Основные экологические характеристики популяции динамика популяций. Понятие о популяции и ее основные групповые характеристики

1.1 Что такое популяция, состав, структура.

1.2 Свойства популяции.

1.3 Демографические характеристики. Плотность. Численность.

Популяцией называют группу осо­бей одного вида, обладающих способностью свободно скре­щиваться и достаточно долго поддерживать свое суще­ствование в данном местообитании.

Устойчивое существование различных видов животных и растений требует наличия определенных экологических ус­ловий и нужных ресурсов. При перемещении из одной мест­ности в другую и условия, и ресурсы могут меняться; при­чем эти изменения происходят не согласованно. Не­которые факторы могут меняться плавно (например, темпе­ратура при продвижении с юга на север), вовсе не меняться (например, содержание диоксида углерода в воздухе) или меняться скачкообразно (как это, например, происходит с изменениями состава и структуры почв). Все это приводит к тому, что подходящие для того или иного вида местообитания формируются в пространстве как бы в виде отдельных островков. Виды заселяют эти местообитания - «остров­ки» своими популяциями.

Следовательно, виды распространены не равномер­но, а отдельными группами особей - популяциями . Особи популяции, размножаясь, осваивают подходящие местооби­тания. Популяции одного и того же вида могут быть отделены друг от друга четкими границами. Для водных организмов, как правило, границы проходят по бере­говым линиям водоемов. У некоторых видов, границы между популяциями нечеткие, размытые, например, у видов растений и животных, обитающих в наземно-воздушной среде и имеющих широкое географическое распростра­нение. Примером могут служить серая ворона, или заяц-русак, т.к. они встречаются в различных местообитаниях.

Каждая популяция имеет определенное строение - структуру. Структура популяции проявляется в опре­деленном количественном соотношении особей разно­го возраста, пола и размера. Различают возрастную, половую, размерную, генетическую структуры.

В популяции любого вида растений или животных обнаруживаются разные возрастные группы особей.

Условно в популяции можно выделить три экологиче­ские группы: юные (пререпродуктивная), зрелые (репродуктивная), старики (пострепродуктивная).

Пререпродуктивная - группа особей, возраст которых не достиг способности воспроизведения;

репродуктивная - группа, воспро­изводящая новые особи;

пострепродуктивная - особи, утратившие способность участвовать в воспроизведе­нии новых поколений.

Какие группировки образуют животные и как они распреде­ляются в пространстве?

Особи в популяции могут жить по одиночке

могут образовывать группы – семьи

Семья - простейшая постоянная группировка осо­бей, которая после сезона размножения может распа­даться, а может состоять из родителей и потомков нескольких поколений: кланы у гиеновых собак, прайды у львов, стада многих приматов. Китообразные, копытные, приматы живут, как правило, стадами.

стаи

стада

или представлены колониями.

Стадо представляет собой группу животных одного вида, которые сохраняют близость друг к другу, одинаково ведут себя. Размеры стада и его состав по возрасту и полу изменчивы во времени. Стада китов, обезьян включают десятки животных, стада северных оленей, сайгаков, гну образуют сотни и тысячи особей. О появлении хищника, наличии пи­щи, безопасной тропе к водопою, убежищу животные в стаде узнают по поведению вожака стада или по поведению соседей. Стая - временная подвижная группировка особей, насекомых, рыб, птиц. Стаи таких оседлых птиц, как синицы, занимают постоянную территорию и имеют иерархическую структуру. Стая волков состоит из 5-10, самое большее из 22 особей, которые включают моногамные пары и несколько поколений их потом­ства. Стаю объединяет единая территория обитания, где они совместно охотятся. Отдельные особи, семьи и иные группировки особей активно рассредоточиваются в пространстве, исполь­зуя разнообразные способы маркировки и защиты территории.

Рассмотрим, как стадо павианов встречает на границе своих владений стадо соседей. Самцы боевого возраста выдвигаются вперед, образуя развернутый полумесяцем строй, останавливаются и принимают позы угрозы. Также поступают соседи. Иерархи про­ходят сквозь строй и медленно приближаются к гра­нице, вглядываясь в иерархов другого стада, идущих навстречу. Если встреча произошла на границе и тер­ритория не нарушена, а стадо знакомое, иерархи, узнав друг друга, сходятся и обнимаются. После этого могут встретиться и более молодые самцы. Стадо павианов насчитывает несколько десятков голов. Когда павианы переходят с места на место, они идут в определенном порядке, который можно назвать походным строем. В середине стада идут ста­рые самцы - доминанты. Из такого положения им удобно обозревать стадо и управлять им. Одновремен­но это и самое безопасное место в стаде в случае неожиданного нападения хищника.

Около самцов-доминантов идут молодые самки, самки, несущие детенышей младшего возраста, и несамостоя­тельные детеныши. С одной стороны, это позволяет за ними следить, а с другой - это самое безопасное место. По окраине ядра стада располагается молодежь. Впе­реди стада, на расстоянии видимости, развернутой цепью идут самцы второго ранга. Впереди идущие особи занимают наиболее опасное место. Столкнувшись с умеренно сильным хищником, они развертываются полумесяцем и стремятся задержать его, а стадо в это время убегает. Хищники предпочитают не связываться с самцами, которые довольно сильны даже поодиночке, а тем более, когда действуют сообща.

Позади стада, тоже на расстоянии видимости, идут самцы третьего иерархического ранга, для иерархов не опасные. Если стадо идет по пересеченной местно­сти и обзор недостаточен, оно может выделять одну или две группы особей для охраны стада с боков.

Система сигналов позволяет животным найти брач­ного партнера, защитить свою территорию, обеспе­чить выживание потомства. Самцы многих копытных животных в период гона захватывают и охраняют определенные участки. У благородных оленей терри­ториальный раздел между самцами как бы накла­дывается на существующее длительное время деление территории между группами самок с молодняком. Своим ревом, запа­хом выделений пахучих желез и мочи на земле, метками на коре деревьев, наносимыми рогами, самцы сигнализируют друг другу о занятости места, а в случае необхо­димости вступают с соперником в поединок Олени, не захва­тившие своего участка, не имеют и гарема самок. Тем самым число самцов, участвующих в размноже­нии, оказывается ограниченным.

Ядовитые змеи при территори­альной стычке вытягиваются, встают, раскачиваются, толкают друг друга, но никогда не только не кусают, но даже не демонстри­руют оружия. Хорошо вооружен­ные животные могут долго угро­жать друг другу, а когда один из них устанет, он резко меняет позу, подставляя противнику для удара самое незащищенное место. У про­тивника запрет срабатывает как удар током: весь его гневный пыл ис­паряется и он прячет оружие. «Кто больше тебя, тот сильнее тебя».

Люди долгое время думали, что птицы поют для удовольствия человека. Теперь мы знаем: пение птиц - это разговорный язык, способ обозначить свою террито­рию, привлечь внимание самки. Территориальным звуковым сиг­налом является крик петуха.

При распределении территории, при агрессивной стычке животное, оценившее противника как более крупного, признает психологическое поражение, и дальнейшей борьбы может не быть - один уступает другому. Если же дело доходит до борьбы, то у очень многих видов цель одна - унизить противника: повалить или бросить на землю. Паде­ние иногда сопровождется физической травмой, но может быть и совершенно безболезненным, как у роняющих друг друга змей. Все равно это поражение и проигравший уступает.

Проигравший в споре «складывает оружие» (шипы, хохлы, зубы, рога), прячет их, чтобы не пугать побе­дителя. Многие животные падают и переворачиваются брюхом вверх.

