Функции популяции. Популяция—экологическая характеристика

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.

Любая популяция характеризуется показателями, присущими только им, имеет определенную организацию и структуру. Такие признаки могут выражаться статистическими функциями, т.е. популяцию и ее свойства можно описать с использованием математического аппарата. Таковы, например, структура, плотность, численность, рождаемость, смертность. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность определяет структуру, рождаемость - плотность и т.д.

Следует подчеркнуть, что между отдельным организмом и популяцией организмов существует принципиальная разница. Как капля воды не отражает свойства реки, озера, океана, так и организм, взятый в отдельности, не может характеризовать всю популяцию в целом.

Единственным носителем признаков популяции является группа особей, но не отдельные особи в этой группе. Отдельный организм в популяции рождается, живет, умирает, но экологов это интересует только как возможность посредством исследования поведения отдельного индивидуума познать свойства группы в целом. Особые свойства, присущие популяции, отражают состояние ее как группы организмов в целом, а не отдельных особей, т.е. свойство популяции как группы организмов не есть механическая сумма свойств каждой слагающей ее особи.

Советский эколог С.С.Шварц в работе «Принципы и методы современной экологии» исходит из постулата, что «популяция – основная, а для высших животных – единственная форма существования вида. Так же как существование клетки многоклеточного организма немыслимо вне организма, так и немысленно существование особей вне популяции. Это не означает, конечно, что популяция – организм высшего порядка, но это значит, что она – определенная организация (структурное целое) особей, вне которой они существовать не могут».

Популяция как биологическая система обладает структурой и функциями. Структура популяции характеризуется составляющими ее особями (численность) и их распределением в пространстве. Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях.

Одним из важных параметров, определяющих пространственную структуру, является численность особей в популяции. Наблюдая за свойствами различных популяций, будь то популяции животных или растений, можно видеть, что численность их бывает очень различной. Это может быть и сотня деревьев, встречающихся на гектаре соснового леса, и миллионы одноклеточных водорослей в экосистеме пруда или озера, и несколько грифов, живущих на недоступных скалах, и тучи скворцов над только что засеянным ржаным полем.

Под численностью популяции понимается общее количество особей в популяции. Численность популяции не может быть постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения и смертности.

Плотность популяции определяется как количество особей вида на единице площади (главным образом земной поверхности) или же в единице объема (водная среда, экспериментальная культура), например, 200 деревьев на 1 га, 50 человек на 1 км 2 , 20 головастиков на 1 м 3 воды. Максимальная плотность для различных видов организмов и условий существования сильно варьирует. На одном гектаре земли может обитать значительно больше особей подорожников, чем, скажем, оленей или кабанов. Некоторые виды птиц (пингвины, чайки) образуют так называемые «птичьи базары». Нередки огромные скопления розовых фламинго на некоторых озерах экваториальной Африки. В то же время многие виды среднеевропейских лесных певчих птиц никогда не достигают и 1/10 такой плотности.

Особи живых организмов (растения, животные, микроорганизмы) обычно распределены в пространстве неравномерно. Каждая популяция занимает пространство, обеспечивающее средствами к жизни лишь определенное число особей.

В общем виде можно выделить три типа распределения особей: случайное, регулярное (равномерное) и групповое (пятнистое, скученное, агрегированное).

Случайное распределение характерно популяциям, численность особей которых невелика и потенциальная возможность конкуренции мала. При этом среда обитания организмов должна быть более или менее однородной. В этом случае сила и направление воздействия абиотических и биотических факторов случайно изменяются во времени и пространстве. Случайное распределение встречается в природе не очень часто, хотя само действие случайных природных факторов само по себе не редкость. Такое случайное распределение характерно, к примеру, для пауков, обитающих в лесной подстилке.

Наиболее часто в природе распространено групповое (пятнистое) распределение. Оно свойственно многим организмам, обитающим не только в наземных, но и в водных экосистемах. При данном типе распределения организмы образуют разнообразные группировки. Образование таких групп происходит по разным причинам: неоднородность среды, локальные различия в местообитаниях, влияние суточных и сезонных изменений погодных условий; особенности процесса размножения, и т.д.

Примеров группового распределения можно привести множество. Огромными косяками передвигаются с место на место многие рыбы. В большие стаи собираются водоплавающие птицы, готовящиеся к дальним перелетам Северо-американские северные олени карибу в условиях тундры образуют огромные стада.

Такие же примеры можно привести и для растений: пятнистое размещение растений клевера на лугу, пятна мхов и лишайников в тундре, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых лесных опушках и т.п.

