Структура и функционирование сообществ в водных экосистемах

Общие вопросы. Основные топические подразделения гидробионтов. Понятие об экотоне. Структурные характеристики сообщества. Доминирующие и индикаторные формы.

Межпопуляционные отношения. Нейтрализм и конкуренция. Хищничество и паразитизм. Протокооперация и мутуализм. Карпозы: комменсализм и аменсализм, стимуляция и ингибирование.

Информационная характеристика сообщества. Формы передачи биологической информации в водных экосистемах. Информационные потоки как фактор развития и устойчивости процесса самоорганизации экосистемы. Упорядочение и синергетика когерентных взаимодействий элементов экологической системы.

Фитопланктон. Основная терминология: эупланктон, меропланктон, псевдопланктон, детритопланктон, неритический и океанический морской планктон, панталассные виды, пресноводный планктон (лимно-, хелео- и потамопланктон). Размерные группы: пико-, нано-, микро- и мезофитопланктон. Основные количественные характеристики - численность и биомасса, видовое богатство.

Основные таксономические группы водорослей планктона: цианобактерии, эвгленовые, криптофитовые, гаптофитовые, динофитовые, диатомовые, золотистые, синуровые, ульвовые, хлорофициевые, зигнемофициевые - морфология, пигментный состав, жизненные циклы, приспособления к планктонному образу жизни. Способы обеспечения энергией и веществом у водорослей планктона. Фотоавтотрофы, гетеротрофы, миксотрофы. Осмотрофия, фагоцитоз.

Динамика численности (биомассы) популяций фитопланктона. Скорость роста. Модели экспоненциального и логистического роста. Потери в популяциях фитопланктона: естественная смертность, выедание, паразитизм, седиментация.

Основные биогенные элементы и формы их присутствия в водной среде. Биогенные элементы, лимитирующие рост фитопланктона. Соотношение Редфильда. Потребление биогенных элементов водорослями. Модели Михаэлиса - Ментен, Моно. Интерпретация параметров моделей. Зависимость скорости роста водорослей от концентрации биогенных элементов в среде.

Фотосинтез водорослей. Зависимость фотосинтеза от интенсивности света. Р/Е-кривые и биологическая интерпретация параметров Р/Е-кривой. Зависимость фотосинтеза от концентрации биогенных элементов Прижизненное выделение водорослями экзометаболитов. Основные экзометаболиты водорослей и их экологическая роль. Дыхание фитопланктона. Чистый и валовый фотосинтез.

Конкуренция между популяциями фитопланктона. Механистическая модель Тилмана. Интерпретация параметров модели. Пороговая концентрация ресурса. Парадокс фитопланктона. Механизмы возможности сосуществования конкурирующих популяций (несоблюдения закона Гаузе).

Жизненные стратегии планктонных водорослей. Концепции двух первичных стратегий (r- и K- стратегии) и трех первичных стратегий (C-, S- и R-стратегии). Сезонная динамика фитопланктона с точки зрения жизненных стратегий водорослей.

Сезонная динамика фитопланктона и основные контролирующие факторы. Контроль снизу и сверху. Способы переживания планктонными водорослями неблагоприятных для жизнедеятельности периодов – покоящиеся стадии, использование альтернативных источников вещества и энергии.

«Цветение» водоёмов, вредоносные и токсичные цветения. Красные приливы, цветение цианобактерий. Причины возникновения цветения. Токсичные виды планктонных водорослей и их токсины.

Зоопланктон. Основные таксономические группы, размерные классы, жизненные формы, функциональные группы. Зоопланктон морей и океанов. Зоопланктон пресных вод: озёр, рек, прудов, водохранилищ, ручьев. Структура сообществ зоопланктона в водоёмах разного трофического уровня.

Питание зоопланктона. Фильтраторы и хищный зоопланктон. Обеспеченность пищей как фактор динамики численности зоопланктона. Механизмы питания ракообразных. Избирательность питания. Основные пищевые объекты нехищного зоопланктона: водоросли, бактерии, простейшие, фекальные пеллеты, детрит. Пастбищные и детритно-бактериальные пищевые цепи.

Скорость потребления пищи и скорость фильтрации. Суточный ритм питания зоопланктона. Влияние зоопланктона на видовой состав и размерную структуру планктонных водорослей. «Трофический тупик». Влияние экзометаболитов водорослей на жизнедеятельность зоопланктона, аллелопатия.

Динамика численности зоопланктонных организмов. Беспозвоночные хищники как фактор регуляции численности растительноядного зоопланктона. Влияние рыб на изменение численности и размерной структуры зоопланктона. Стимулирующее влияние рыб на развитие некоторых групп зоопланктона.

Вертикальное распределение зоопланктона, значение и роль пикноклина, термоклина и хемоклина. Временная и пространственная изменчивость структуры зоопланктона. Вертикальные миграции зоопланктона: онтогенетические, суточные, сезонные. Изменчивость и причины миграции зоопланктона. Звукорассеивающие слои. Перенос органического вещества зоопланктоном при вертикальных миграциях.

Значение зоопланктона в функционировании экосистем. Масштабы выедания первичной продукции. Роль зоопланктона в регенерации биогенных элементов (азота, фосфора, микроэлементов). Скорость экскреции биогенных элементов в зависимости от массы тела зоопланктона. Фекальные пеллеты зоопланктона как разновидность детрита, сорбция растворённого органического вещества на детрите. Значение пеллет зоопланктона в вертикальном потоке органического вещества в водоёмах. «Дождь» и «антидождь» трупов.

