IGCSE, A-Level & AP IGCSE, A-Level & AP Sheet preview · ⁨Предпросмотр листа⁩

Ecology · ⁨Экология⁩

AP Biology · ⁨AP Биология⁩ · Topic 8 · ⁨Тема 8⁩

View Slides · ⁨Просмотр слайдов⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
7:53

Экология

Этот риф содержит больше видов жизни на одном гектаре, чем вся провинция сельскохозяйственных угодий. Каждая рыба зависит от кораллов, а кораллы — от крошечных водорослей внутри них.…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

8.1

Responses to the Environment · ⁨Ответы на воздействие среды⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.1.A: Explain how the behavioral and physiological response of an organism is related to changes in internal or external environment.

  • 8.1.A.1 Organisms respond to changes in their environment through behavioral and physiological mechanisms.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific behavioral or physiological mechanisms is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.A.1:
      • Photoperiodism and phototropism in plants
      • Taxis and kinesis in animals
      • Nocturnal and diurnal activity
  • 8.1.A.2 Organisms exchange information with one another in response to internal changes and external cues, which can change behavior.
    • Illustrative examples for 8.1.A.2:
      • Fight-or-flight response
      • Predator warnings
      • Plant responses to herbivory

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 8.1.B: Explain how the behavioral responses of organisms affect their overall fitness and may contribute to the success of a population.

  • 8.1.B.1 Organisms communicate through various mechanisms (visual, audible, tactile, electrical, and/or chemical signals).
    • i. Organisms have a variety of signaling behaviors that produce changes in the behavior of other organisms and can result in differential reproductive success.
    • ii. Animals use signals to indicate dominance, find food, establish territory, and ensure reproductive success.
    • Exclusion statement: Knowledge of specific mechanisms of communication is beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.B.1:
      • Territorial marking in mammals
      • Coloration in flowering plants and animals
      • Bird songs
      • Pack behaviors in animals
      • Predatory warnings
  • 8.1.B.2 Responses to information and communication of information are vital to natural selection and evolution.
    • i. Fitness favors innate and learned behaviors that increase survival and reproductive success.
    • ii. Cooperative behavior tends to increase the fitness of the individual and the survival of the population.
    • Exclusion statement: The details of the various communications and community behavioral systems are beyond the scope of the AP Exam.
    • Illustrative examples for 8.1.B.2.i:
      • Parent and offspring interactions
      • Courtship and mating behaviors
      • Foraging by bees and other animals
    • Illustrative examples for 8.1.B.2.ii:
      • Pack behavior in animals
      • Herd, flock, and schooling behavior in animals
      • Predator warnings
      • Colony and swarming behavior in insects
      • Kin selection
Русский

Большая идея 2 — Энергетика: Биологические системы используют энергию и молекулярные строительные блоки для роста, размножения и поддержания динамического гомеостаза.

Цель обучения 8.1.A: Объяснить, как поведенческая и физиологическая реакция организма связана с изменениями во внутренней или внешней среде.

  • 8.1.A.1 Организмы реагируют на изменения окружающей среды посредством поведенческих и физиологических механизмов.
    • Уточнение об исключении: Знание конкретных поведенческих или физиологических механизмов выходит за рамки экзамена AP.
    • Иллюстративные примеры для 8.1.A.1:
      • Фотопериодизм и фототропизм у растений
      • Таксис и кинезис у животных
      • Ночная и дневная активность
  • 8.1.A.2 Организмы обмениваются информацией друг с другом в ответ на внутренние изменения и внешние стимулы, что может изменять поведение.
    • Иллюстративные примеры для 8.1.A.2:
      • Реакция «бой или бегство»
      • Предупреждения хищников
      • Реакция растений на поедание травоядными

Большая идея 3 — Хранение и передача информации: Живые системы хранят, извлекают, передают и реагируют на информацию, необходимую для жизнедеятельности.

Цель обучения 8.1.B: Объяснить, как поведенческие реакции организмов влияют на их общую приспособленность и могут способствовать успеху популяции.

  • 8.1.B.1 Организмы общаются с помощью различных механизмов (визуальных, акустических, тактильных, электрических и/или химических сигналов).
    • i. У организмов существует множество сигнального поведения, которое вызывает изменения в поведении других организмов и может привести к дифференцированной репродуктивной успешности.
    • ii. Животные используют сигналы для указания на доминирование, поиска пищи, установления территории и обеспечения репродуктивного успеха.
    • Уточнение об исключении: Знание конкретных механизмов коммуникации выходит за рамки экзамена AP.
    • Иллюстративные примеры для 8.1.B.1:
      • Разметка территории млекопитающими
      • Окраска цветковых растений и животных
      • Птичьи песни
      • Стадное поведение у животных
      • Предупреждающие сигналы при охоте
  • 8.1.B.2 Реакции на информацию и передача информации имеют решающее значение для естественного отбора и эволюции.
    • i. Природный отбор способствует врожденному и приобретенному поведению, повышающему выживаемость и репродуктивный успех.
    • ii. Совместное поведение, как правило, повышает приспособленность особи и выживаемость популяции.
    • Исключающее утверждение: Детали различных систем коммуникации и социального поведения выходят за рамки экзамена AP.
    • Иллюстративные примеры для 8.1.B.2.i:
      • Взаимодействие между родителями и потомством
      • Дворцовое и спаривательное поведение
      • Добывание пищи пчелами и другими животными
    • Иллюстративные примеры для 8.1.B.2.ii:
      • Стадное поведение у животных
      • Стаяное, стадное и косячное поведение у животных
      • Предупреждения хищников
      • Колониальное и роевое поведение у насекомых
      • Инклюзивная адаптивность (выбор родственных)

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Organisms sense and respond to their surroundings in ways that aid survival and reproduction. Behaviors may be innate (inherited, like reflexes and instincts) or learned. Responses such as migration, hibernation, and phototropism, and signals between organisms, are shaped by natural selection because they improve fitness.

