических законов? Для чего? А какие
биологические, экологические закономерности мы сегодня выявили? (Учащиеся
повторяют отмеченные следствия пищевых отношений.)
Как яблоко на блюде,
У нас Земля одна.
Не торопитесь люди
3
Урок экологии в 10 классе
Кленовая О.С.
Все вычерпать до дна.
Не мудрено добраться
До скрытых тайников,
Разграбить все богатства
У будущих веков.
Мы общей жизни зерна,
Одной судьбы родня.
Нам жировать позорно
В счет будущего дня!
Поймите это, люди,
Как собственный приказ,
Не то Земли не будет
И каждого из нас. (Михаил Дудин)
V. Дом.задание: Ч. - § 9, Кр. - п. 3.3
Приложение 1.
Сравнительная характеристика пищевых групп
Пищевые
группы
Поведение
Характер пищи
Энергетические
затраты
Хищники
Паразиты
Собиратели
Пасущиеся
Фильтраторы
4
Урок экологии в 10 классе
Приложение 2.
Хищники
Кленовая О.С.
Пасущиеся
5
Урок экологии в 10 классе
Паразиты
Кленовая О.С.
Собиратели
6
Урок экологии в 10 классе
Кленовая О.С.
Фильтраторы
7