Регулярное (равномерное) распределение может наблюдаться при сильном антагонизме особей (конкуренции), когда вероятность нахождения одной особи рядом с другой крайне мала. В природе такой тип распределения встретить трудно, хотя нередко можно встречать размещение организмов, отклоняющееся от случайного в сторону большей регулярности.

Регулярное распределение чаще всего можно наблюдать в искусственно созданных человеком сельскохозяйственных системах – садах, огородах. Так, при посадке, равномерно можно распределить яблоневые деревья в саду, используя мерную ленту. В огороде таким образом можно высадить кусты ягодных культур, некоторые овощные растения.

Важной характеристикой при исследовании популяции является ее возрастная структура . Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяции и определяет ее способность к размножению. В быстрорастущих популяциях молодые особи составляют большую долю. Поэтому состояние популяции по прошествии определенного промежутка времени будет зависеть от ее нынешнего полового и возрастного состава.

Если в популяции размножение происходит постоянно, то по возрастной структуре устанавливают – сокращается или увеличивается численность.

В большинстве популяций способность к размножению их членов (репродуктивная способность) изменяется с возрастом. В современной экологии при исследовании возрастного состава популяции выделяют три экологические возрастные группы:

■ пререпродуктивную (до размножения);

■ репродуктивную (в период размножения);

■ пострепродуктивную (после размножения).

Длительность этих возрастов по отношению к общей продолжительности жизни сильно варьирует у разных организмов.

При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается сравнительно стабильный уровень численности. На возрастной состав популяции, помимо общей продолжительности жизни, влияют длительность периода размножения, число генераций в сезон, плодовитость и смертность разных возрастных групп. К примеру, у полевок взрослые особи могут давать потомство три раза в год или более, а молодые особи способны размножаться через 2-3 месяца.

Обычно в начальный период роста (пререпродуктивная стадия) организмы размножаться не способны. Длительность этого периода у различных видов сильно варьирует - от нескольких минут у микроорганизмов до нескольких лет у человека, многих млекопитающих, деревьев. Пререпродуктивный период может продолжаться большую часть жизни, как, например, у поденок (личиночное развитие в воде занимает от года до нескольких лет из-за длительного развития личинок) и 17-летней цикады (пререпродуктивная стадия достигает нескольких лет). Однако, характерно, что репродуктивный период у этих видов очень короток (у поденок несколько дней, у цикады менее одного сезона), а пострепродуктивный период и вовсе практически отсутствует, как у многих других видов.

Иное положение наблюдается в популяциях человека, а также животных, которые содержатся в искусственно созданных условиях (комнатные, домашние животные, обитатели зоопарков). Особи в таких популяциях доживают до пострепродуктивного периода. У современного человека три эти «возраста» примерно одинаковы, на каждый из них приходится около трети жизни. У первобытных людей пострепродуктивный период был намного короче.

В настоящее время соотношение возрастных экологических групп в популяции людей меняется. Увеличивается число детей, подростков и пенсионеров, т.е. непроизводительных слоев населения. Доля детей до 15 лет в большинстве развивающихся стран увеличилась до 50%, пожилых людей старше 65 лет - до 15%. Такое изменение соотношения возрастных групп приводит к увеличению нагрузки на трудоспособную часть населения.

Естественные популяции это не раз и навсегда застывшая совокупность особей, а динамическое единство находящихся во взаимоотношениях организмов. Изменение в численности, структуре и распределении популяций как реакция на условия окружающей среды называется динамикой популяции.

Динамика популяций в упрощенном варианте может быть описана такими показателями как рождаемость и смертность. Это наиболее важные популяционные характеристики, на основании анализа которых можно судить об устойчивости и перспективном развитии популяции.

Рождаемость – одна из основных характеристик популяции и определяется как число особей, рожденных в популяции за некоторый промежуток времени (час, день, месяц, год). При этом термин «рождаемость» характеризует появление особей любых видов, независимо от способов появления их на свет: будь это прорастание семян подорожника или овса, появление детенышей из яиц у курицы или черепахи, рождение потомства у слона, кита, либо человека.

Экологи различают максимальную рождаемость в условиях отсутствия лимитирующих экологических факторов (добиться этого практически весьма сложно, если даже не невозможно). Под максимальной рождаемостью понимается теоретически возможный максимум скорости образования новых особей в идеальных условиях. Размножение организмов сдерживается только их физиологическими особенностями. Например, теоретическая скорость размножения различных видов во многих случаях может быть довольно высокой. Если мы примем за основу такой показатель, как время захвата видом всей поверхности Земли, то для бактерии холеры Vibrio cholerae он будет составлять 1,25 суток, для диатомовой водоросли Nitschia putrida - 16,8, для домашней мухи Musca domestica - 366, для курицы - около 6000, для слона - 376000 суток. Таким образом, максимальная рождаемость является теоретическим показателем и постоянна для данной популяции.

