Равновесие в экосистемах

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка

Лабораторная установка «Равновесие в экосистемах» посвящена основам экологии. Она позволяет моделировать процессы обмена веществом и энергией, происходящие в природных экосистемах. В ней можно создавать несложные экосистемы, моделировать трофические связи, изучать факторы, определяющие структуру и биоразнообразие сообществ.

Компоненты создаваемых экосистем

• Поле – участок территории, на котором обитает сообщество видов.
• Ландшафты разных типов, распределенные на поле. Ландшафты могут различаться скоростью возобновления растительности, водным режимом, интенсивностью нарушений, проходимостью для разных видов животных.
• Возобновляемые ресурсы (вода, травянистые растения).
• Виды растений (продуцентов), травоядных и хищных животных (консументов) с определенным набором видовых характеристик.
• Редуценты, переводящие мертвое органическое вещество в неорганическое.
• Катастрофы – нарушения, уничтожающие часть популяций видов.

Ресурсы

В моделях вам встретятся виртуальные организмы, населяющие среду обитания. Они перемещаются по участку (полю) или же сидят неподвижно, периодически размножаясь и производя потомков. В процессе жизнедеятельности особи расходуют определенную энергию на поддержание жизни, перемещение, рост, накопление запасных веществ. Эти потери энергии выражаются в потере массы, которую нужно восполнять путем потребления пищи. Чтобы не погибнуть, особи должны регулярно питаться.

Для травоядных пищевым ресурсом являются растения, для хищников – животные. Растения возобновляются в клетках поля через определенные промежутки времени.

В некоторых моделях растения рассматриваются не как ресурс, а как популяция: в этом случае они сами потребляют воду, которая периодически возобновляется в клетках поля.

Особь может употребить в пищу только тот ресурс, который находится в той же ячейке поля, что и особь. Все виды пищевых ресурсов идентичны по калорийности.

Эффективность усвоения

При потреблении ресурса усваивается только часть ресурса, рассчитанная по следующей формуле: масса усвоенного ресурса = масса потребленного ресурса * эффективность усвоения.

Растение с эффективностью усвоения воды 60% образует 0,6 кг питательных веществ при поглощении 1 кг воды, а хищник с эффективностью усвоения 90% получит 0,9 кг питательных веществ при съедении 1 кг мяса.

Расходы питательных веществ

Все усвоенные ресурсы организм переводит в питательные вещества. Эти питательные вещества используются в следующей последовательности:

1. расходуются на поддержание массы тела;
2. идут на рост (прирост собственной массы) у молодых особей;
3. идут на формирование потомства у зрелых особей;
4. расходуются на перемещение;
5. идут на увеличение количества запасных веществ.

Если количества усвоенного ресурса хватило на все потребности, а масса запасных веществ достигла максимально возможной, то потребление ресурса прекращается.

Если же ресурса недостаточно, то в первую очередь организм тратит доступные питательные вещества для выполнения обязательных затрат (поддержание массы тела, рост). Когда ресурса слишком мало, чтобы удовлетворить обязательные потребности, особь расходует свои запасные вещества, но если и их оказалось недостаточно, особь погибает.

Специализация. Вероятность потребления

В некоторых моделях можно регулировать частоту успешных охот у хищника и управлять пищевыми предпочтениями травоядных.

Хищник с успешностью охоты 100% при каждой попытке охоты успешно убивает жертву, а хищник с 50% эффективностью в половине случаев оставит жертву целой и невредимой. Хищник с нулевой вероятностью поймать жертву становится падальщиком.

У травоядных вероятность потребления отражает предпочтение одних видов растений другим. «Разборчивое» травоядное будет чаще выедать наиболее предпочитаемый вид растений – тот, для которого вероятность потребления наиболее высока.

Продолжительность жизни и жизненный цикл

Для каждого вида заданы следующие характеристики:

1. Параметры жизненного цикла – продолжительность жизни, возраст зрелости, время формирования потомства, максимальное количество потомков (а для растений – еще и время прорастания семян). Время в лаборатории измеряется в тактах, или «днях».
2. Размерные параметры вида, т.е. параметры массы: минимальная масса взрослой особи, минимальная масса потомка, допустимая масса запасных веществ и начальная масса запасных веществ у потомка. Если массы особей оказываются меньше минимально допустимых – особи погибают.

Для простоты все создаваемые виды животных и растений обладают общими законами роста и размножения. Размножение происходит бесполым путем. При создании вида и начальном заселении поля особи в популяции различаются по возрасту и репродуктивному статусу.

Пространственное распределение и перемещение организмов

У животных представители одного вида не могут занимать одну клетку поля. Так имитируется внутривидовая территориальность.

Перемещение особей осуществляется направленно: особи переходят в клетку поля с наибольшим доступным количеством пищевого ресурса.