The behaviours the CED lists by name

These are the illustrative behaviours an exam question builds its scenario from, so learn what each one is and what it buys the organism:

Behaviour What it is Why it aids fitness
taxis 趋性 movement directed towards or away from a stimulus reaches food, light or moisture, or escapes a hazard
kinesis 动性 a change in the rate of random movement, with no direction keeps the animal in favourable conditions by moving less there and more elsewhere
nocturnal and diurnal activity 夜行性与昼行性 being active at night, or by day avoids predators or heat, and matches activity to when food is available
territorial marking 领域标记 scent, sound or visual marks that claim an area secures food, nesting sites and mates without repeated fighting
coloration 体色 pigmentation in animals and flowering plants warning, camouflage, mate attraction — and in flowers, attracting pollinators
foraging 觅食 by bees and others searching for and collecting food efficient foraging returns more energy than it costs, which is what selection acts on

⚠️ Taxis and kinesis are the pair most often confused. Taxis has a direction: the woodlouse walks towards the damp. Kinesis has only a rate: the woodlouse moves quickly and turns often in dry air and slows down in damp air, so it ends up in the damp without ever steering there.

Life-history strategy 生活史策略 is the pattern of when an organism grows, reproduces and dies, and it too is shaped by selection: a biennial plant stores resources in its first year and flowers in its second; reproductive diapause pauses development until conditions improve, so offspring arrive when they can survive. Both trade the timing of reproduction against the chance that it succeeds.

Русский

Организмы воспринимают и реагируют на окружающую среду способами, помогающими выживанию и размножению. Поведение может быть врожденным (наследственным, как рефлексы и инстинкты) или приобретенным. Реакции, такие как миграция, зимняя спячка и фототропизм, а также сигналы между организмами, формируются естественным отбором, так как повышают приспособленность.

Подсолнухи обращены к свету: организмы обнаруживают и реагируют на внешние стимулы
Подсолнухи обращены к свету: организмы обнаруживают и реагируют на внешние стимулы

Поведения, перечисленные в CED по названию

Это демонстративные поведения, на основе которых экзаменационный вопрос строит свою сцену, поэтому изучите, что именно представляет собой каждое из них и какую пользу для организма оно обеспечивает:

Поведение Что это такое Почему повышает приспособленность
таксис движение, направленное к стимулу или от него приводит к пище, свету или влаге, или позволяет избежать опасности
кинезис изменение скорости случайного движения без направления удерживает животное в благоприятных условиях за счет уменьшения движения там и увеличения его в других местах
ночная и дневная активность активность ночью или днем избегает хищников или жары и синхронизирует активность со временем доступности пищи
территориальная маркировка запаховые, звуковые или визуальные метки, обозначающие территорию обеспечивает доступ к пище, местам для гнездования и партнерам без повторных конфликтов
окраска окраска животных и цветковых растений предупреждение, камуфляж, привлечение партнера — а у цветов — привлечение опылителей
поиск пищи пчелами и другими животными поиск и сбор пропитания эффективный поиск пищи дает больше энергии, чем требует, именно на это действует отбор

⚠️ Таксисы и кинезисы — самая частая пара для путаницы. Таксис имеет направление: мокрица ползет во влажное место. Кинезис имеет только скорость: мокрица быстро двигается и часто поворачивает в сухом воздухе и замедляется во влажном, поэтому оказывается во влажном месте, никогда не выбирая курс туда.

Стратегия жизненного цикла — это закономерность роста, размножения и смерти организма; она также формируется под действием отбора: двухлетнее растение накапливает ресурсы в первый год и зацветает во второй; репродуктивная диапауза приостанавливает развитие до улучшения условий, чтобы потомство появлялось, когда может выжить. Оба варианта компромиессируют время размножения с шансом его успеха.

8.2

Energy Flow Through Ecosystems · ⁨Поток энергии в экосистемах⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.2.A: Describe the strategies organisms use to acquire and use energy.

  • 8.2.A.1 Organisms use energy to organize, grow, reproduce, and maintain homeostasis.
    • i. Organisms use different strategies to regulate body temperature and metabolism. Endotherms use thermal energy generated by metabolism to maintain homeostatic body temperatures. Ectotherms lack efficient internal mechanisms for maintaining body temperature, although they may regulate their temperature behaviorally by moving into the sun or shade or by aggregating with other individuals.
    • ii. A net gain in energy results in energy storage, the growth of an organism, and increased reproductive output.
    • iii. A net loss of energy results in loss of mass, a decrease in reproductive output, and, eventually, the death of an organism.
  • 8.2.A.2 Different organisms use various reproductive strategies in response to energy availability. Some organisms alternate between asexual and sexual reproduction in response to energy availability.
    • Illustrative examples for 8.2.A:
      • Seasonal reproduction in animals and plants
      • Life-history strategy (biennial plants, reproductive diapause)

Learning Objective 8.2.B: Explain how energy flows and matter cycles through trophic levels.