Многие виды животных так вооружены, что стыч­ка между соперниками закончилась бы смертью одно­го из них или обоих. Поэтому у животных возникли такие формы поведения, которые получили название инстинктивных запретов, или естественной морали: в поведении животных наблюдаются врожденные запреты: «не убий», «не бей лежащего», т.е. соперни­ка, который принял позу покорности, не трогать де­тенышей, не покушаться на чужую территорию, чужое гнездо, чужую самку, не нападать неожиданно или сзади, не отнимать пищу, не воровать ее. Такие запреты получили название биологической морали.

А какова судьба особей, которые не смогли удер­жать за собой территорию? Их удел - оставаться одинокими, они не включаются в процесс размноже­ния и быстрее умирают, чем их более удачливые собратья по популяции.

Особую роль в стаде занимают старые особи. Окру­женный восторженно взирающими на него детенышами старик-павиан показывает, как рыться в земле, раз­дирать гнилые пни, переворачивать камни, раскалы­вать орехи, докапываться до воды и делать многое другое, чему его учили в детстве и что он постиг сам за долгую жизнь.

У стадных животных особую роль играют отноше­ния мать - дитя. Рождение детеныша, забота о нем у многих животных является серьезной проблемой. Чтобы новорожденный олененок хорошо запомнил мать, самка во время отела уединяется. Первая нить, связывающая мать и детеныша, - запах теленка. Мать вылизывает малыша, ее привлекает запах око­лоплодной жидкости. Мать и теленок одни. Мать кри­чит часа два, потом смолкает. И теперь в стаде теле­нок уверенно отличает голос матери от голоса других оленей. Олененок наделен врожденной реакцией двигаться к большому темному предмету, т.е. к мате­ри. Оказавшись под матерью, он вскидывает голову. Эта реакция помогает найти вымя. Мать лижет олененка, и он старается стоять к матери головой. Ни одно движение матери и олененка не является случайным.

В чем же главная функция популяции? Только популяция может неустанно воспроизводить новые поколения вида в условиях конкретной экосистемы. Особи разного пола популяций одного вида находят друг друга, а особи близких видов репродуктивно изо­лированы и не могут скрещиваться между собой (рис.7).

Основные свойства популяций:

Самовоспроизводство. Популяции способны неограниченно долго поддерживать свое существование в дан­ном местообитании и быть устойчивыми группировками особей данного вида во времени и пространстве. К стайке рыб или воробьев не применим термин «популяция», поскольку они могут легко распадаться под влиянием внеш­них факторов или смешиваться с другими и не способны устойчиво воспроизводить сами себя. Крупные группы, обладают основными свойствами вида и представлены всеми категориями сла­гающих его особей, например, все особи окуня в озере или все сосны в лесном массиве.

Наследственность обеспечивает взаимосвязь поколений в популяции.

Изменчивость. Комплекс условий в различных местообита­ниях не одинаков. Под влиянием разных условий в отдельных популяциях могут возникать и накап­ливаться свойства, отличающие их друг от друга, что проявляется в небольших отклонениях строения организ­мов, принадлежащих к разным популяциям, их физиологи­ческих показателях и других характеристиках.

Таким об­разом, популяции, как и отдельные организмы, обладают изменчивостью.

Изменчивость, важнейший фактор эволюции. Популяционная изменчивость повыша­ет внутреннее разнообразие вида, что, повы­шает устойчивость вида к локальным (местным) изменени­ям условий жизни, позволяет ему проникать и закреплять­ся в новых для себя условиях и районах. Из чего следует, что существование в форме популяций обогащает вид, обес­печивает его целостность и саморегуляцию основных видовых свойств. Именно благодаря функционированию популяций создаются усло­вия, способствующие поддержанию жизни.

Демографические показатели. Популяционные характеристики - обилие, рождаемость, смертность, воз­растной состав, называются демографическими показате­лями. Знание их очень важно для понимания законов, управляющих жизнью популяций и прогнозирования проис­ходящих в них постоянных изменений.

Изучение демографических показателей имеет большое практическое значение, например, чтобы правильно планировать интенсивность рубок при заготовках древесины очень важно знать скорость восстановления леса. Некоторые популяции животных используются для получения ценного пищевого или пушного сырья. Изучение других важно с медико-санитарной точки зрения, например, популяций мелких грызунов, среди которых циркулируют возбудители опасных для человека заболеваний.

Прежде всего, нас интересуют изме­нения как популяции в целом, так и причины и скорость этих изменений, что в свою очередь обеспечит возможность предсказания изменений, их регулирование, например, снижение числен­ности вредителей сельскохозяйственных угодий.

Измерением плотности пользуются и в тех случа­ях, когда, важнее знать не общую численность популяции в тот или иной момент времени, а ее динамику, то есть ход из­менений численности во времени. Численность популяции – это все особи в популяции.

Индекс численности. Мерой обилия могут также являть­ся и показатели, отнесенные не к единице пространства, а к единице времени, например число птиц, отмеченных в тече­ние часа, или количество рыб, выловленных за сутки. По сути, эти показатели отличаются от плотности лишь раз­мерностью. И те и другие являются относительными пока­зателями и называются индексами численности.

Плотности популяций разных представителей млекопи­тающих могут различаться в десятки тысяч раз. Однако у животных, потребляющих сходный тип пищи, различия в плотностях много меньше. Чем более удалена популяция от первичного источника органической пищи, тем ниже ее плотность. Т.о. плотность популяции - это количество особей на единицу площади.

Экологическая рождаемость дает представление о скоро­сти возрастания численности, то есть активности размноже­ния популяции при фактически сложившихся условиях жизни. В общем, для видов, которые не заботятся о потом­стве, характерна высокая потенциальная и низкая эколо­гическая рождаемость. Так, например, взрослая самка трес­ки выметывает миллионы икринок, из которых в среднем доживают до взрослого состояния лишь 2 особи.

Смертность. Если проследить судьбу некоторой группы особей, родившихся в одно и то же время, легко обнару­жить, что их численность в течение жизни непрерывно сни­жается в результате отмирания части особей. Скорость про­цесса снижения численности популяции характеризуется показателем, называемым смертностью. Смертность ха­рактеризует процессы сокращения численности в отдель­ных популяционных подгруппах (например, только среди самцов или только среди самок) или же в популяции в це­лом.

Смертность организмов проявляется даже тогда, когда условия жизни вполне благоприятны. В этих случаях гово­рят о минимальной смертности. Ее природа связана с де­фектами физиологического развития, приводящими к гибе­ли отдельных организмов. В конкретных экологических ус­ловиях смертность, как правило, выше минимального уров­ня, так как влияния внешних факторов (хищничество, отсутствие достаточного количества корма, загрязненность среды и другие) создают дополнительные причины гибели организмов.

В определенной мере показатель смертности противопо­ложен рождаемости. Однако смертность, как и рождае­мость, выражают числом особей, погибших за данный пери­од времени, но чаще - в виде относительной (или удельной) величины. Удельным показателем смертности является процент особей, погибших в единичный отрезок времени, или их доля от начальной численности группы. У большинства организмов интенсивность смертности меняется в течение жизни. Как правило, она высока на ранних стадиях своего развития, затем снижается и вновь возрастает к старости.

Возрастная структура популяции характеризует общее коли­чество представленных в ней возрастных групп и соотноше­ние их численности или общей массы присутствующих в группе организмов (биомассы). Такое соотношение называют обычно возрастным распределением (то есть распределением численности по возрастным группам) или возрастным спек­тром популяции. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они контролируют процессы и рождаемости, и смертности.

