Экосистемы и биогеоценозы на ЕГЭ по биологии, разбор темы

Мать одиннадцатиклассницы до сих пор помнит август 1989 года в Геленджике. Ей было восемь, вода у берега стояла мутная, как разведенный кисель, и в ладонях вместо медуз оказывались прозрачные комки, которые не жглись и расползались между пальцами. Отец сказал тогда, что море заболело. Медузы жгутся, а у гребневиков стрекательных клеток нет, и комки были именно гребневиком мнемиопсисом, вселенцем с атлантического побережья Северной Америки, и в тот год, по оценке Института океанологии, его масса в Черном море подошла к миллиарду тонн. Теперь дочь готовится к ЕГЭ по биологии, и раздел об экосистемах в ее сборнике мать читает с неожиданным интересом.

История Черного моря за последние сто с небольшим лет вообще похожа на длинную задачу по экологии. В ней есть граница, ниже которой живут одни бактерии, есть луг водорослей размером с небольшую страну, есть рыба, которую объел пришелец, и есть второй пришелец, который навел порядок.

1890 год, вода с запахом тухлых яиц

В 1890 году глубоководная экспедиция взяла пробы с больших глубин Черного моря, и геолог Николай Андрусов в научном отчете впервые дал цифры о сероводороде, который в них нашли. Позже границу измерили точнее. В центре моря сероводород появляется на глубине от 80 до 110 метров, у краев глубоководной впадины на 160 или даже 250 метрах. Море местами глубже двух километров, а рыба, водоросли и рачки живут только в верхнем слое.

Ниже границы работают одни бактерии. Органическое вещество, отмершие клетки и остатки животных, медленно опускается сверху, и там, где кислорода нет, бактерии разлагают его, восстанавливая сульфаты морской воды. Сероводород и есть продукт этой работы. А на самой границе, где он встречается с кислородом, живут другие бактерии, которые окисляют его и на полученной энергии строят органику без всякого света. Это хемосинтез, и в Черном море он идет прямо под слоем, где плавают отдыхающие.

Начало XX века, поле Зернова

Зоолог Сергей Зернов в начале прошлого века описал на северо-западном мелководье моря огромный подводный луг красной водоросли филлофоры. Поле заняло около 11 тысяч квадратных километров, а запасы водоросли позже оценивали в 5 или даже 10 миллионов тонн. В зарослях держались моллюски, ракообразные, рыба, и вся эта жизнь стояла на одной водоросли, которой хватало света на глубине.

Во второй половине века реки понесли на шельф все больше азота и фосфора с полей и из городов. Мелкие водоросли в толще воды стали цвести, вода помутнела, и света у дна поубавилось. Когда цветение заканчивалось, отмершая масса опускалась и разлагалась, забирая кислород у придонного слоя. Начались заморы, гибель донных животных, а тралы и драги, которыми добывали мидий, взмучивали ил. К концу века поле Зернова почти исчезло. Примерно в те же годы в море резко прибавилось медузы аурелии, которой лишний планктон пришелся кстати.

1982 год, Судакская бухта

Незнакомого гребневика впервые заметили в 1982 году у берегов Крыма, в Судакской бухте, но всерьез о находке заговорили позже, и статья гидробиолога Переладова с ее описанием вышла только в 1988 году. Скорее всего, его привезли суда в балластной воде, набранной где-то у северо-западного побережья Атлантики. Мнемиопсис гермафродит и может оплодотворять себя сам. Размножаться он начинает при прогреве воды до 23 градусов, зиму пережидает ниже холодного слоя, где теплее 4 градусов, и ест почти любой зоопланктон, а вместе с ним икру и личинок рыб.

Тело у него студенистое, с двумя широкими лопастями, которыми он загоняет добычу ко рту, а по бокам тянутся ряды гребных пластинок. На солнце они переливаются, и в воде гребневик кажется подсвеченным изнутри.

Дома, у берегов Америки, численность гребневика сдерживают хищники. В Черном море их не нашлось, и несколько лет он жил у берегов незаметно.

Осень 1988 года, по всему морю

С осени 1988 года мнемиопсис расселился по всему морю, а в августе того же года его впервые нашли и в Азовском. Пик пришелся на осень 1989 года. Как раз тогда отдыхающие в Геленджике и Анапе обнаружили, что плавают в слизи. С 1990 по 1992 год из планктона практически пропали несколько видов веслоногих рачков и щетинкочелюстная сагитта, а вместе с ними исчезала еда для рыбы.

Хамса, которой не стало

Хамса, черноморский анчоус, летом нагуливается на северо-западе моря, а зимовать уходит к берегам Кавказа и Анатолии, где ее и ловили основные флоты. Ест она тот же зоопланктон, что и гребневик. В 1984 и 1988 годах общий улов хамсы по данным ФАО превышал 500 тысяч тонн, и в 1988 году она давала больше 60 процентов всего черноморского улова. После промысла того года нерестовый запас 1989 года составил около 15 процентов прошлогоднего. Советский улов хамсы упал до 64 тысяч тонн в 1989 году и до 29 тысяч в 1990-м, а осенний промысел азовской хамсы в Керченском проливе на три сезона, с 1989 по 1991 год, пришлось остановить.

Ихтиолог Алексей Чащин, разбиравший этот обвал, видел в нем две причины. Сначала хамсу годами вылавливали сверх меры, а потом на ослабленную популяцию пришелся гребневик, который отнимал у нее корм и ел ее икру. Без перелова удар был бы мягче, без гребневика промысел, вероятно, восстановился бы быстрее.