  • 8.2.B.1 Ecological levels of organization include populations, communities, ecosystems, and biomes.
  • 8.2.B.2 Energy flows through ecosystems, while matter and nutrients cycle between the environment and organisms via biogeochemical cycles. The cycles are essential for life, and each cycle demonstrates the conservation of matter. The cycles are interdependent.
  • 8.2.B.3 Biogeochemical cycles include abiotic and biotic reservoirs, as well as processes that cycle matter between reservoirs.
  • 8.2.B.4 The hydrologic (water) cycle involves water movement and storage within the hydrosphere. Reservoirs include oceans, surface water, the atmosphere, and living organisms. Processes include evaporation, condensation, precipitation, and transpiration.
  • 8.2.B.5 The carbon cycle involves recycling carbon atoms through Earth's biosphere into organisms as carbohydrates and back into the atmosphere as carbon dioxide $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. At the highest levels of organization, the carbon cycle can be simplified into four parts: photosynthesis, cellular respiration, decomposition, and combustion.
  • 8.2.B.6 The nitrogen cycle involves several steps, including nitrogen fixation, assimilation, ammonification, nitrification, and denitrification. These steps are performed by microorganisms in the soil. The largest reservoir of nitrogen is the atmosphere. In nitrogen fixation, nitrogen gas $\left(\mathrm{N_2}\right)$ is fixed into ammonia $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, which ionizes to ammonium $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ by acquiring hydrogen ions from the soil solution.
  • 8.2.B.7 The phosphorus cycle involves weathering rocks releasing phosphate $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ into soil and groundwater. Producers take in phosphate, which is incorporated into biological molecules; consumers eat producers, transferring phosphate to animals. Phosphorus returns to the soil via decomposition of biomass, or excretion. Phosphate can also be incorporated back into the environment via decomposition of decaying organic matter.

Learning Objective 8.2.C: Explain how changes in energy availability affect populations, communities, and ecosystems.

  • 8.2.C.1 Changes in energy availability can result in changes in population size.
  • 8.2.C.2 Changes in energy availability can result in disruptions to an ecosystem.
    • i. A change in energy resources such as sunlight can affect the number and size of the trophic levels. Trophic levels include producers; primary, secondary, tertiary, and quaternary consumers; and decomposers.
    • ii. A change in the biomass or number of producers in a given geographic area can affect the number and size of other trophic levels.

Learning Objective 8.2.D: Explain how the activities of autotrophs and heterotrophs enable the flow of energy within an ecosystem.

  • 8.2.D.1 Autotrophs capture energy from physical or chemical sources in the environment.
    • i. Photosynthetic organisms capture energy present in sunlight contributing to primary productivity.
    • ii. Chemosynthetic organisms capture energy from small inorganic molecules present in their environment, which can occur in the absence of oxygen.
  • 8.2.D.2 Heterotrophs, which include carnivores, herbivores, omnivores, decomposers, and scavengers, metabolize carbohydrates, lipids, and proteins as sources of energy. Heterotrophs capture the energy present in carbon compounds by consuming organic matter derived from autotrophs incorporating matter into their tissues.
Русский

Большая идея 2 — Энергетика: Биологические системы используют энергию и молекулярные строительные блоки для роста, размножения и поддержания динамического гомеостаза.

Цель обучения 8.2.A: Описать стратегии, которые организмы используют для получения и использования энергии.

  • 8.2.A.1 Организмы используют энергию для организации, роста, размножения и поддержания гомеостаза.
    • i. Организмы используют различные стратегии для регуляции температуры тела и метаболизма. Эндотермы используют тепловую энергию, вырабатываемую метаболизмом, для поддержания гомеостатической температуры тела. Экзотермы не имеют эффективных внутренних механизмов для поддержания температуры тела, хотя они могут регулировать ее поведенчески, перемещаясь в солнечные или теневые участки, или объединяясь с другими особями.
    • ii. Чистый приток энергии приводит к накоплению энергии, росту организма и увеличению репродуктивного выхода.
    • iii. Чистый отток энергии приводит к потере массы, снижению репродуктивного выхода и, в конечном итоге, к гибели организма.
  • 8.2.A.2 Различные организмы используют разнообразные репродуктивные стратегии в ответ на доступность энергии. Некоторые организмы чередуют бесполое и половое размножение в зависимости от доступности энергии.
    • Иллюстративные примеры для 8.2.A:
      • Сезонное размножение у животных и растений
      • Стратегия жизненного цикла (двухлетние растения, репродуктивная диапауза)

Цель обучения 8.2.B: Объяснить, как энергия протекает через трофические уровни, а вещества циркулируют.