Анализ возрастной структуры популяций и выделение возрастных групп у растений и животных производится по разному. По возрастному спектру оцениваются способность по­пуляции к самоподдержанию численности и ее устойчи­вость к внешним воздействиям. Чем сложнее возрастной спектр, тем устойчивее воспроизводство популяции. Анализ возрастной структуры позволяет прогнозировать численность популяции на ряд ближайших лет, что приме­няется, к примеру, для оценки возможностей промысла ры­бы в охотничьем хозяйстве, в некоторых зоологических ис­следованиях.

Особенностями возрастной структуры определяются мно­гие свойства популяции как системы. Популяция, вклю­чающая в себя множество возрастных групп, в меньшей сте­пени подвержена влиянию факторов, определяющих ус­пешность размножения. Ведь даже крайне неблагоприят­ные условия размножения, способные приводить к полной гибели приплода того или иного года, не являются катаст­рофическими для популяции сложной структуры.

Жизнь популяции проявляет­ся в ее динамике. Популяция не может существовать без по­стоянных изменений, за счет которых она как бы приспо­сабливается к изменениям внешних условий.

В ходе эволюции различные виды живых организмов об­ретают различные свойства. Некоторые из них приспособ­лены к существованию в суровых, но стабильных условиях, например в пустынях, полупустынях, тундрах. Примером могут служить такие растения, как обитающие в пустын­ных зонах саксаул и тамариск или населяющие тундры не­которые виды мхов.

Видовые свойства организмов, обитающих в таких усло­виях, находят отражение и в свойствах их популяций. Про­цессы поддержания численности и структуры популяций этих видов (процессы воспроизводства) обретают высокую чувствительность к нарушениям экологических условий. Они становятся легко уязвимы к возрастающему воздейст­вию человека и трудно поддаются восстановлению.

Другие виды, обитающие в зонах умеренного климата, в особенности популяции однолетних животных (большинст­во насекомых) и растений (некоторые виды трав), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Ко­лебания их численности характеризуются широким разма­хом. В годы минимального и максимального обилия чис­ленность таких популяций может различаться в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз.

Рост популяций. На первый взгляд ясно, что характер динамики численности различных видов организмов в по­пуляции должен быть связан с демографическими показа­телями, которые также формируются в процессе эволюции и отражают условия жизни вида в конкретном местообита­нии. Тем не менее, несмотря на то, что и рождаемость, и смертность, и возрастная структура очень важны, ни по од­ному из этих показателей нельзя судить о свойствах дина­мики популяции в целом.

В определенной мере эти свойства раскрывает процесс роста популяции, который характеризует ее способности к восстановлению численности после перенесенной катастро­фы или к наращиванию численности при заселении орга­низмами свободных экологических ниш.

Колебания численности популяций. Когда рост популя­ции завершается, ее численность начинает колебаться (по сравнению с более или менее постоянной величиной). Это явление вызывают различные факторы. Сам процесс дина­мики популяции при этом может также проявляться по-разному.

У многих видов животных и растений колебания числен­ности популяций бывают вызваны сезонными изменениями условий жизни (температуры, влажности, освещенности, пищевой обеспеченности и др.). Примеры сезонных колеба­ний численности популяций демонстрируют - тучи комаров, полные птиц леса, заросшие васильками поля - в теплое время года, в зимний период эти явления практически сведены на нет.

Наибольший интерес, представляют колеба­ния численности популяций, которые происходят из года в год. Их называют межгодовые в отличие от внутригодовых, или сезонных. Межгодовая динамика численности популяций может иметь различный характер и проявляться в форме плавных волн изменений (численно­сти, биомассы, популяционной структуры) или в форме час­тых скачкообразных изменений.

И в том и в другом случаях эти изменения могут быть ре­гулярными, то есть циклическими, или нерегулярными - хаотическими. Первые в отличие от вторых содержат в себе элементы, повторяющиеся через равные промежутки вре­мени (например, через каждые 10 лет численность популя­ции достигает определенной максимальной величины).

Наблюдаемые из года в год колебания численности неко­торых видов птиц (например, городского воробья) или рыб (уклейка, ряпушка, бычки и др.) дают пример нерегуляр­ных изменений величины популяции, связанных, как пра­вило, с изменениями климатических условий или же с из­менениями загрязненности среды обитания веществами, оказывающими губительное воздействие на организмы.

К наиболее известным примерам циклических колеба­ний можно отнести совместные колебания численности не­которых видов северных млекопитающих. Например, цик­лы трех- и четырехлетней периодичности характерны для многих северных мышевидных грызунов (мышей, полевок, леммингов) и их хищников (полярной совы, песцов), а так­же зайцев и рысей.

В Европе лемминги порой достигают такой высокой плотности, что начинают мигрировать из своих перенасе­ленных местообитаний. И у леммингов, и у саранчи не каждый случай нарастания численности сопровождается миграцией.

Иногда циклические колебания численности популяций можно объяснить сложными взаимодействиями между по­пуляциями различных видов животных и растений в сооб­ществах.

Рассмотрим в качестве примера колебания чис­ленности некоторых видов насекомых в европейских лесах, например бабочек сосновой пяденицы и лиственничной лис­товертки (рис. 24), личинки которых питаются листьями деревьев. Пики численности повторяются у них примерно через 4-10 лет.

Колебания численности этих видов опреде­ляются и динамикой биомассы деревьев, и колебаниями численности птиц, питающихся насекомыми. По мере воз­растания биомассы деревьев в лесу наиболее крупные и ста­рые деревья становятся восприимчивыми к гусеницам лис­товертки почкоеда и нередко погибают от повторяющейся дефолиации (исчезновения листьев).

Отмирание и разложение древесины возвращает в лес­ную почву питательные вещества. Их используют для сво­его развития молодые деревья, менее чувствительные к на­падению насекомых. Росту молодых деревьев способствует также увеличение освещенности из-за гибели старых де­ревьев с большими кронами. Тем временем птицы уменьша­ют численность листовертки-почкоеда. Однако в результате роста деревьев она (численность) вновь начинает увеличи­ваться и процесс повторяется.

Если рассматривать существование хвойных лесов в больших промежутках времени, то становится ясно, что листовертка периодически как бы омолаживает экосистему хвойного леса, представляет собой неотъемлемую ее часть. Поэтому возрастание численности этой бабочки не пред­ставляет собой катастрофу, как это может показаться вся­кому, кто видит мертвые и умирающие деревья на опреде­ленной стадии цикла.

Причинами резких колебаний численности некоторых популяций могут быть различные абиотические и биотиче­ские факторы. Иногда эти колебания хорошо согласуются с изменениями климатических условий. Однако в ряде слу­чаев влиянием внешних факторов невозможно объяснить изменения численности той или иной популяции. Причи­ны, вызывающие колебания численности популяций, могут заключаться в них самих; тогда говорят о внутренних фак­торах популяционной динамики.

Регуляция численности популяции. Под регуляцией чис­ленности понимается способность популяции к самовосста­новлению числа ее особей до своей обычной величины, оп­ределяемой условиями и ресурсами ее экологической ниши. Эта способность обеспечивается системой механизмов, кото­рые как бы автоматически срабатывают, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Регуляторные механизмы могут иметь характер поведенческих, демографических, физиологиче­ских реакций организмов на изменение их плотности.