В отличие от максимальной, экологическая, или реализованная, рождаемость рождаемость (или просто рождаемость) характеризует прирост или увеличение численности популяции при фактических и специфических условиях среды.

Число особей, родившихся за определенное время, называется абсолютной или общей рождаемостью .

В связи с тем, что величина абсолютной рождаемости находится в прямой зависимости от численности популяций, экологи определяют удельную рождаемость. Удельная рождаемость определяется числом особей, родившихся за определенное время в расчете на одну особь в популяции.

Единица времени может быть различной в зависимости от темпов и скорости размножения организма. Для бактерий это может быть час, для насекомых - сутки или месяц, для большинства млекопитающих этот процесс растягивается на месяцы. Предположим, что в городе с населением 100 000 появилось 8000 новорожденных. Абсолютная рождаемость составит 8000 в год, а удельная - 0,08, или 8%.

Различие между абсолютной и удельной рождаемостью легко проиллюстрировать на примере. Популяция из 20 простейших в некотором объеме воды увеличивается путем деления. Через час ее численность возросла до 100 особей. Абсолютная рождаемость при этом составит 80 особей в час, а удельная рождаемость (средняя скорость изменения численности на особь в популяции) - 4 особи в час при 20 исходных.

Смертность - величина, обратная рождаемости. Это число погибших в популяции особей за единицу времени . Подобно рождаемости, смертность можно выразить числом особей, погибших за данный период (число смертей в единицу времени) или же в виде удельной смертности для всей популяции или ее части. При определении смертности популяции учитываются все погибшие особи независимо от причины смерти (умерли ли они от старости или погибли в когтях хищника, отравились ядохимикатами или замерзли от холода и т.д.).

Понятие о популяции. Типы популяций

Популяция (populus – от лат. народ. население) – одно из центральных понятий в биологии и обозначает совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и имеет общую территорию. Она является первой надорганизменной биологической системой. С экологических позиций четкого определения определение популяции еще не выработано. Наибольшее признание получила трактовка С.С. Шварца, популяция – группировка особей, которая является формой существования вида и способна самостоятельно развиваться неопределенно долгое время.

Основным свойством популяций, как и других биологических систем является то, что они находятся в беспрерывном движении, постоянно изменяются. Это отражается на всех параметрах: продуктивности, устойчивости, структуре, распределении в пространстве. Популяциям присущи конкретные генетические и экологические признаки, отражающие способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость. Наука, объединяющая генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяций, известна как популяционная биология.

ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; микрогруппировки ландыша Кейске в белоберезняке, растущие у оснований деревьев и на открытых местах; куртины деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.

Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; древостои в монодоминантных лесах, представляющих одну группу типов леса: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников (Магаданская область, север Хабаровского края); древостои в осоковых (сухих) и разнотравных (влажных) дубняках (Приморский край, Амурская область); популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

ПРИМЕРЫ. Известны географические расы лиственницы даурской (Larix dahurica): западная (к западу от Лены (L. dahurica ssp. dahurica) и восточная (к востоку от Лены, выделяемая в L. dahurica ssp. cajanderi), северная и южная расы лиственницы курильской. Аналогично выделение М.А. Шембергом (1986) у березы каменной двух подвидов: березы Эрмана (Betula ermanii) и шерстистой (B. lanata). В низовьях р. Яма расположен очаг ели обыкновенной (Picea obovata), отстоящий от сплошного массива ельников к востоку на 1000 км, к северу – на 500 км. Зоологи выделяет тундровую и степную популяции у узкочерепной полевки (Microtis gregalis). У вида "белка обыкновенная" насчитывается около 20 географических популяций, или подвидов.

Основные характеристики популяций

Численность и плотность – основные параметры популяции.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную.

Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).

Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида.

ПРИМЕР. Одуванчик за 10 лет способен заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена прорастут. Исключительно обильно семеносят ивы, тополя, березы, осина, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые 20 минут ив течение 36 часов могут сплошным слоем покрыть всю планету. Очень высока плодовитость у большинства видов насекомых и низка у хищников, крупных млекопитающих.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Различают три типа смертности:

Одинаковый на всех стадиях развития; встречается редко, в оптимальных условиях;

Повышенная смертность в раннем возрасте; характерна для большинства видов растений и животных (у деревьев к возрасту зрелости доживает менее 1% всходов, у рыб – 1-2% мальков, у насекомых – менее 0,5% личинок);

Высокая смерть в старости; обычно наблюдается у животных, чьи личиночные стадии проходят в благоприятных мало изменяющихся условиях: почве, древесине, живых организмах.