  • 8.2.B.1 Экологические уровни организации включают популяции, сообщества, экосистемы и биома.
  • 8.2.B.2 Энергия протекает через экосистемы, тогда как материя и питательные вещества циркулируют между средой обитания и организмами посредством биогеохимических циклов. Эти циклы необходимы для жизни, и каждый цикл демонстрирует закон сохранения материи. Циклы взаимозависимы.
  • 8.2.B.3 Биогеохимические циклы включают абиотические и биотические резервуары, а также процессы, обеспечивающие циркуляцию материи между резервуарами.
  • 8.2.B.4 Гидрологический (водный) цикл включает движение и хранение воды в гидросфере. Резервуары включают океаны, поверхностные воды, атмосферу и живые организмы. Процессы включают испарение, конденсацию, осадки и транспирацию.
  • 8.2.B.5 Углеродный цикл включает рециркуляцию атомов углерода через биосферу Земли в составе организмов в виде углеводов и обратно в атмосферу в виде углекислого газа $\left(\mathrm{CO_2}\right)$. На высших уровнях организации углеродный цикл можно упростить до четырех частей: фотосинтез, клеточное дыхание, разложение и горение.
  • 8.2.B.6 Азотный цикл включает несколько этапов, включая фиксацию азота, ассимиляцию, аммонификацию, нитрификацию и денитрификацию. Эти этапы выполняются микроорганизмами в почве. Наибольшим резервуаром азота является атмосфера. При фиксации азота газообразный азот $\left(\mathrm{N_2}\right)$ фиксируется в виде аммиака $\left(\mathrm{NH_3}\right)$, который ионизируется до аммония $\left(\mathrm{NH_4^+}\right)$ путем присоединения ионов водорода из почвенного раствора.
  • 8.2.B.7 Фосфорный цикл включает выветривание пород, выделяющее фосфаты $\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)$ в почву и грунтовые воды. Продуценты поглощают фосфаты, которые включаются в состав биологических молекул; консументы поедают продуцентов, перенося фосфор к животным. Фосфор возвращается в почву в результате разложения биомассы или выделения продуктов обмена. Фосфаты также могут возвращаться в среду в результате разложения разлагающейся органической материи.

Цель обучения 8.2.C: Объяснить, как изменения в доступности энергии влияют на популяции, сообщества и экосистемы.

  • 8.2.C.1 Изменения в доступности энергии могут привести к изменению размера популяции.
  • 8.2.C.2 Изменения в доступности энергии могут привести к нарушениям в экосистеме.
    • i. Изменение энергетических ресурсов, таких как солнечный свет, может повлиять на количество и размер трофических уровней. Трофические уровни включают продуцентов; первичных, вторичных, третичных и четвертичных консументов; и редуцентов.
    • ii. Изменение биомассы или количества продуцентов в данной географической области может повлиять на количество и размер других трофических уровней.

Цель обучения 8.2.D: Объяснить, как деятельность автотрофов и гетеротрофов обеспечивает поток энергии внутри экосистемы.

  • 8.2.D.1 Автотрофы улавливают энергию из физических или химических источников окружающей среды.
    • i. Фотосинтетические организмы улавливают энергию, присутствующую в солнечном свете, способствуя первичной продуктивности.
    • ii. Хемосинтетические организмы улавливают энергию от малых неорганических молекул, присутствующих в их среде, что может происходить в отсутствие кислорода.
  • 8.2.D.2 Гетеротрофы, включающие хищников, травоядных, всеядных, редуцентов и падальщиков, метаболизируют углеводы, липиды и белки как источники энергии. Гетеротрофы захватывают энергию, присутствующую в углеродных соединениях, потребляя органическое вещество, полученное от автотрофов, и интегрируя материю в свои ткани.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Energy enters most ecosystems 生态系统 as sunlight, is captured by producers 生产者 (photosynthesizers), and passes to consumers 消费者 along a food chain 食物链. Each level is a trophic level 营养级. Only about 10% of energy transfers up each level (the rest is lost as heat), so food chains are short and producers are the most abundant. Energy flows through and is lost, while matter (carbon, nitrogen) cycles.

Worked example. Suppose producers capture $10{,}000\ \text{kcal}$. Applying the $10\%$ rule, primary consumers receive about $1{,}000\ \text{kcal}$, secondary consumers $100\ \text{kcal}$, and tertiary consumers only $10\ \text{kcal}$. Losing $90\%$ as heat at every step is exactly why food chains rarely exceed four or five levels – there is too little energy left to support another.

Русский

Энергия входит в большинство экосистем в виде солнечного света, улавливается продуцентами (фотосинтезирующими) и передается потребителям вдоль пищевой цепи. Каждый уровень является трофическим уровнем. Только около 10% энергии передается наверх (остальное теряется как тепло), поэтому пищевые цепи короткие, а продуценты наиболее многочисленны. Энергия протекает через систему и теряется, тогда как материя (углерод, азот) циркулирует.

Только около 10% энергии передается на следующий трофический уровень
Только около 10% энергии передается на следующий трофический уровень

Разобранный пример. Допустим, продуценты захватывают $10{,}000\ \text{kcal}$. Применяя правило $10\%$, первичные потребители получают около $1{,}000\ \text{kcal}$, вторичные потребители $100\ \text{kcal}$, а третичные потребители всего лишь $10\ \text{kcal}$. Потеря $90\%$ в виде тепла на каждом этапе объясняет, почему пищевые цепи редко превышают четыре или пять уровней — оставшейся энергии недостаточно для поддержания следующего звена.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Energy up a food chain · ⁨Энергия вверх по пищевой цепи⁩

Only about 10% of energy passes to the next trophic level; the rest is lost as heat. That's why food chains are short and top predators are few. · ⁨Лишь около 10% энергии передается на следующий трофический уровень; остальное теряется в виде тепла. Вот почему пищевые цепи коротки, а хищники верхнего уровня немногочисленны.⁩

8.3

Population Ecology · ⁨Экология популяций⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 3 — Information Storage and Transmission: Living systems store, retrieve, transmit, and respond to information essential to life processes.