Известны случаи, когда в условиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят резкие изменения физиологи­ческого состояния. Такие изменения, прежде всего, затраги­вают органы нейроэндокринной системы, сказываясь на по­ведении животных, изменяя их устойчивость к заболевани­ям и другим видам стресса. Иногда это приводит к повышенной смертности особей, а потом - к снижению плотности популяции. Зайцы-беляки, например, в периоды пика численности часто внезапно по­гибают от «шоковой болезни». У некоторых видов рыб при высоком обилии особей взрослые переходят на питание сво­ей молодью, в результате чего численность популяции на­чинает снижаться.

Не следует думать, что наличие регуляторных механизмов должно всегда стабилизировать численность. В некоторых слу­чаях их действие способно приводить к циклическим колеба­ниям численности даже при постоянных условиях жизни. Следы проявления различных действий регуляторных факторов довольно часто обнаруживаются в динамике попу­ляций, для которых свойственны циклические колебания численности.

Видовые популяции - основные функциональные еди­ницы живой природы. Они являются элементами сооб­ществ, экосистем, участвуя в основных процессах транс­формации вещества и переноса энергии.

Популяции обладают характерными показателями, при­сущими только им, например, структура, плот­ность, численность, рождаемость, смертность. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность оп­ределяет структуру, рождаемость - плотность и т. д.

Процессы изменений популяций во времени называются популяционной динамикой. Эти изменения - результат действия множества факторов окружающей среды, а также внутренних механизмов популяционной регуляции.

Численность, плотность, половой и возрастной состав популяции все вре­мя изменяются. Эти изменения связаны как с внешними по от­ношению к популяции причинами, так и с внутренними, прису­щими каждой популяции механизмами регуляции. Все эти изме­нения имеют важное значение для популяции, помогают ей вы­жить, приспособиться к меняющимся условиям обитания. Соот­ношение внутренних и внешних регуляторов бывает различным. Важность одних в сравнении с другими до сих пор оспаривается разными учеными.

Исходя из информации имеющейся в экологической литературе на настоящий момент о популяции, ответьте на вопросы, и, свои ответы поясните конкретными примерами.

Но для начала выясните, а что же такое Экологическая задача (ситуация)?

– это возникшая в естественных условиях или искусственно сформулированная ситуация, в которой требуется получить определенный полезный результат по гармонизации взаимоотношений в системах "человек - среда", " природа – общество ", "организм - среда".

Похожая информация.

1. Понятие популяции: статистические показатели популяции, понятия генотип и генофонд

Совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную территорию (ареал) называется биологическим видом. Виды часто занимают большой ареал, в пределах которого особи распределены неравномерно, группами - популяциями.

Популяция - совокупность особей одного вида, способных к самовоспроизводству, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Термин «популяция» происходит от латинского слова «populus» (народ) и в дословном переводе означает «население». Популяция - это именно та ячейка биоты, которая является основой ее существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание вида, т.е. является структурной единицей вида и единицей эволюции. Контакты между особями одной популяции осуществляются чаще, чем между особями разных популяций. Например, уровень панмиксии (свободного скрещивания) внутри популяции выше, чем между особями разных популяций.

Ареал. Пространство, на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности, называется ареалом - областью распространения. Ареал может быть сплошным или разорванным (дизъюнктивным), если между его частями возникают различные преграды (водные, орографические и др.), пространства, не заселенные представителями данного вида.

2.Статические показатели популяции

Количественные показатели (характеристики) популяции можно разделить на статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. Основные из них: численность и плотность, а также показатели структуры. Динамические показатели популяции отражают процессы, протекающие в популяции за определенный промежуток времени. Основные из них: рождаемость, смертность, скорость роста популяции.

Численность - это количество животных или растений в пределах некоторой пространственной единицы: ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т.д. Численность популяции может значительно изменяться во времени. Она зависит от биотического потенциала вида и внешних условий. Численность тех или иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с самолета или вертолета при облетах территории. Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений. Значение численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой и т.п.) имеет большое экономическое и экологическое значение.

Плотность - число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема. Чем крупнее животное, тем большая ему нужна площадь на добычу пищи, поэтому, чем больше размеры тела особи, тем меньше плотность популяции.

Популяция характеризуется определенной структурной организацией - соотношением групп особей по полу, возрасту, размеру, распределением особей по территории и т.д. В связи с этим выделяют различные структуры популяции: половую, возрастную, размерную, генетическую, пространственно-этологическую и др. Структура популяции формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, с другой стороны, под влиянием факторов среды.

Половая структура (половой состав) - количественное соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Соотношение полов популяции устанавливается по генетическим законам в результате перекомбинации половых хромосом, а затем на него влияет среда. Теоретически соотношение полов должно быть одинаковым: 50 % от общей численности должны составлять мужские особи, а 50 % - женские особи. Фактическое соотношение полов зависит не только от генетических и физиологических особенностей вида, но и от действия различных факторов среды (например, у рыб - от значения pH среды; у рыжих лесных муравьев из яиц, отложенных при температуре ниже 20 °С, развиваются самцы, а при более высокой температуре - самки).

Различают первичное, вторичное и третичное соотношения. Первичное соотношение - соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1. Такое соотношение определено генетическим механизмом определения пола. Вторичное соотношение - соотношение, наблюдаемое при рождении. Третичное соотношение - соотношение, наблюдаемое у взрослых половозрелых особей.

Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в третичном - женщины: на 106 мальчиков рождается 100 девочек, к 16...18 годам из-за повышенной мужской смертности это соотношение выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам - 50 мужчин и 100 женщин.

Генетическая структура популяции характеризуется разной степенью генетического разнообразия особей. Совокупность всех генов, сосредоточенных в хромосомах одного организма, называется генотипом. Если соотношение генотипов в популяции неизменно в поколениях, то популяция устойчива, в ней существует генотипическое равновесие. Совокупность генов, которые имеются у особей конкретной популяции, называется генофондом. Несмотря на изменчивость в ее структурных частях, популяция как целостная система устойчиво сохраняет генофонд, наследованный от предковой популяции.

Относительная пространственная обособленность популяции приводит к ее репродуктивной изоляции - ограничению свободы скрещивания особей разных популяций. Эта изоляция обеспечивает уникальность генофонда популяции и возможность ее самостоятельной эволюции. Однако в природе не существует полностью изолированных популяций и может происходить миграция (отток и приток) генов, приводящих к изменениям их генетической структуры

Возрастная структура (возрастной состав) - соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется такими показателями как: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др.

В зависимости от способностей особи к размножению различают три группы: предрепродуктивную (особи, еще не способные размножаться), репродуктивную (особи, способные размножаться) и пострепродуктивную (особи, уже не способные размножаться).

Соотношение особей популяции по этим состояниям называют возрастным спектром популяции, который отражает количественные соотношения разных возрастных групп. По возрастному спектру оценивается способность популяции к самоподдержанию и ее устойчивость к внешним воздействиям. Для сопоставления численности особей разных возрастов в популяциях строятся гистограммы возрастных структур (см. рис.).

Наибольшей жизнеспособностью отличаются популяции, в которых все возрасты представлены относительно равномерно. Такие популяции называются нормальными. Если в популяции преобладают старческие особи, это свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих репродуктивные функции. Такие популяции называются регрессивными, или вымирающими.

Возрастная структура популяций:

Инавазионная (растущая); 2 - нормальная (стабильная);

Регрессивная (сокращающаяся)

Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или инвазионные. Жизненность их не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые ранее здесь отсутствовали.

Пространственно-этологическая структура определяет характер распределения особей в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения) вида.

Различают три основных типа распределения особей в пространстве: равномерное (регулярное), неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) и случайное (диффузное).

