Экология животных - Кафедра зоологии позвоночных и экологии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт биологии, экологии, почвоведения, сельского и лесного хозяйства
(Биологический институт)
Утверждаю:
Директор Биологического института
_________________С.П. Кулижский
«_____»__________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
ЭКОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
Направление подготовки 020400 «Биология»
Профиль подготовки «Зоология»
Специализация «Зоология позвоночных»
Квалификация выпускника
Бакалавр
Форма обучения очная
Томск 2011
Одобрено кафедрой зоологии позвоночных и экологии
Протокол № ____ от «_____»______________2011 г.
Зав. кафедрой зоологии позвоночных и экологии
Подпись
Н.С. Москвитина
Рекомендовано методической комиссией Биологического института
Председатель методической комиссии
М.В. Олонова
________________________
«______» ____________2011 г.
Рабочая программа по курсу «Экология животных» составлена на основе
требований
Федерального государственного образовательного стандарта высшего
профессионального образования по направлению подготовки 020400 «Биология»,
квалификация «бакалавр». Приказ Министерства образования и науки № 101 от 04
февраля 2010 года
Общий объем курса 108 часов. Из них – лекции 16 ч., практические – 24 ч.,
самостоятельная работа студентов – 68 ч. Экзамен в 6 семестре. Общая трудоемкость
курса 3 зач. ед.
Составитель: Л.Б.Кравченко, доцент каф.зоологии позвоночных и экологии
Рецензент: д.б.н., профессор Н.С. Москвитина
1. Цели освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Экология животных» является формирование у
студентов
представлений
о
закономерностях
устойчивого
функционирования
и
взаимодействия со средой животных, как биосистем различного уровня.
Задачи учебного курса – получение студентами знаний о принципах адаптаций на
уровне
организма,
закономерностях
и
принципах
формирования
популяций
и
биогеоценозов, их функциональных и структурных особенностях.
2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
«Экология животных» является компонентом профильно ориентированных
общепрофессиональных дисциплин профиля «Зоология» специализации «Зоология
позвоночных»
учебного
плана
подготовки
бакалавров
по
направлению
020400
«Биология». Для успешного освоения дисциплины студенты должны обладать знаниями,
полученными в результате предыдущего освоения дисциплин базовой и вариативной
общепрофессиональной части – «экология», «зоология», «физиология человека и
животных», «иммунология», дисциплин профиля «Зоология»: «методы зоологических
исследований». В свою очередь, освоение курса «экология животных» является
необходимым условием для успешного освоения курсов «этология», «современные
проблемы биологии», «гуморальные механизмы поведения», входящих в учебный план по
подготовке магистров, а также прохождения преддипломной практики и последующего
написания дипломной работы.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Экология животных»:
По окончании курса студент должен иметь представление принципах организации
и функционирования биосистем различного уровня, иметь знания о механизмах адаптаций
к среде на уровне организма, закономерностях и принципах формирования популяций и
биогеоценозов,
их
функциональных
и
структурных
особенностях
(ПК-3),
демонстрировать базовые представления об основах общей, системной и прикладной
экологии (ПК-9), знать принципы мониторинга, оценки состояния природной среды,
охраны живой природы (ПК-12), демонстрировать умение применять методические
основы проектирования и выполнения полевых и лабораторных биологических и
экологических
исследований
с
использованием
современной
аппаратуры
и
вычислительных комплексов, генерировать новые идеи и методические решения (ПК-15),
обладать навыками профессионального оформления, представления и докладывания
результатов научно-исследовательских работ по утвержденным формам (ПК-16).
4. Структура и содержание дисциплины «Экология животных»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.
1
2
3
4
Экология как наука. Основные
задачи. Связь с другими науками.
Краткий очерк истории экологии.
Общие закономерности
взаимодействия организмов и
среды.
Теплообмен животных и
температура среды.
Газообмен и дыхание животных.
6
1
6
2
6
3-4
6
Самостоятельна
я работа
студента
Семинары
4
6
индивидуальные задания,
промежуточное тестирование
5-6
2
2
6
контрольная работа
2
4
6
2
4
6
Питание животных.
6
9
6
9
6
10
6
10
9
Лабораторные
занятия
2
7-8
Общие принципы адаптации на
уровне организма.
Вид как экологическая система.
индивидуальные задания
контрольная работа
6
8
2
4
Водно-солевой обмен животных.
Биологические ритмы.