1997 и 1999 годы, берое

Врага для мнемиопсиса ученые обсуждали несколько лет. Подходящим считали другого североамериканского гребневика, берое, который питается только гребневиками. Выпускать его не решились, и он пришел сам. В 1997 году первые особи заметили у Геленджика и у берегов Болгарии. Две теплые зимы подряд и жаркое лето 1999 года дали ему размножиться.

В 1999 году сотрудники Института океанологии считали гребневиков в Голубой бухте под Геленджиком. Численность мнемиопсиса там упала примерно в семь раз, а его биомасса была вдвое меньше биомассы берое. В планктоне снова прибавилось рачков, в море стало больше мелкой ставриды и молоди других рыб. Берое ест только гребневиков, поэтому вслед за добычей падает и его собственная численность, и уничтожить мнемиопсиса до последней особи он не может.

В том же 1999 году мнемиопсис добрался по Волго-Донскому каналу до Каспия, где берое не было, и история началась там заново.

Что спрашивают на ЕГЭ

ЕГЭ по биологии 2027 года по проекту ФИПИ состоит из 28 заданий, на работу отводится 235 минут, максимум 57 первичных баллов. Экосистемам в плане отведены три линии. Задание 18 базового уровня, множественный выбор без рисунка, 2 балла. Задание 19 повышенного уровня, соответствие по эволюции и экосистемам, тоже 2 балла. Задание 26 высокого уровня стоит в 2027 году 4 балла вместо прежних трех и просит применить знания в новой ситуации. Кроме того, задание 3 за 1 балл иногда дает расчет по трофической цепи.

Биогеоценозом в школьном курсе называют однородный участок суши или водоема, где сообщество живых организмов и неживая среда связаны обменом веществ и энергии. Слово «экосистема» ввел англичанин Артур Тенсли в 1935 году, термин «биогеоценоз» предложил Владимир Сукачев в начале 1940-х, и на экзамене их нельзя считать синонимами. Понятие экосистемы шире. Капля пруда, аквариум и целое Черное море тоже экосистемы, а биогеоценоз всегда привязан к определенному природному участку. На этой разнице строятся утверждения в задании 18.

Почти все остальное, что проверяют три линии, уже было в этой истории. Филлофора и фитопланктон в ней продуценты, рачки консументы первого порядка, хамса и мнемиопсис второго, дельфины и пеламида, которые едят хамсу, третьего. Бактерии на глубине разрушают органику, а на границе сероводорода синтезируют ее хемосинтезом. Хамса и мнемиопсис конкурируют за пищу, берое с мнемиопсисом связаны как хищник и жертва. Еще одно утверждение из задания 18 встречается почти в каждом сборнике. Вещества в экосистеме ходят по кругу, а энергия течет в одну сторону. Свет солнца входит в черноморскую цепь через фитопланктон и на каждом уровне частью уходит теплом, назад ее никто не вернет. Сера, азот и фосфор, наоборот, возвращаются в воду, и бактерии на глубине делают это не хуже грибов в лесной подстилке.

Вид, попавший в экосистему без своих врагов, снижает ее устойчивость, а возвращение хищника включает саморегуляцию.

В задаче на правило десяти процентов на следующий уровень цепи переходит около десятой части энергии. Если рачки за сезон накопили 100 000 килоджоулей, хамса из них получит около 10 000, а дельфин около 1000. Гребневик, съедающий тех же рачков, забирает свою долю прямо из середины цепи, и рыбе остается еще меньше.

Задание 26 любит как раз такие сюжеты, вселенца, исчезнувшего хищника, удобрения в реке. Ответ на них собирается из звеньев цепи. Берое ест мнемиопсиса, давление на зоопланктон падает, корма для хамсы становится больше, икру и личинок едят реже, и численность рыбы растет.

Минимальный порог Рособрнадзора по биологии 36 тестовых баллов. Заявление на ЕГЭ подают до 1 февраля включительно.

Как готовиться

На тему уходит неделя, если заниматься через день. В первый вечер на листе рисуется разрез Черного моря с границей сероводорода, филлофорой на шельфе и стрелками от фитопланктона к рачкам, от рачков к хамсе и дальше к дельфину. Во второй на ту же схему добавляются мнемиопсис и берое, и рядом подписываются типы связей: конкуренция, хищничество, разложение. Третий и четвертый вечер отдаются заданиям 18 и 19. В задании 19 бывает нужно соотнести организм с функциональной группой, и тут помогает схема, где у каждого обитателя моря уже подписано, продуцент он, консумент или редуцент. Задания берутся из открытого банка ФИПИ, по десятку за раз, и каждая ошибка выписывается на поля схемы. В конце недели стоит взять одно задание 26 про вселенца и проговорить ответ вслух по звеньям.

Если ошибок по экосистемам уже мало, остаток времени лучше уделить биосфере и круговоротам, они стоят в тех же строках плана.

Для родительского чата хватит одной фразы. Экосистемы на ЕГЭ по биологии проверяют задания 18, 19 и 26, и почти любой вопрос там решается, если ребенок умеет нарисовать цепь питания и показать, что случится с ней без одного звена.

Разобраться, какие темы второй части у вашего выпускника уже получаются, можно на бесплатной консультации с методистом на classicum.ru. Курс по биологии идет онлайн в малых группах.

Частые вопросы про экосистемы на ЕГЭ