При равномерном распределении особи размещены через более или менее равные промежутки, например, деревья в сосновом лесу. В действительности же равномерное распределение особей встречается в природе редко.

Неравномерное (групповое, мозаичное) распределение проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой образ жизни (напр., стада млекопитающих, колонии птиц). Групповое размещение обеспечивает популяции боле высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям.

При случайном (диффузионном) распределении особи размещены неравномерно, и их встречи друг с другом носят случайный характер. Такой тип распределения широко представлен среди растений и многих видов животных. Случайное распределение является результатом вероятностных процессов и слабых социальных связей между особями.

На больших географических пространствах со временем особи одной и той же популяции при распределении могут образовывать комбинации из этих трех типов размещения. Например: деревья - от группового к равномерному. Расселение тли или колорадского жука вначале может быть случайным, а по мере их размножения приобретает групповой или равномерный характер.

По типу использования пространства все подвижные животные подразделяются на оседлых и кочевых. Оседлому образу жизни характерен интенсивный тип использования территории, т.е. отдельные особи или их группировки в течение длительного времени эксплуатируют ресурсы на относительно ограниченном пространстве. Он имеет ряд биологических преимуществ, таких как свободная ориентация на знакомой территории при поиске пищи или укрытия, возможность создать запасы пищи (белка, полевая мышь). К его недостаткам относится истощение пищевых ресурсов при излишне высокой плотности популяции.

Для видов, отличающихся кочевым образом жизни, характерен экстенсивный тип использования территории, при котором ресурсы потребляются обычно группами особей, постоянно перемещающихся в пределах обширной площади.

По форме совместного существования животных выделяют одиночный образ жизни, семейный, колониями, стаями, стадами.

Распространение организмов за пределы популяции называется расселением. Способы расселения отражают, каким образом популяция занимает все большее пространство. Среди них выделяют следующие: анемохория (распространение ветром), Гидрохория (водой), фитохория (растениями), зоохория (животными) и антропохория (человеком).

3.Водная среда жизни

С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы (особь, популяцию, сообщество) и оказывающая на них определенное воздействие.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (т.е. образуемую самими живыми организмами).

Водная среда жизни

Водная среда жизни самая древняя. Вода обеспечивают протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %.

4.Специфические свойства воды как среды обитания

Характерной чертой водной среды является высокая плотность - она в 800 раз больше плотности воздушной среды. В дистиллированной воде, например, она равна 1 г/см3. С повышением солености плотность возрастает и может достигать 1,35 г/см3. Все водные организмы испытывают высокое давление, увеличивающееся на 1 атмосферу на каждые 10 м глубины. Некоторые из них, например, рыбы-удильщики, головоногие моллюски, ракообразные, морские звезды и другие, обитают на больших глубинах при давлении 400...500 атм.

Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее, что важно для бесскелетных форм водных организмов.

На бионту водных экосистем влияют также следующие факторы:

1.концентрация растворённого кислорода;

2.температура воды;

.прозрачность, характеризуемая относительным изменением интенсивности светового потока с глубиной;

.солёность, то есть процентное содержание (по весу) растворённых в воде солей, главным образом NaCl, KC1 и MgS04;

.доступность питательных веществ, прежде всего, соединений химически связанного азота и фосфора.

Специфичен кислородный режим водной среды. В воде кислорода в 21 раз меньше, чем в атмосфере. Содержание кислорода в воде уменьшается с увеличением температуры, солености, глубины, но возрастает с повышением скорости течения. Среди гидробионтов много видов, относящихся к эвриоксибионтам, т. е. организмам, способным переносить низкое содержание кислорода в воде (например, некоторые виды моллюсков, сазан, карась, линь и другие).

Стеноксибионты, например форель, личинки поденок и другие, могут существовать только при достаточно высоком насыщении воды кислородом (7...11 см3/л), и потому являются биоиндикаторами этого фактора.

Недостаток кислорода в воде приводит к катастрофическим явлениям - заморам (зимним и летним), сопровождающимся гибелью гидробионтов.

Температурный режим водной среды характеризуется относительной стабильностью по сравнению с другими средами. В пресных водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев колеблется от 0,9 °С до 25 °С, т.е. амплитуда изменений температуры находится в пределах 26 °С (если не считать термических источников, где температура может достигать 140°С). На глубине в пресных водоемах температура постоянно равна 4...5 °С.

Световой режим водной среды существенно отличается от среды наземно-воздушной. В воде света мало, так как он частично отражается от поверхности и частично поглощается при прохождении через толщу воды. Прохождению света препятствуют и взвешенные в воде частицы. В глубоких водоемах в связи с этим выделяют три зоны: световую, сумеречную и зону вечного мрака.

По степени освещенности выделяют следующие зоны:

литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит до дна);

лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез);

эвфотическая зона (вся освещенная толща воды, включая литоральную и лимническую зоны);

профундальная зона (дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет).

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа). В частности, среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.

Гигрофиты - растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, относятся, например: рдест, кувшинка, тростник.

Ксерофиты растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. Различают суккуленты и склерофиты. Суккуленты - ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань. Склерофиты ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул).

Мезофиты - растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных (что составляет примерно 7 % от общего их числа) и 10000 видов растений (что составляет около 8 % от общего их числа). Организмы, обитающие в воде, называются гидробионтами.

Водные организмы по типу местообитания и образу жизни объединяются в следующие экологические группы.

Планктон - взвешенные, парящие в воде организмы, пассивно перемещающиеся за счет течения. Различают фитопланктон (одноклеточные водоросли) и зоопланктон (одноклеточные животные, рачки, медузы и др.).Особую разновидность планктона составляет экологическая группа нейстон - обитатели поверхностной пленки воды на границе с воздушной средой (например, водомерки, клопы и другие).

Нектон - активно передвигающиеся в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие моллюски, черепахи, китообразные и др.). Активное плавание гидробионтов, объединенных в данную экологическую группу, напрямую зависит от плотности воды. Быстрое движение в водной толще возможно лишь при наличии обтекаемой формы тела и сильно развитой мускулатуры.

Бентос - организмы, живущие на дне и в грунте, его делят на фитобентос (прикрепленные водоросли и высшие растения) и зообентос (ракообразные, моллюски, морские звезды и др.).

5. Разновидности смога и их особенности

Смог (англ. Smoke - дым, fog - густой туман) - видимое загрязнение воздуха любого характера. Смог возникает при определенных условиях: большом количестве пыли и газов в воздухе и длительном существовании антициклонных условий погоды (областей с высоким атмосферным давлением), когда загрязнители скапливаются в приземном слое атмосферы. Смог вызывает удушье, приступе астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждение растительности, зданий и сооружений.

Выделяют три типа смога: ледяной (аляскинского типа); влажный (лондонского типа); сухой или фотохимический (лос-анжелесского типа).

Наиболее изучен влажный смог. Он обычен для мест с высокой относительной влажностью воздуха и частыми туманами. Это способствует смешению загрязняющих веществ, и взаимодействию химических реакций. Эти загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, они называются первичными загрязнителями. Главными токсическими компонентами влажного смога являются чаще всего CO2 и SO2. Печально знаменит случай, когда в 1952 г. влажный смог в Лондоне унес более 4000 жизней.

Фотохимический смог - вторичное загрязнение воздуха, возникающее в процессе разложения первичных загрязняющих веществ солнечными лучами. Главный ядовитый компонент - озон.

Ледяной смог возникает при очень низких температурах и антициклоне. В этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших кристаллов льда и, например, серной кислоты.