2
Формы текущего контроля
успеваемости (по неделям
семестра)
Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)*
2
5
7
Практические
занятия
Лекции
Неделя семестра
Раздел
Дисциплины
Семестр
№
п/п
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)
индивидуальные задания,
коллоквиум
написание рефератов,
4
индивидуальные задания
2
4
промежуточное тестирование
2
4
индивидуальные задания
2
10
11
12
13
14
15
Пространственная и этологическая
структура популяций.
Возрастная и половая структура
популяций.
Экологические механизмы
поддержания и преобразования
генетической структуры
популяций.
Динамика численности отдельных
видов.
Роль амфибий, рептилий, птиц и
млекопитающих в наземных и
водных экосистемах.
Влияние деятельности человека на
животный мир.
итого
написание рефератов
6
11-12
2
8
6
13
2
4
индивидуальные задания
промежуточное тестирование
6
13
4
промежуточное тестирование
4
индивидуальные задания,
контрольная работа
2
6
14
2
6
15
2
4
6
15
2
6
24
68
16
написание рефератов
написание рефератов
7
СОДЕРЖАНИЕ КУРСА
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ
Тема 1. Экология как наука, изучающая: а) взаимодействие организма со средой, б)
закономерности формирования и взаимодействия со средой популяций отдельных видов,
в) закономерности формирования и развития сообществ живых организмов (биоценозов).
Основные задачи экологии. Связь ее с другими биологическими дисциплинами
(морфология, физиология, систематика, биогеография, палеонтология, генетика и др.).
Экология и эволюционное учение.
Тема 2. Краткий очерк истории экологии. Пути развития русской экологии (К.Ф. Рулье,
Н.А.Северцов, А.Ф. Миддендорф, Д.Н. Кашкаров, С.С.Шварц и др.). Основные
направления современной экологии. Экология и народное хозяйство (животноводство,
сельское и лесное хозяйство, здравоохранение, охотничье и рыбное хозяйство). Роль
экологии в создании научных основ рационального использования и охраны ресурсов
биосферы.
Раздел 2. МОРФО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ ЖИВОТНЫХ
(ЭКОЛОГИЯ ОСОБЕЙ)
Тема 3. Общие закономерности взаимодействия организмов и среды. Абиотические и
биотические факторы среды. Пути и способы их воздействия на организм; прямое и
косвенное влияние, сигнальное значение. Специфика отношения со средой у животных;
роль нервной системы и поведения.
Единство организма и среды как исторически сложившееся взаимодействие вида с
абиотичекими и биотическими условиями.
Тема 4. Теплообмен животных и температура среды. Воздействие температуры на
организм; верхний и нижний температурные пределы жизни и отдельных биологических
процессов; влияние температуры на обмен веществ, рост, развитие, размножение.
Типы обмена: пойкилотермия и гомойотермия. Приспособления к температурному
режиму и его колебаниям у пойкилотермных животных. Физическая и химическая
терморегуляция; роль приспособительного поведения. Развитие терморегуляции и ее
особенности у разных видов и экологических групп.
Тема 5. Газообмен водных животных. Приспособления к газовому режиму водоемов и его
колебаниям.
Газообмен сухопутных животных. Приспособления к изменениям парциального давления
кислорода с высотой. Сходство принципиальных механизмов приспособления к гипоксии
7
8
у водных и наземных животных. Ныряющие животные и их специфические адаптации к
функциональной гипоксии.
Тема 6. Водно-солевой обмен водных животных. Типы водоемов с разным химизмом и
их население. Реакции животных на колебания солености; пойкилоосмотические и
гомойосмотические животные. Осморегуляция, ее типы и связанные с ними морфофизиологические приспособления. Стено- и эвригалинные виды.
Водный обмен и минеральное питание сухопутных животных и обитателей почвы.
Зависимость
этих
процессов
от
внешних
условий.
Морфо-физиологические
и
поведенческие приспособления сухопутных животных к колебаниям обеспеченности
организма водой и минеральными веществами.
Тема
7.
Питание
животных.
Физиологические
и
морфологические
адаптации,
специализация питания. Возрастные, сезонные особенности питания, географическая
изменчивость.
Тема 8. Биологические ритмы. Феномен периодичности в жизнедеятельности организмов.
Суточные циклы физиологических функций и общей активности организмов; их связь с
суточной ритмикой условий среды и экологическое назначение. Механизм суточной
циклики; циркадные ритмы и их связь с внешними факторами-синхронизаторами.
Сезонные адаптации ритмов активности.
Сезонные ритмы жизнедеятельности (размножение, линька, миграции, спячка и др.). Их
связь с сезонными изменениями внешней среды и адаптивное значение. Экологофизиологические механизмы, регулирующие сезонные изменения у животных; роль
нервной и гуморальной систем в связи эндогенных ритмов с изменениями внешних
условий. Значение режима освещения (фотопериода) и других факторов в регуляции
сезонных ритмов.