Learning Objective 8.3.A: Describe factors that influence growth dynamics of populations.

  • 8.3.A.1 Populations comprise individual organisms of the same species that interact with one another and with the environment in complex ways.
  • 8.3.A.2 Many adaptations in organisms are related to obtaining and using energy and matter in a particular environment.
    • i. Population growth dynamics depend on birth rate, death rate, and population size.
      • Equation: Population Growth — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ where $dt$ = chage in time; $B$ = birth rate; $D$ = death rate; $N$ = population size; $dN$ = change in population size
    • ii. Reproduction without constraints results in the exponential growth of a population.
      • Equation: Exponential Growth — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ where $dt$ = change in time; $N$ = population size; $dN$ = change in population size; $r_{max}$ = maximum per capita growth rate of population
Русский

Большая идея 3 — Хранение и передача информации: Живые системы хранят, извлекают, передают и реагируют на информацию, необходимую для жизнедеятельности.

Цель обучения 8.3.A: Описать факторы, влияющие на динамику роста популяций.

  • 8.3.A.1 Популяции состоят из отдельных организмов одного вида, которые взаимодействуют друг с другом и со средой обитания сложным образом.
  • 8.3.A.2 Многие адаптации у организмов связаны с получением и использованием энергии и веществ в определенной среде обитания.
    • i. Динамика роста популяции зависит от рождаемости, смертности и численности популяции.
      • Уравнение: Рост популяции — $\dfrac{dN}{dt} = B - D$ где $dt$ = изменение времени; $B$ = рождаемость; $D$ = смертность; $N$ = численность популяции; $dN$ = изменение численности популяции
    • ii. Размножение без ограничений приводит к экспоненциальному росту популяции.
      • Уравнение: Экспоненциальный рост — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N$ где $dt$ = изменение времени; $N$ = численность популяции; $dN$ = изменение численности популяции; $r_{max}$ = максимальная удельная скорость роста популяции

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

A population 种群 is the individuals of one species in an area. Its growth depends on birth, death, immigration, and emigration. Exponential growth 指数增长 ($J$-shaped) happens with unlimited resources; logistic growth 逻辑斯蒂增长 ($S$-shaped) levels off at the carrying capacity 环境容纳量 $K$ – the maximum the environment can sustain – following $\dfrac{dN}{dt}=r_{\max}N\dfrac{K-N}{K}$.

Worked example. A population has $r_{\max}=0.5\ \text{yr}^{-1}$, carrying capacity $K=1000$, and current size $N=400$. Then $\dfrac{dN}{dt}=0.5\times400\times\dfrac{1000-400}{1000}=0.5\times400\times0.6=120$ individuals per year. The $\frac{K-N}{K}$ term is why growth is fastest near $N=K/2$ and slows toward zero as $N$ approaches $K$.

Русский

Популяция — это особи одного вида в определенной местности. Ее рост зависит от рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции. Экспоненциальный рост ($J$-образный) происходит при неограниченных ресурсах; логистический рост ($S$-образный) выходит на плато на уровне емкости среды $K$ — максимального количества, которое среда может поддерживать, согласно $\dfrac{dN}{dt}=r_{\max}N\dfrac{K-N}{K}$.

Рост популяции: лаг-фаза, экспоненциальный рост, затем выход на плато на уровне емкости среды
Рост популяции: лаг-фаза, экспоненциальный рост, затем выход на плато на уровне емкости среды

Разобранный пример. У популяции есть $r_{\max}=0.5\ \text{yr}^{-1}$, емкость среды $K=1000$, и текущий размер $N=400$. Тогда $\dfrac{dN}{dt}=0.5\times400\times\dfrac{1000-400}{1000}=0.5\times400\times0.6=120$ особей в год. Член $\frac{K-N}{K}$ объясняет, почему рост最快的 ближе к $N=K/2$ и замедляется до нуля, когда $N$ приближается к $K$.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Grow a population to carrying capacity · ⁨Вырастите популяцию до ёмкости среды обитания⁩

A population grows fast when small, then slows as it nears its carrying capacity $K$ — logistic growth. Raise the growth rate and watch it level off. · ⁨Популяция быстро растет, когда мала, затем замедляется по мере приближения к своей ёмкости среды обитания $K$ — логистический рост. Увеличьте скорость роста и посмотрите, как она выйдет на плато.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
taxis/ˈtæksiz/ таксис
kinesis/kəˈniːsɪs/ кинезис
nocturnal and diurnal activity/nɒkˈtɜːnl ænd ˈdɪɜːnl ækˈtɪvɪti/ ночной и дневной образ жизни
territorial marking/ˌterɪˈtɔːrɪəl ˈmɑːkɪŋ/ территориальная маркировка
coloration/ˌkʌləˈreɪʃn/ окраска
foraging/ˈfɒrɪdʒɪŋ/ добывание пищи
Life-history strategy/laɪf ˈhɪstəri ˈstrætədʒi/ стратегия жизненного цикла
ecosystems/ˈiːkəʊsɪstəmz/ экосистемы
producers/prəˈdjuːsəz/ производителей
consumers/kənˈsuːməz/ потребителей
food chain/fuːd tʃeɪn/ пищевая цепь
trophic level/ˈtrəʊfɪk ˈlevl/ трофический уровень
population/ˌpɒpjʊˈleɪʃn/ населением
Exponential growth/ˌekspəˈnenʃl ɡrəʊθ/ Показательный рост
logistic growth/ləˈdʒɪstɪk ɡrəʊθ/ логистический рост
carrying capacity/ˈkæriɪŋ kəˈpæsɪti/ ёмкость среды
Density-dependent/ˈdensɪti dɪˈpendənt/ зависящий от плотности
Density-independent/ˈdensɪti ˌɪndɪˈpendənt/ не зависящий от плотности
community/kəˈmjuːnɪti/ сообщество
competition/ˌkɒmpəˈtɪʃn/ конкуренция
predation/prɪˈdeɪʃn/ хищничество
symbiosis/ˌsɪmbaɪˈəʊsɪs/ симбиоз
8.4