Воздух - в основном смесь О2 и N2. При высокой температуре пламени молекулы в воздухе могут распадаться и даже молекулы сравнительно инертного N2 подвергаются реакциям:

Согласно уравнению образуется атом кислорода, который входит в уравнение. Однажды возникший в пламени атом кислорода будет воссоздаваться и участвовать во всей цепочке реакции, приводящей к образованию NO. Если просуммировать эти две реакции, получим:

Уравнение показывает, как оксиды азота образуется в пламени. Они появляются потому, что топливо сжигается в воздухе а не в кислороде O2. Кроме того, некоторые топлива содержат соединения азота в качестве примесей, и в результате продукты сгорания этих примесей служат источником появления других оксидов азота. Окисление оксида азота в смоге дает диоксид азота, бурый газ. Этот цвет означает, что газ поглощает свет (с длинною волны не менее 310нм.), фотохимические активен и претерпевает диссоциацию:

Таким образом, согласно уравнению, вновь возникает оксид азота, но также одиночный и реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакцию с образованием озона - O3:

Озон - это единственный загрязнитель, который наиболее ясно характеризует фотохимический смог. Однако О3, который представляет такую проблему, не выбрасывается автомобилем (или любым основным загрязнителем). Это вторичный загрязнитель.

Итак, летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря использованию топлив на основе бензина, способствует превращению NO в NO2 (и лежат в основе фотохимического смога).

В процессе окисления углеводородов в атмосфере особо нужно отметить роль радикала OH*. Рассмотрим окисление метана (CH4) в качестве простого примера этого процесса:

Эти реакции показывают превращение оксида азота (NO) в диоксид (NO2) и простого алкана типа СН4 в альдегид (в данном случае формальдегид HCHO). При этом радикал OH* воспроизводится в конце цепочки реакций, поэтому может считаться в некотором роде катализатором. Несмотря на то, что реакция протекает в фотохимическом смоге, воздействие радикала OH* на большие и сложные органические молекулы достаточно эффективно. Альдегиды также могут подвергаться воздействию радикалов OH*.

Метил-радикал (CH3*) из уравнения может возвращаться в уравнение.

Важным дополнением к этому ряду реакции является следующее:

приводящая к образованию раздражающего глаза пероксиацетилнетрата (ПАН).

6. Экологическое право и его основные источники

Экологическое право - это отрасль права, которая регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы.

Экологическое право является важным инструментом, применяемым государством в интересах сохранения и рационального использования окружающей природной среды.

Источниками экологического права являются следующие нормативно-правовые акты: 1) Конституция Российской Федерации; 2) законы и кодексы в области охраны природы; 3) указы и распоряжения Президента по вопросам экологии и природопользования; правительственные природоохранные акты; 4) нормативные акты министерств и ведомств; 5) нормативные решения Органов местного самоуправления.

1. Конституционные основы охраны окружающей природной Среды закреплены в Конституции Российской Федерации, принятой 12 декабря 1993 г. Конституция провозглашает право граждан на землю и другие природные ресурсы, закрепляет право каждого человека на благоприятную окружающую среду (экологическую безопасность) и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью. Она также определяет организационные и контрольные функции высших и местных органов власти по рациональному использованию и охране природных ресурсов, устанавливает обязанности граждан по отношению к природе, охране ее богатств.

2. Законы и кодексы в области охраны окружающей природной Среды составляют природно-ресурсную правовую основу. В их число входят законы о земле, недрах, охране атмосферного воздуха, об охране и использовании животного мира и др. Систему экологического законодательства возглавляет Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. №7-ФЗ. В вопросах охраны природной среды нормы других законов не должны противоречить Конституции России и данному законодательному акту.

1. Земельный кодекс РФ (2001) регламентирует охрану земель и защиту окружающей природной среды от возможного вредного воздействия при использовании земли. Основные правовые функции охраны земель: сохранение и повышение плодородия почв, сохранение фонда сельскохозяйственных земель. Экологическими нарушениями считаются порча, загрязнение, засорение и истощение земель. Кодекс регламентирует куплю-продажу земель и совершение других Земельных сделок.

2. Водный кодекс Российской Федерации (1995) регулирует правовые отношения в области рационального использования и охраны водных объектов, устанавливает ответственность за нарушение водного законодательства. Правовые нормы направлены на охрану вод от загрязнения, засорения и истощения.

3. Правовые основы охраны атмосферного воздуха отражены в Законе РФ «Об охране окружающей среды» (2002), а также Законе «Об охране атмосферного воздуха» (1982). Важнейшими общими мероприятиями охраны воздушного бассейна являются установление нормативов предельно допустимых вредных воздействий (ПДК, ПДВ) и платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

4. Правовая защита людей, вовлеченных в сферу использования ядерных и радиационных установок и радиоактивных веществ гарантируется Законом Российской Федерации «О радиационной безопасности населения» (1995) (а также Федеральным законом «Об использовании атомной энергии»).

В случае аварии Закон гарантирует возмещение ущерба здоровью и имуществу граждан, устанавливает компенсацию за повышенный риск проживающим вблизи ядерных и радиационных установок в виде улучшения социально-бытовых условий.

5. Закон Российской Федерации «О недрах» (1992) устанавливает правовые отношения при изучении, использовании и охране недр. К числу эколого-правовых нарушений, затрагивающих недра как часть природной среды, Закон в первую очередь относит их загрязнение.

6. Основы лесного законодательства (1977) закрепляют требования, предъявляемые к ведению лесного хозяйства. Основные правовые нормы направлены на использование леса как природного ресурса, воспроизводство лесов, охрану и защиту лесов и т.д.

7. Закон Российской Федерации «О животном мире» (1995). В нем содержатся эколого-правовые и административные нормы с учетом новых экономических отношений. Согласно Закону к эколого-правовым нарушениям отнесены: незаконный лов рыбы, уничтожение редких и исчезающих животных и др.

8. Закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления» (1998) определяет правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

9. Важнейшие экологические требования отражены также в Законе РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999) и Основах законодательства Российской Федерации об охране здоровья (1993).

Федеральный закон "О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах" от 23.02.95 № 26-ФЗ;

Федеральный закон "Об особо охраняемых природных территориях" от 14.03.95 (в ред. от 30.12.2001) № 33-ФЗ;

Федеральный закон "Об экологической экспертизе" от 23.11.95 (в ред. от 15.04.98) № 174-ФЗ;

Федеральный закон "Об использовании атомной энергии" от 21.11.95 (в ред. от 28.03.2002) № 170-ФЗ;

Федеральный закон "О континентальном шельфе" от 30.11.95 (в ред. от 30.06.2003) № 187-ФЗ;

Указы и распоряжения Президента, постановления Правительства затрагивают широкий круг экологических вопросов. Примером может служить Указ президента от 1 апреля 1996 г. о концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию.

1. Нормативные акты природоохранительных министерств и ведомств издаются по самым разнообразным вопросам рационального использования и охраны окружающей природной среды, в виде постановлений, инструкций, приказов и считаются обязательными для всех физических и юридических лиц.
2. Нормативные решения местных административных органов (мэрий, сельских и поселковых органов) дополняют и конкретизируют действующие нормативно-правовые акты по охране окружающей природной среды.

Действующий ныне Федеральный закон «Об охране окружающей среды» (2002) значительно расширяет полномочия государственной власти субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления в сфере отношений, связанных с охраной окружающей среды. В частности, субъектам Федерации предоставлено право разрабатывать и издавать законы и иные нормативные акты в области охраны окружающей среды с учетом географических, природных, социально-экономических и иных особенностей, ограничивать или запрещать хозяйственную и иную антиэкологическую деятельность на своих территориях и др.