Понятие о популяции в экологии

ЛЕКЦИЯ №4

ТЕМА: ПОПУЛЯЦИИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

ПЛАН:

1. Понятие о популяции в экологии.

2. Основные характеристики популяции.

3. Структура популяций.

3.1. Пространственная и этологическая структуры популяций.

3.2. Половая и возрастная структура популяции.

4. Динамика популяций.

4.1. Кривые выживания.

4.2. Рост популяции и кривые роста.

4.3. Колебания численности популяции.

Рождаемость - (плодовитость) определяется числом новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Низкая плодовитость характерна для тех видов, которые проявляют большую заботу о потомстве. Кроме того, плодовитость зависит от скорости созревания, числа генераций в год, соотношения в популяции самцов и самок, обеспеченности кормом, влияния погодных условии и др. факторов.

Смертность популяции - это количество особей, погибших за определенный период. Различают три типа смертности. Первый характеризуется одинаковостью во всех возрастах; второй- повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития; третий тип характеризуется повышенной гибелью взрослых (старых) особей.

Факторы смертности разнообразные . Это в основном: физические условия (низкие и высокие температуры, ливневые осадки, засуха и др.), биологические факторы (отсутствие корма, заболевания, и др.) и антропогенные (загрязнение окружающей среды, вырубка лесов, охота и др.).

Что такое популяция?

Определение 1

Популяция – это совокупность организмов одного вида, долгий период обитающих на данной территории, обладающих общим генофондом, а также возможностью легко скрещиваться, в разной степени обособленные от других популяций этого вида.

Организмы каждого вида представлены несколькими популяциями, населяющими различные территории. Между популяциями одного вида существуют разнообразные связи, поддерживающие вид как одно целое. Однако если по каким-либо причинам популяция попадает в изоляцию от других популяций своего вида, это может привести к формированию нового вида живых организмов. Под воздействием условий среды обитания формируются физиологические, морфологические, поведенческие особенности организмов. При этом свойства организмов, принадлежащих разным популяциям, будут различаться между собой тем сильнее, чем более несходны условия их обитания и чем слабее между ними обмен особями.

Характеристика популяций

Популяция не является случайным скоплением на общей территории особей одного вида. Это сложно организованное сообщество, имеющее свою структуру, состав и сложную иерархию связей.

Свойства, характеризующие популяцию, можно разделить на два вида:

1. биологические свойства – свойства, присущие каждому входящему в популяцию организму;
2. групповые (эмерджентные) свойства – свойства, присущие не отдельным особям, а популяции в целом.

Иными словами, объединение организмов одного вида в популяцию (группу) проводится на основании ее качественно новых, эмерджентных свойств. К этим свойствам относятся:

1. численность;
2. плотность популяции;
3. рождаемость организмов в популяции;
4. смертность организмов в популяции.

Определение 2

Численность популяции – общее число особей одного вида, населяющих конкретную территорию.

Численность популяции изменяется во времени (по годам, сезонам, от поколения к поколению) и зависит от внешних и внутренних факторов.

Замечание 1

Колебания численности особей в популяции были названы русским биологом С. С. Четвериковым «волнами жизни».

Занимаемые разными популяциями территории (ареалы) могут значительно отличаться друг от друга по площади, поэтому сравнивать популяции по абсолютному числу особей не всегда целесообразно. В таких случаях численность популяции выражают в виде плотности.

Определение 3

Плотность популяции – соотношение количества представителей одного вида (или соответствующей ей биомассы) и обьема или площиди занимаемого популяцией (биомассой) пространства.

Рождаемость – количество новоиспеченных особей, появившихся за единицу времени вследствие размножения. Рождаемость в популяции определяется прежде всего биологическими особенностями вида, а также средним сроком жизни особи, соотношением полов в популяции, обеспеченностью пищей, погодными условиями и целым рядом других факторов. Выделяют два вида рождаемости:

1. максимальную (абсолютную, или физиологическую) рождаемость – теоретически допустимое число особей, которые могут родиться в идеальных условиях экологической среды без каких-либо лимитирующих факторов, определяемое только физиологическими потенциалами организмов;
2. экологическую (реализуемую) рождаемость – число особей, появившихся на свет за определенный период в конкретных экологических условиях.

Смертность – это число особей в популяции, которые погибли за установленный период времени. Она зависит прежде всего от факторов среды и может быть очень высока при стихийных бедствиях, в периоды неблагоприятных климатических условий или при эпидемиях. Различают:

1. физиологическую смертность (гибель особи в идеальныхусловиях в результате физиологической старости);
2. экологическую смертность (гибель особи в реальных условиях по различным причинам).