Effect of Density on Populations · ⁨Влияние плотности на популяции⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.4.A: Explain how the density of a population affects and is determined by resource availability in the environment.

  • 8.4.A.1 Carrying capacity is the sustainable abundance of a species that can be supported by the ecosystem's total available resources.
  • 8.4.A.2 As limits to growth attributable to density-dependent and density-independent factors are imposed, a logistic growth model typically ensues.
    • Equation: Logistical Growth — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ where $dt$ = change in time; $N$ = population size; $dN$ = change in population size; $r_{max}$ = maximum per capita growth rate of population; $K$ = carrying capacity
Русский

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 8.4.A: Объяснить, как плотность популяции влияет на доступность ресурсов в окружающей среде и определяется ею.

  • 8.4.A.1 Емкость среды (пропускная способность) — это устойчивая численность вида, которую могут обеспечить суммарно доступные ресурсы экосистемы.
  • 8.4.A.2 По мере того, как ограничивающие факторы роста, зависящие от плотности и не зависящие от нее, начинают действовать, обычно возникает логистическая модель роста.
    • Уравнение: Логистический рост — $\dfrac{dN}{dt} = r_{max} N \left( \dfrac{K - N}{K} \right)$ где $dt$ = изменение времени; $N$ = численность популяции; $dN$ = изменение численности популяции; $r_{max}$ = максимальная удельная скорость роста популяции; $K$ = емкость среды

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Some factors depend on crowding, others do not:

  • Density-dependent 密度制约 factors intensify as a population grows – competition, predation, disease.
  • Density-independent 非密度制约 factors act regardless of density – weather, natural disasters.

These factors regulate population size around the carrying capacity.

Русский

Некоторые факторы зависят от скученности, другие — нет:

  • Факторы, зависящие от плотности, усиливаются по мере роста популяции — конкуренция, хищничество, болезни.
  • Факторы, не зависящие от плотности, действуют независимо от плотности — погода, стихийные бедствия.

Эти факторы регулируют численность популяции вокруг емкости среды.

Плотная стадо оленей: плотностно-зависимые факторы, такие как болезни и конкуренция за пищу, усиливаются при росте численности
Плотная стадо оленей: плотностно-зависимые факторы, такие как болезни и конкуренция за пищу, усиливаются при росте численности
8.5

Community Ecology · ⁨Экология сообществ⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 2 — Energetics: Biological systems use energy and molecular building blocks to grow, reproduce, and maintain dynamic homeostasis.

Learning Objective 8.5.A: Describe the structure of a community according to its species composition and diversity.

  • 8.5.A.1 The structure of a community is measured and described in terms of species composition and species diversity.
    • Equation: Simpson's Diversity Index — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ where $n$ = total number of organisms of a particular species; $N$ = total number of organisms of all species

Learning Objective 8.5.B: Explain how interactions within and among populations influence community structure.

  • 8.5.B.1 Communities are groups of interacting populations of different species that change over time based on the interactions between those populations.
  • 8.5.B.2 Interactions among populations determine how they access energy and matter within a community.
  • 8.5.B.3 Relationships among interacting populations can be characterized by positive and negative effects and can be modeled. Examples include predator/prey interactions, cooperation, trophic cascades, and niche partitioning.
  • 8.5.B.4 Competition, predation, and symbioses, including parasitism, mutualism, and commensalism, can drive population dynamics.
Русский

Большая идея 2 — Энергетика: Биологические системы используют энергию и молекулярные строительные блоки для роста, размножения и поддержания динамического гомеостаза.

Цель обучения 8.5.A: Описать структуру сообщества в соответствии с его видовым составом и разнообразием.

  • 8.5.A.1 Структура сообщества измеряется и описывается с помощью видового состава и видового разнообразия.
    • Уравнение: Индекс разнообразия Симпсона — $\text{Diversity Index} = 1 - \sum \left( \dfrac{n}{N} \right)^2$ где $n$ = общее количество организмов определенного вида; $N$ = общее количество организмов всех видов

Цель обучения 8.5.B: Объяснить, как взаимодействия внутри и между популяциями влияют на структуру сообщества.