генетический структура популяция

Список использованных источников

Экология: Учебник для технических ВУЗов / Цветкова, Алексеев и др.Под ред. Л.И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. - 488 с.

Коробкин В.И., Передельский. Экология в вопросах и ответах.

Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология для студентов вузов.

Www. ekolog.org

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Понятие о популяции и ее основные групповые характеристики.

Популяция - совокупность организмов одного вида, совместно населяющих общую территорию, находящихся во взаимодействии между собой и свободно скрещивающихся. Популяция- элементарная форма существования вида в природе. В состав одного вида организмов может входить несколько, иногда много популяций, более или менее изолированных друг от друга. В популяциях в разной степени проявляются все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуализм и конкуренция. Есть и специфические внутривидовые взаимосвязи: а) между особями разных полов; б) между родительским и дочерним поколением. Важнейшим свойством популяции является способность к воспроизводству.

Популяция как групповое объединение особей, обладает следующими основными характеристиками:

1) численность - общее количество особей на выделяемой территории; численность не является постоянной, т.к. зависит от многих факторов (темпов размножения, гибели особей в результате старости, болезней, уничтожения хищниками, миграции); если по каким - то причинам невозможно определить численность популяции, тогда определяют ее плотность;

2) плотность популяции - среднее количество (биомасса) особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства;

3) рождаемость - число новых особей (яиц, семян), появившихся в популяции за единицу времени, в расчете на определенное число ее членов (например, число потомков, производимых одной самкой в год; у человека рождаемость обычно выражают числом рождений на 1000 человек за год); различают абсолютную иудельную рождаемость; первая характеризуется общим числом родившихся особей (например, если в популяции северных оленей, насчитывающей 16 тыс. голов в год. за год появилось 2 тыс. оленят, то это число выражает абсолютную рождаемость); удельную рождаемость вычисляют как среднее изменение численности на особь за определенный интервал времени (в данном примере она составит , т.е. один новорожденный на восемь членов популяции за год);

4) смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени, выражается либо в процентах от общего числа особей, либо средним числом смертей на 1000 особей в год; различают соответственно абсолютную иудельную смертность ; величиной удельной рождаемости или удельной смертности пользуются для сравнения рождаемости или смертности в различных популяциях;

5) прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным;

6) темп роста - средний прирост популяции за единицу времени.

Исследование популяций имеет важные практические приложения: например, для контроля численности вредителей, восстановления численности диких животных, рационального использования биологических ресурсов (отлов рыб и др.), сохранения редких видов.

Структура популяции.

Популяции свойственна определенная организация (структура). Она формируется на основе общих биологических свойств вида, под влиянием популяций других видов и абиотичеких факторов среды.

Структура популяции имеет приспособительный характер. Разные популяции одного вида имеют отличительные особенности, характеризующие специфику экологических условий в местах их обитания.

Структура популяции мо­жет быть пространственной, возрастной, половой, генетической и экологической.

Прост­ранственная структура определяется размещением особей на популяционной территории. Все особи в популяции обладают индивидуальным и групповым пространством. Существуют определенные радиусы трофической (кормовой) и репродуктивной активности. В популяции идут два противоположных процесса - изоляции и агрегации. Факторы изоляции - конкуренция между особями за пищу при ее недостатке и прямой антагонизм. Это ведет к равномерному либо случайному распределению особей. Агрегация - объединение особей в группы - хотя и усиливает конкуренцию между ними, но способствует выживанию группы в целом благодаря взаимопомощи. Агрегация ведет к скученному распределению особей в популяции. Например, организмы многих видов предпочитают дер­жаться стаями (птицы) либо стадами (млекопитающие).

Возрастная структу­ра популяции определяется количеством и соотношением особей разных возрастов, отражает интенсивность размножения, уровень смертности, скорость смены поколений. В стабильной популяции разновозрастные группы находятся примерно в одинаковом соотношении, рождаемость равна смертности и численность популяции почти не меняется. Растущая популяция представлена в основном молодыми особями, здесь рождаемость превышает смертность. Если в популяции преобладают старческие особи, то ее численность уменьшается.

Половая структура - количество и соотношением самцов и самок популяции. Генетическое двухфакторное хромосомное определение пола обеспечивает равную численность полов. Но в ряде случаев соотношение полов определяется гормональными факторами, действующими после оплодотворения, а также экологическими. В результате соотношение полов в популяции колеблется по годам, отклоняясь от 1: 1.

Ге­нетическая структура определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми происходит постоянный обмен. Разнообразие генотипов зависит от размера популяции и внешних факторов, влияющих на ее структуру. В небольших изолированных и стабильных популяциях закономерно возрастает частота близкородственного скрещивания, что уменьшает генетическое разнообразие и увеличивает угрозу вымирания.

Экологическая структура - это подразделенность популяции на группы особей, по - разному взаимодействующие с факторами среды. Выявляются группировки по питанию (особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением), по ориентировочному поведению, по двигательной активности. Часто наблюдается распределение функций при охоте на добычу, при уходе за потомством. Для всех популяций характерна и фенологическая дифференциация (разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения: спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.д.).

Динамика популяции.

Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она приспосабливается к изменяющимся условиям окружающей среды. Изменения численности организмов во времени называют динамикой популяции. Представления о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики.

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды. В таком случае скорость роста популяции будет зависеть только от величины биотического потенциала (б.п.), свойственного виду. Б. П. отражает теоретический максимум потомков от одной пары или особи за единицу времени. Б. П. выражают коэффициентом r и рассчитывают по следующей формуле:

где ΔN - прирост популяции;

Δt - отрезок времени, за который наблюдается прирост ΔN;

N 0 - начальная численность популяции.

В природе Б. П. популяции никогда не реализуется полностью. Обычно его величина складывается как разность между рождаемостью и смертностью в популяциях:

где: в - число родившихся,

d - число погибших особей в популяции за один и тот же период времени.

Рост популяции и кривые роста. Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция будет расти (если изменения в результате миграции незначительны). Чтобы понять закономерности роста популяций, полезно вначале рассмотреть модель, описывающую рост популяции бактерий после посева их на свежую культуральную среду. В этой новой и благоприятной среде условия для роста популяции оптимальны и наблюдается экспоненциальный рост (J-образный). Кривая такого роста называется экспоненциальной , или логарифмической (рис.1).

Рис.2. Логистическая кривая роста популяции (S - образная)

В конце концов, достигается такая точка, когда по нескольким причинам, в том числе из-за уменьшения пищевых ресурсов и накопления токсичных отходов метаболизма экспоненциальный рост становится невозможным. Он начинает замедляться так, что кривая роста приобретает сигмоидную (S-образную) форму и называется логистической (рис. 2).

Сигмоидная и J-образная кривые - это две модели роста популяции. При этом предполагается, что все организмы очень сходны между собой, имеют равную способность к размножению и равную вероятность погибнуть, так что скорость роста популяции в экспоненциальной фазе зависит только от ее численности и не ограничена условиями среды, которые остаются постоянными.

В природе после экспоненциальной фазы дальнейшее развитие популяции идет по логистической модели, при этом скорость роста популяции линейно снижается по мере роста численности вплоть до нуля при некотором значении К. Величину К называют биологической емкостью среды (степень способности природного или природно - антропогенного окружения обеспечивать нормальную жизнедеятельность определенному числу организмов без заметного нарушения самого окружения).