Тема 9. Общие принципы адаптации на уровне организма. Количественная сторона
воздействия факторов среды; правило оптимума. Экологическая валентность; стено- и
эврибионтные формы. Взаимодействие факторов среды, их комплексное влияние на
организм, правило минимума.
Лимитирующие факторы, их экологическое значение в природных комплексах. Субстрат,
роль его как фона, значение для передвижения. Приспособление животных к обитанию в
условиях снежного и ледового покровов. Движение среды (ветер, течения, волны),
приспособления к воздействию этих факторов.
Типы адаптаций. Адаптация по принципу толерантности (устойчивости); адаптации по
типу гомеостаза. Стабильные приспособления к условиям среды и лабильные
8
9
регуляторные реакции; взаимосвязь этих адаптивных механизмов и их общее
экологическое значение.
Раздел 3. ПОПУЛЯЦИИ ЖИВОТНЫХ
Тема 10. Вид как экологическая система. Разнокачественность видового населения.
Территориальные группировки (подвиды, географические популяции, экологические
популяции, элементарные популяции), их происхождение и особенности.
Тема 11. Пространственная структура популяций и ее адаптивное значение. Особенности
пространственной структуры у видов, отличающихся образом жизни (одиночносемейные, стайные, колониальные и другие виды; оседлые и номадные формы и др.).
адаптация к поддержанию оптимальной пространственной структуры популяций.
Тема 12. Этологическая структура (структура взаимоотношений). Разнокачественность
особей в популяциях. Иерархия и доминирование. Взаимоотношение особей в стадах;
лидеры и вожаки. Биологическое значение упорядоченности взаимоотношений особей в
популяциях.
Сигнализация и общение в популяциях, их формы, механизмы и экологическое значение.
Роль высшей нервной деятельности и сложных форм поведения в поддержании целостной
популяции и ее адаптивного ответа на внешние воздействия.
Тема 13. Возрастная структура популяций. Морфо-физиологические отличия разных
возрастных групп и их биологическое значение. Разнокачественность различных
генераций и их различная роль в жизни популяций в целом.
Тема 14. Половая структура популяций. Соотношение полов и его значение в темпах
воспроизводства популяций. Динамика половой структуры. Роль плотности населения в
изменении половой структуры.
Тема 15. Экологическое значение поддержания сложности общего генофонда популяции;
адаптивные механизмы. Плотность популяций и ее регуляция. Роль поведенческих
реакций.
Раздел 4. ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ
Сообщества видов (биоценозы) как формы организации живого населения биосферы,
через которую осуществляется биогенный круговорот веществ. Межвидовые отношения
как основа сообществ, их специфика.
Тема 16. Динамика численности отдельных видов. Ее типы и их связь с особенностями
биологии видов; соотношение плодовитости, продолжительности жизни и смертности у
разных видов животных. Основные факторы динамики численности. Роль климатических
9
10
и кормовых условий; взаимовлияние хищников и
их жертв; значение эпизоотий.
Популяционные механизмы регуляции плотности населения и численности; значение
поведенческих и физиологических реакций; роль структуры популяций. Теоретические
основы прогнозов численности практически важных групп животных.
Тема 17. Роль амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих в наземных и водных
экосистемах.
Раздел 5. ЖИВОТНЫЙ МИР И ЧЕЛОВЕК
Тема 18. Мощность и разносторонний характер воздействия человека на биосферу.
Развитие транспорта и расселение животных; значение этих факторов в изменении состава
сообществ, взаимоотношений в нем и т.п. Изменение ландшафтов и связанные с этим
изменения состава и структуры сообществ. Экологические последствия этих изменений.
5. Образовательные технологии
Наряду с классическими технологиями обучения будут использоваться другие методы,
включающие:
 лекции с применением мультимедийных средств, облегчающих понимание темы
или вопроса
 часть лекционного материала и материалов практических занятий доступны через
сеть
Интернет,
режим
доступа
к
которым
будет
известен.
Подобное
самостоятельное обучение развивает способности к поиску и отбору студентом
требуемой информации в сети Интернет;
 режим собеседования с преподавателем, реализуемый через коллоквиумы,
позволяет,
кроме
функции
контроля,
развить
у
обучаемых
навыки
профессиональной речи;
 самоконтроль, реализуемый посредством сетевого компьютерного тестирования,
позволяет обучающимся самостоятельно оценивать собственный уровень знаний,
наличие пробелов и вовремя их устранять.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные
средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной успеваемости, по
итогам освоения дисциплины.
6.1. Примерная тематика семинарских занятий
ТЕМА: Общие принципы адаптации (2 часа)
10
11
1. Экологическая валентность. Отношение животных к количественному
выражению факторов. Комплексное воздействие факторов на организм.
Функция отклика на совокупность экологических факторов.
2. Типы адаптаций. Адаптации по принципу толерантности; по типу гомеостаза.
Экологическое значение стабильных приспособлений к условиям среды и
лабильных регуляторных реакций.
ЛИТЕРАТУРА
Шилов И.А. Физиологическая экология животных. - М.: Изд-во Высшая школа, 1985. - с.
167-178.
Федоров В.Л., Гильманов Т.Г. Экология. – М.: Изд-во МГУ, 1980. – с. 84-97.
Лекявичкс Э. Элементы общей теории адаптации. – Вильнюс: Мослас, 1986. – 273 с.
ТЕМА: Экологические механизмы поддержания и преобразования генетической
структуры популяций (2 часа)
1. Роль постранственно-этологической структуры популяций в поддержании
генетической разнокачественности, механизмы ее поддержания.
2. Изменение генетической структуры популяций и микроэволюция.
ЛИТЕРАТУРА
Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции.- М.: Наука, 1980. - 278с.
Шилов И.А. Физиологическая экология животных. - М.: Изд-во Высшая школа, 1985. - с.
241-254.
Четвериков С.С. О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения
современной генетики. – Журн.эксп.биол. – 1926. – Т.2, вып.1.
ТЕМА: Влияние деятельности человека на животный мир (2 часа).
1. Изменение ареалов и численности животных и причины, их обуславливающие.
2. Экологические основы охраны и рационального использования животного
мира.
ЛИТЕРАТУРА
Яблоков А.В., Остроумов С.А. Охрана живой природы. М.: Лесная промышленность,
1983. - с.86-132, 205-254.
11
12
Красная книга СССР. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных и
растений. – М.: 1978. – 460 с.
Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. – Л., 1979. - 375 с.
6.2. Примеры билетов для проведения письменных контрольных работ:
Билет № 1
1 Типы адаптаций. Адаптации по типу толерантности и по типу гомеостаза.
2 Лимитирующие факторы, их экологическое значение.
Билет № 2
1 Взаимодействия факторов среды, их комплексное влияние на организм, правило
минимума.
2 Адаптации к изменениям температурного режима у пойкилотермных животных
6.3. Образцы тестовых билетов для промежуточной оценки остаточных знаний
Тема: Теплообмен животных и температура среды.
Для гомойотермных животных не характерны следующие реакции на высокую
температуру:
1 расширение кровеносных сосудов в покровах
2 усиление испарения с покровов или слизистых
3 видимое сокращение мышц спины и шеи
4 повышение температуры тела выше нормы
Для пойкилотермных животных не характерны следующие реакции на низкую
температуру:
1 увеличение электрической активности мышц
2 снижение температуры тела
3 учащение дыхания
4 избавление от недавно съеденной пищи
6.5. Образцы экзаменационных вопросов:
1. Предмет экологии животных, ее задачи. Связь экологии животных с другими науками
(морфология, физиология, систематика, биогеография, палеонтология, генетика и др.).
2. История развития экологии животных. Основные направления современной экологии.
3. Экология и народное хозяйство (животноводство, сельское и лесное хозяйство,
здравоохранение, охотничье и рыбное хозяйство). Роль экологии в создании научных
основ рационального природопользования.
12
13
4. Количественная мера воздействия факторов среды. Правило оптимума. Экологическая
валентность.
5. Взаимодействия факторов среды, их комплексное влияние на организм, правило
минимума.
6. Лимитирующие факторы, их экологическое значение.
7. Типы адаптаций. Адаптации по типу толерантности и по типу гомеостаза. Стабильные
приспособления к условиям среды и лабильные регуляторные реакции.
8. Теплообмен животных и температура среды. Температурные пределы жизни и
отдельных биологических процессов. Типы обмена: пойкилотермия и гомойотермия.
9. Приспособления к температурному режиму и его колебаниям у пойкилотермных
животных.
10. Приспособления к температурному режиму и его колебаниям у гомойотермных
животных.
11. Газообмен водных животных. Приспособления к газовому режиму водоемов и его
колебаниям.
12. Газообмен сухопутных животных. Приспособления к изменениям парциального
давления кислорода с высотой.
13. Ныряющие животные и их специфические адаптации к функциональной гипоксии.
14. Водно-солевой обмен водных животных. Пойкилоосмотические и гомойосмотические
животные. Стено- и эвригалинные виды.