  • 8.5.B.1 Сообщества — это группы взаимодействующих популяций различных видов, которые изменяются во времени на основе взаимодействий между этими популяциями.
  • 8.5.B.2 Взаимодействия между популяциями определяют, как они получают энергию и вещества внутри сообщества.
  • 8.5.B.3 Отношения между взаимодействующими популяциями могут характеризоваться положительными и отрицательными эффектами и могут быть смоделированы. Примеры включают взаимодействия «хищник/жертва», сотрудничество, трофические каскады и разделение ниш.
  • 8.5.B.4 Конкуренция, хищничество и симбиоз, включая паразитизм, мутуализм и комменсализм, могут определять динамику популяций.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

A community 群落 is all the interacting populations in an area. Key interactions: competition 竞争 (for shared resources), predation 捕食, symbiosis 共生 – mutualism (both benefit), commensalism (one benefits, other unaffected), and parasitism (one benefits, other harmed). These relationships shape which species coexist.

Русский
Анемонная рыба среди щупалец морских анемон — классический мутуализм
Анемонная рыба среди щупалец морских анемон — классический мутуализм

Сообщество — все взаимодействующие популяции в местности. Ключевые взаимодействия: конкуренция (за общие ресурсы), хищничество, симбиоз — мутуализм (обе стороны获益), комменсализм (одна获益, другая unaffected), и паразитизм (одна获益, другая harm). Эти отношения определяют, какие виды сосуществуют.

Пищевая сеть связывает несколько пищевых цепей вместе
Пищевая сеть связывает несколько пищевых цепей вместе
8.6

Biodiversity · ⁨Биоразнообразие⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.6.A: Describe the relationship between ecosystem diversity and its resilience to changes in the environment.

  • 8.6.A.1 Natural and artificial ecosystems with fewer component parts, and with little diversity among the parts, are often less resilient to changes in the environment.
  • 8.6.A.2 Keystone species, producers, and essential abiotic and biotic factors contribute to maintaining the diversity of an ecosystem.

Learning Objective 8.6.B: Explain how the addition or removal of any component of an ecosystem will affect its overall short-term and long-term structure.

  • 8.6.B.1 The effects of keystone species on the ecosystem are disproportionate relative to their abundance in the ecosystem. When they are removed from the ecosystem, it often collapses.
Русский

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 8.6.A: Описать связь между разнообразием экосистем и их устойчивостью к изменениям в окружающей среде.

  • 8.6.A.1 Природные и искусственные экосистемы с меньшим числом составляющих частей и малым разнообразием среди них часто менее устойчивы к изменениям в окружающей среде.
  • 8.6.A.2 Ключевые виды, производители и важные абиотические и биотические факторы способствуют поддержанию разнообразия экосистемы.

Цель обучения 8.6.B: Объяснить, как добавление или удаление любого компонента экосистемы повлияет на ее общую краткосрочную и долгосрочную структуру.

  • 8.6.B.1 Влияние ключевых видов на экосистему непропорционально велико по сравнению с их обилием в ней. При их удалении из экосистемы она часто приходит в упадок.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Biodiversity 生物多样性 is the variety of life – genes, species, and ecosystems. Higher diversity generally makes a community more resilient 有韧性, better able to withstand and recover from disturbance. A keystone species 关键种 has an outsized effect, so losing it can collapse the community.

Русский
Выступ кораллового рифа: высокое биоразнообразие в продуктивной морской экосистеме
Выступ кораллового рифа: высокое биоразнообразие в продуктивной морской экосистеме

Биоразнообразие — разнообразие жизни: генов, видов и экосистем. Более высокое разнообразие обычно делает сообщество более устойчивым, способным противостоять и восстанавливаться после нарушений. Ключевой вид оказывает непропорционально большое влияние, поэтому его потеря может привести к коллапсу сообщества.

Биоразнообразие на трех уровнях: генетическое, видовое и видовое/местобитие
Биоразнообразие на трех уровнях: генетическое, видовое и видовое/местобитие
Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
Biodiversity/ˌbaɪəʊdaɪˈvɜːsɪti/ Биоразнообразие
resilient/rɪˈsɪlɪənt/ устойчивый
keystone species/ˈkiːstəʊn ˈspiːsiːz/ ключевой вид
ecological succession/ˌekəˈlɒdʒɪkl səkˈseʃn/ экологическая сукцессия
8.7

Disruptions in Ecosystems · ⁨Нарушения в экосистемах⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English

Big Idea 1 — Evolution: The process of evolution drives the diversity and unity of life.

Learning Objective 8.7.A: Explain the interaction between the environment and random or preexisting variations in populations.

  • 8.7.A.1 An adaptation is a genetic variation that is favored by selection and manifests as a trait that provides an advantage to an organism in a particular environment.
  • 8.7.A.2 Heterozygote advantage is when the heterozygous genotype has a higher relative fitness than either the homozygous dominant or homozygous recessive genotype.
  • 8.7.A.3 Mutations are not directed by specific environmental pressures.

Big Idea 4 — Systems Interactions: Biological systems interact, and these systems and their interactions exhibit complex properties.

Learning Objective 8.7.B: Explain how invasive species affect ecosystem dynamics.

  • 8.7.B.1 The intentional or unintentional introduction of an invasive species can allow the species to exploit a new niche free of predators or competitors or to outcompete native species for resources.
    • Illustrative examples for 8.7.B.1:
      • Kudzu
      • Zebra mussels

Learning Objective 8.7.C: Describe human activities that lead to changes in ecosystem structure and dynamics.

  • 8.7.C.1 Human impact accelerates changes at local and global levels. These activities can drive changes in ecosystems, such as the following, that cause extinctions to occur:
    • i. Biomagnification
    • ii. Eutrophication
    • Illustrative examples for 8.7.C.1:
      • Dutch elm disease
      • Potato blight

Learning Objective 8.7.D: Explain how geological and meteorological activity leads to changes in ecosystem structure and dynamics.