Кривую выживания можно получить, если начать с некоторой популяции новорожденных особей и затем отмечать число выживших в зависимости от времени. По вертикальной оси обычно откладывают или абсолютное число выживших особей или их процент от исходной популяции:

Каждому виду свойственна характерная кривая выживания, форма которой отчасти зависит от смертности неполовозрелых особей. Типичные примеры приведены на рис 3.

100

Рис.3. Три типа кривых выживания

Большинство животных и растений подвержено старению, которое проявляется в снижении жизненности с возрастом после периода зрелости. Как только начинается старение, вероятность наступления смерти в определенный промежуток времени возрастает. Непосредственные причины смерти могут быть разными, но в основе их лежит уменьшение сопротивляемости организма к действию неблагоприятных факторов (например, болезням). Кривая А на рис.2 очень близка к идеальной кривой выживания для популяции, в которой старение служит главным фактором, влияющим на смертность. Примером может быть популяция человека в современной развитой стране с высоким уровнем медицинского обслуживания и рациональным питанием, где большинство людей доживает до старости. Кривая, сходная с кривой А, свойственна также однолетним культурным растениям, когда на данном поле они стареют одновременно.

Кривая типа Б характерна для популяций организмов с высокой смертностью в ранний период жизни, например, для горных овец или для популяции человека в стране, где широко распространены голод и болезни. Плавная кривая типа В может быть получена, если смертность постоянна в течение всей жизни организмов (50% за определенную единицу времени). Это может быть тогда, когда главным фактором, определяющим смертность, становится случай, причем особи гибнут до начала заметного старения. Подобная кривая характерна для популяций некоторых животных (например, гидры), не подвергающихся особой опасности в раннем возрасте. Для большинства беспозвоночных и растений тоже характерна кривая такого типа, но высокая смертность среди молодых особей приводит к тому, что начальная часть кривой спускается еще более круто.

Существуют небольшие внутривидовые различия в кривых выживания. Они могут быть обусловлены разными причинами и нередко связаны с полом. У людей, например, женщины живут несколько дольше, чем мужчины, хотя точные причины этого неизвестны.

Вычерчивая кривые выживания для различных видов, можно определять смертность для особей разного возраста и, таким образом, выяснять, в каком возрасте данный вид наиболее уязвим. Установив причины смерти в этом возрасте, можно понять, как регулируется величина популяции.

Похожая информация.

В природе организмы одного вида существуют в виде множества популяций.

Популяция - это совокупность особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой, населяющих определенную территорию с относительно однородными условиями обитания.

Популяции одного вида представляют собой сравнительно обособленные группы, имеющие определенные границы распространения. Степень изоляции популяций зависит от способности вида к расселению, миграции, географических условий. Один вид речного окуня может обитать в различных пресных водоемах и образовывать разные популяции. Все ели в лесу образуют единую популяцию и изолированы от представителей своего вида в другом лесу. Популяция - это структурная единица вида. В ней происходят основные эволюционные процессы, закрепляются адаптивные признаки, позволяющие организмам приспособиться к конкретным условиям обитания.

В экологии популяцию рассматривают как основной элемент любого сообщества живых организмов и характеризуют такими признаками, как плотность и численность, возрастная и половая структура, рождаемость и смертность, пространственное размещение.

Численность популяции. Это общее число особей, обитающих на какой-либо территории или в сообществе. С численностью связана и плотность популяции - число особей (или биомасса), приходящихся на единицу площади. Например, 300 кустарников лещины на 1 га леса, 5 млн особей хлореллы в 1 м3 воды. Плотность популяции неустойчива и колеблется в различные годы и сезоны. Она зависит от миграции особей, климатических условий, смертности, наличия ресурсов. В отдельные годы может наблюдаться вспышка численности какой-либо популяции.

Пространственная структура популяции. Определяется особенностями расселения популяции на территории. Часто отдельные особи образуют скопления, группы, стаи, «семьи». С помощью специальных сигналов они отмечают занимаемый участок, изгоняя вторгшихся конкурентов. У птиц для этого служит пение, у млекопитающих - выделение пахучих веществ или экскрементов. У кочующих животных имеются определенные маршруты миграции.

При резком возрастании численности иногда происходит массовая миграция особей, влекущая за собой изменение пространственной структуры популяции или вытеснение конкурирующей популяции другого вида.

Рождаемость. Это свойство характеризует способность популяции к воспроизведению, частоту появления новых особей за единицу времени (число детенышей, отложенных яиц, икринок у животных, семян и спор у растений). У микроорганизмов рождаемость зависит от скорости деления клеток. Рождаемость определяется скоростью возрастания численности популяции в реальных условиях.

Смертность. Характеризуется числом особей, умерших за определенный период, т. е. скоростью уменьшения численности популяции. Гибель особей на разных стадиях развития неодинакова. Смертность рыб на стадии икринок и мальков значительно выше, чем среди взрослых особей. Чем сильнее у животных развит инстинкт заботы о потомстве, тем ниже смертность молоди.

Отсутствие заботы о потомстве может компенсироваться за счет большой плодовитости особей (рыбы, земноводные, некоторые насекомые).

Рождаемость и смертность регулируют численность популяции и ее возрастной состав.

Возрастная структура популяции. Определяется соотношением особей разного возраста, которое также колеблется. В стабильной популяции рождаемость равна смертности, численность популяции почти не меняется, разновозрастные группы находятся примерно в одинаковом соотношении. В растущих популяциях рождаемость превышает смертность, и численность увеличивается.

Половая структура. Определяется соотношением полов, количеством самцов и самок в популяции. Популяции разных видов неоднородны по своему половому составу. Например, у морских котиков, тюленей в гареме каждого самца находится большое количество самок. У животных, образующих пары, соотношение полов приблизительно равное.

Динамика популяции. Гомеостаз. Численность популяций зависит от многих факторов. Благоприятные климатические условия, наличие достаточного количества пищи, ослабление хищничества приводят к росту плодовитости и рождаемости, увеличению численности. И наоборот, нехватка корма, увеличение конкуренции, неблагоприятные условия уменьшают численность.

Изменение численности организмов во времени называют динамикой популяции.

Периодические колебания связаны с регулярными измерениями факторов среды, сезонными ритмами. В отдельные годы могут происходить вспышки численности, при этом величина популяции увеличивается в 20-40 раз без определенной периодичности. Так возникают популяционные волны (рис. 95).

Рис. 95. Колебания численности рыси и зайца-беляка

Важной особенностью популяции является способность к естественному регулированию плотности. Это обеспечивается особыми механизмами, поддерживающими численность популяций на определенном уровне.

Способность популяции к саморегулированию для поддержания численности на определенном уровне называется гомеостазом популяции.

Обычно популяция находится в состоянии динамического равновесия, которое достигается за счет чередования положительных и отрицательных обратных связей. При возрастании численности уменьшаются запасы пищи, организмы находятся в неблагоприятных условиях, что приводит к их массовой гибели и падению плодовитости, т. е. к сокращению популяции. Рост ее численности прекращается, пищевые ресурсы восстанавливаются, что влечет за собой повторный рост популяции. Кроме того, при повышении плотности возрастает вероятность распространения инфекционных заболеваний, приводящих к гибели части особей. При высокой плотности растений они испытывают давление со стороны «соседей» (нехватка воды, света). В результате происходит гибель части организмов, т. е. процесс «самоизреживания».§ 70. Взаимоотношения организмов. Биотические факторы среды