15. Водный обмен и минеральное питание сухопутных животных. Адаптации животных к
изменению обеспеченности организма водой и минеральными веществами.
16. Биологические ритмы. Механизмы суточной циклики. Циркадные ритмы.
17.
Биологические
ритмы.
Сезонные
ритмы
жизнедеятельности.
Эколого-
физиологические механизмы, регулирующие сезонные изменения у животных.
18. Приспособления животных к обитанию в условиях снежного и ледового покровов.
Адаптации к движению среды (ветер, течения, волны).
19. Питание животных. Физиологические и морфологические адаптации к разным видам
корма.
20. Типы взаимодействия между популяциями разных видов.
21. Популяционные механизмы регуляции плотности населения и численности. Значение
поведенческих и физиологических реакций, роль структуры популяции.
22. Основные факторы динамики численности. Роль климатических, кормовых условий и
эпизоотий. Взаимовлияние хищников и их жертв.
13
14
23. Динамика численности отдельных видов, ее типы. Кривые выживаемости у разных
видов животных.
24. Плотность популяции и ее регуляция.
25. Экологическое значение и механизмы поддержания сложности общего генофонда
популяции.
26. Половая структура популяций и ее динамика.
27. Возрастная структура популяций.
28. Сигнализация и общение в популяциях. Роль высшей нервной деятельности и
сложных форм поведения в поддержании целостности популяции.
29. Взаимоотношения особей в стадах; лидеры и вожаки.
30. Иерархические отношения у оседлых животных. Доминирование.
31. Этологическая структура популяций. Разнокачественность особей в популяциях.
Биологическое значение упорядоченности взаимоотношений особей в популяциях.
32. Особенности пространственной структуры у номадных видов.
33. Особенности пространственной структуры у оседлых видов.
34. Пространственная структура популяций и ее адаптивное значение. Адаптации к
поддержанию оптимальной пространственной структуры популяции.
35.
Вид
как
экологическая
система.
Разнокачественность
видового
населения.
Территориальные группировки.
36. Пространственная структура популяций и ее адаптивное значение. Адаптации к
поддержанию оптимальной пространственной структуры популяции.
37.
Вид
как
экологическая
система.
Разнокачественность
видового
населения.
Территориальные группировки.
38. Сообщества видов (биоценозы) как формы организации живого населения биосферы.
39. Изменение ландшафтов и связанные с этим изменения состава и структуры сообществ.
40. Роль амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих в наземных и водных экосистемах.
41. Воздействие человека на биосферу. Развитие транспорта и расселение животных.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Экология
животных»
Основная литература:
Шилов И.А. Физиологическая экология животных. - М.: Изд-во Высшая школа, 1984, 328
с.
Шилов И.А. Экология. Учебник для биол. и мед.спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1997. –
512 с.
14
15
Наумов Н.П. Экология животных. - М.: Высшая школа, 1963.- 599 с.
Новиков Т.А. Очерк истории экологии животных. - Л.: Наука, 1980.- 287 с.
Одум Ю. Экология. - М.: Мир. Т.1, 1981, - 339 с., Т.2, 1986, - 376 с.
Пианка Э. Эволюционная экология. – М.: Мир, 1981, - 339 с.
Шмидт-Нильсен К. Физиология животных. Приспособление и среда. - М.: Мир, 1982, 800
с. (ч.1,2).
Яблоков А.В., Остроумов С.А. Охрана живой природы. М.: Лесная пром-сть, 1983, - 272 с.
Яблоков А.В. Популяционная биология. - М.: Высшая школа, 1987, - 303 с.
Дополнительная:
Дольник В.Р. Миграционное состояние птиц. - М.: Наука, 1975, - 398 с.
Коли Г. Анализ популяций позвоночных. - М.: Мир, 1979, - 362 с.
Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979, - 424 с.
Северцов С.А. Динамика населения и приспособительная эволюция животных. Изд-во АН
СССР, 1941.
Селье Г. На уровне целого организма. М.: Наука,- 1972.
Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции.- М.: Наука, 1980,- 278 с.
Чернявский Ф.Б., Ткачев А.В. Популяционные циклы леммингов в Арктике.
Экологические закономерности эволюции.-М.: Наука, 1982,-163 с.
Krebs C.Y., Myers Y.H. Population cycles in small mammals. – Adv. Ecol. Res., 8, 1974, p.
267-399.
Pianka E.R. On r-and K-selection. – Readings Sociobiol., San-Francisco, 1978, p. 45-51.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Обучение по дисциплине «Экология животных» осуществляется на базе
лекционно-лабораторной аудитории №37, оснащенной мультимедийным оборудованием.
15