Бентос. Определение бентоса как экологической группы. Особенности обитания на дне. Приспособления к донному образу жизни. Размерные и таксономические группы бентоса.

Абиотические факторы, определяющие жизнь на дне. Понятие и типы донных биотопов. Влияние солёности, глубины, освещённости, течения, температуры, кислородного режима и других гидрохимических факторов на бентосные организмы и сообщества.

Питание донных организмов. Типы питания и приспособления к ним. Автотрофы: фото- и хемоавтотрофы. Гетеротрофы: фитофаги и соскребатели, фильтраторы, собирающие детритофаги, грунтоеды. Хищники. Дыхание донных организмов, проблемы и приспособления. Связь питания, дыхания и размеров тела, понятие интенсивности метаболизма.

Движение и защитные приспособления донных организмов. Размножение и жизненные циклы бентоса. Жизненные формы бентоса как совокупность приспособлений по питанию, движению, защите и другим основным функциям.

Фитобентос, фитоэпибионты, фитообрастатели. Микро- и макрофитобентос морских и пресных вод. Таксономические группы, особенности распространения и экологии. Экологическая роль фитобентоса (трофическая, топическая).

Микрозообентос. Экологические особенности и разнообразие морского и пресноводного микрозообентоса. Основные группы: инфузории, жгутиконосцы, фораминиферы. Особенности распространения и роль в сообществах.

Мейобентос. Основные приспособления к среде обитания, разнообразие, экологические характеристики морского и пресноводного мейобентоса. Основные группы: нематоды, гарпактикоиды, кладоцеры, остракоды, коловратки. Особенности распространения. «Парадокс мейофауны».

Морской макробентос. Основные приспособления к среде обитания, разнообразие и особенности распространения. Характеристика основных таксонов: высшие ракообразные (по отрядам), усоногие ракообразные, брюхоногие и двустворчатые моллюски, полихеты, иглокожие, коралловые полипы, губки.

Пресноводный макробентос. Основные приспособления к среде обитания, разнообразие и особенности распространения. Характеристика основных таксонов: насекомые (по отрядам), высшие ракообразные, брюхоногие и двустворчатые моллюски, олигохеты и пиявки.

Морские сообщества бентоса. Сообщества литорали, сублиторали, абиссали, общая схема распределения морского бентоса по глубине. Сообщества илов и песков, камней и скал, коралловых рифов. Сообщества, существующие за счет энергии хемосинтеза.

Пресноводные сообщества бентоса. Сообщества мягких грунтов, камней и других плотных субстратов, фитали, ручьев и родников, временных водоёмов, болот, реликтовых озёр, пещер. Географическая, температурная и сезонная изменчивость пресноводных донных сообществ. Сообщества солоноватых водоемов.

Экология водных микроорганизмов.

Основные группы микробного населения водных экосистем. Бактерии аллохтонные и автохтонные. Разнообразие морфологических форм бактерий. Классификация бактерий по типам питания. Археи, их характерные особенности. Принципы построения филогенетической систематики бактерий и архей. Морские бактерии и археи, их морфологические и физиологические особенности, характерные представители, численность, пространственно-временная и сезонная изменчивость. Бактерии подземных вод, родников, озёр, водохранилищ и рек, физиолого-морфологические особенности, численность. Бактерии соляных озер, их морфологические и физиологические особенности. Солоноватоводные бактерии. Роль литических бактерий в водных экосистемах на примере Lysobacter. Плазмиды и их значение для водных микроорганизмов.

Растворенное и взвешенное органическое вещество как основной источник вещества и энергии для микроорганизмов. Эвтрофные и олиготрофные микроорганизмы. Донные отложения, как среда обитания микроорганизмов. Терригенное и биогенное осадкообразование. Классификация донных осадков. Факторы, влияющие на структурно-функциональное разнообразие микробных популяций в донных осадках. Пять основных сред обитания микроорганизмов в океане. Границы раздела фаз и их влияние на микробную активность.

Численность и биомасса бактерий в морских и пресных водоёмах. Механизмы регуляции численности бактерий в водных экосистемах, контроль сверху и снизу. Эффективность роста бактерий. Морские и озерные пелагические микробные пищевые сети, их основные участники. "Микробная петля", ее роль в водных экосистемах.

Вирусы как контролирующие агенты в водных экосистемах. Особенности строения вирусов. Репликация вирусов. Распространение вирусов в водных экосистемах, влияние факторов среды. Скорость размножения вирусов. Роль вирусов в водных экосистемах, участие в «микробной петле». Особенности воздействия вирусов на бактериопланктон и фитопланктон. Роль вирусов в генетическом обмене между микроорганизмами и в их эволюции.

Цианобактерии, как фотоавтотрофные прокариоты. Физиологические особенности цианобактерий. Способность к миксотрофному питанию. Азотфиксирующие цианобактерии. Цианобактериальные маты, строение и состав. Экологическое значение цианобактерий в водоёмах разных типов. Пресноводные и морские цианобактерии. Prochlorococcus и Synechococcus как массовые формы пикоцианобактерий.

Грибы водных экосистем. Характерные особенности грибов, морфология и особенности размножения. Роль грибов в водных экосистемах. Грибы-паразиты и грибы-сапротрофы. Отношение грибов к факторам внешней среды. Основные микробиологические процессы в биогеохимических циклах в водных экосистемах.

Дата добавления: 2015-07-25