  • 8.7.D.1 Geological and meteorological events affect habitat change and ecosystem distribution. Biogeographical studies illustrate these changes.
    • Illustrative examples for 8.7.D.1:
      • Global climate change
      • Logging
      • Urbanization
      • Monocropping
      • El Nino
      • Continental drift
      • Meteor impact on dinosaurs
Русский

Большая идея 1 — Эволюция: Процесс эволюции определяет разнообразие и единство жизни.

Цель обучения 8.7.A: Объяснить взаимодействие между средой и случайными или предшествующими вариациями в популяциях.

  • 8.7.A.1 Адаптация — это генетическая вариация, которая поддерживается отбором и проявляется в виде признака, обеспечивающего преимущество организму в определенной среде обитания.
  • 8.7.A.2 Гетерозиготное преимущество — это состояние, при котором гетерозиготный генотип имеет более высокую относительную приспособленность, чем гомозиготный доминантный или гомозиготный рецессивный генотип.
  • 8.7.A.3 Мутации не направлены конкретными факторами окружающей среды.

Большая идея 4 — Взаимодействие систем: Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия проявляют сложные свойства.

Цель обучения 8.7.B: Объяснить, как инвазивные виды влияют на динамику экосистем.

  • 8.7.B.1 Случайное или преднамеренное введение инвазивного вида может позволить виду использовать новую нишу, свободную от хищников или конкурентов, или вытеснять местные виды за ресурсы.
    • Иллюстративные примеры для 8.7.B.1:
      • Кудзу
      • Зебровые мидии

Цель обучения 8.7.C: Описать деятельность человека, приводящую к изменениям в структуре и динамике экосистем.

  • 8.7.C.1 Воздействие человека ускоряет изменения на локальном и глобальном уровнях. Эта деятельность может вызывать изменения в экосистемах, такие как следующие, приводящие к вымиранию:
    • i. Биомагнитификация (биоаккумуляция токсичных веществ)
    • ii. Эвтрофикация
    • Иллюстративные примеры для 8.7.C.1:
      • Болезнь голландской ивы
      • Фитофтороз картофеля

Цель обучения 8.7.D: Объяснить, как геологическая и метеорологическая активность приводит к изменениям в структуре и динамике экосистем.

  • 8.7.D.1 Геологические и метеорологические события влияют на изменение мест обитания и распространение экосистем. Биогеографические исследования иллюстрируют эти изменения.
    • *Иллюстративные примеры для 8.7.D.1:
      • Глобальное изменение климата
      • Лесозаготовка
      • Урбанизация
      • Монокультура
      • ЭЛЬ-НИНЬО
      • Дрейф континентов
      • Влияние метеорита на динозавров

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Источник: Описание курса и экзамена College Board AP⁩

English

Ecosystems change from natural and human causes – climate shifts, invasive species, habitat loss, and pollution. A disturbance can trigger ecological succession 生态演替 (the community rebuilds over time). Because species are interconnected, a change to one – especially a keystone or a trophic level – can ripple through the whole ecosystem.

Русский
Обезлесенный ландшафт — потеря среды обитания является крупным нарушением экосистем
Обезлесенный ландшафт — потеря среды обитания является крупным нарушением экосистем

Экосистемы изменяются из-за естественных и антропогенных причин — климатические сдвиги, инвазивные виды, потеря среды обитания и загрязнение. Нарушение может запустить экологическую сукцессию (восстановление сообщества со временем). Поскольку виды взаимосвязаны, изменение одного из них — особенно ключевого вида или трофического уровня — может вызвать каскадные эффекты во всей экосистеме.

Вырубка лесов снижает биоразнообразие и вызывает эрозию, наводнения и повышение CO2
Вырубка лесов снижает биоразнообразие и вызывает эрозию, наводнения и повышение CO2
8.7

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩
English
  • Apply the 10% rule: about 90% of energy is lost at each trophic level, so food chains are short.
  • Distinguish exponential ($J$) from logistic ($S$) growth; the latter levels off at the carrying capacity ($\frac{dN}{dt}=r_{\max}N\frac{K-N}{K}$).
  • Separate density-dependent (competition, disease, predation) from density-independent (weather) limiting factors.
  • Name community interactions (competition, predation, symbiosis) and the effect of a keystone species.
  • Explain how disturbing one species — especially a keystone or a whole trophic level — ripples through the ecosystem.
Русский
  • Примените правило 10%: около 90% энергии теряется на каждом трофическом уровне, поэтому пищевые цепи короткие.
  • Различайте экспоненциальный ($J$) и логистический ($S$) рост; последний выходит на плато на уровне емкости среды ($\frac{dN}{dt}=r_{\max}N\frac{K-N}{K}$).
  • Различать зависимые от плотности (конкуренция, болезни, хищничество) и независимые от плотности (погода) лимитирующие факторы.
  • Называть взаимодействия в сообществе (конкуренция, хищничество, симбиоз) и описывать эффект ключевого вида.
  • Объяснять, как нарушение одного вида — особенно ключевого или целого трофического уровня — вызывает каскадные изменения во всей экосистеме.

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in AP Biology · ⁨AP Биология⁩ · ⁨Больше тем в AP Biology · ⁨AP Биология⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP