Тема 3. Динамика численности популяций

 

Урок 1. Популяционные волны и их причины. Действие разных факторов на динамику численности популяции. Допустимые пределы и типы динамики.

 

Изменение каких-либо показателей популяции во времени называется динамикой популяции. Особенно важной считается и, поэтому, внимательно изучается динамика численности (роста) популяции. Именно от неё зависит длительность и, вообще, перспектива существования каждой популяции, а, значит, и вида в целом.

Численность и плотность популяции любого вида в сообществе подвержены изменениям. Они могут то увеличиваться, то уменьшаться, колеблясь с разной интенсивностью, обычно относительно некого среднего показателя. Такие периодические колебания численности популяции русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков в 1905 году назвал «популяционными волнами» или «волнами жизни».

   На численность популяции влияют различные факторы – абиотические условия (температура среды, влажность, количество света, ветер, рельеф и т.п.), биотические (наличие симбионтов, хищников, паразитов, конкурентов и т.п.), антропогенные (сбор людьми ягод, грибов, охота и др.). Механизм их воздействия на популяцию может быть разным.

Фото 26.                    С. С. Четвериков

Абиотические факторы, как правило, могут быть или ограничителями численности популяции (низкие зимние температуры, нехватка воды и т.п.) или её стимуляторами (солнечная активность). Особенность ограничения и стимуляции роста численности популяции состоит в том, что степень действия этих факторов на популяцию не зависит от получаемого результата, то есть не меняется, как бы ни менялась численность подверженной их воздействию популяции. В отличие от них, биотические факторы могут в течение времени изменять интенсивность своего влияния, что связано с достигаемым результатом действия на популяцию. При её низкой численности усиливается влияние биотических связей организмов с положительным на данный вид организмов действием (мутуализм, сотрудничество, комменсализм) и, напротив, ослабевает влияние хищничества, паразитизма, конкуренции. При высокой численности популяции действие связей, вызывающих её сокращение, усиливается, а связей, способствующих её росту – снижается. Говорят, что в данном случае действие этих факторов (биотических связей) имеет отрицательную обратную связь. Такие факторы называются регуляторами численности популяции. Как вы поняли, это – биотические факторы, то есть разнообразные биотические связи. Они способствуют установлению численности популяции на некотором среднем уровне, снижению амплитуды её колебаний. Регулируют численность популяции как межвидовые, так и внутривидовые связи, то есть имеет место как межвидовая регуляция, так и внутривидовая регуляция (саморегуляция). Несмотря на изменяемую силу воздействия, полезные для популяции вида биотические связи (внутривидовые и межвидовые) способствуют только её росту. Что касается отрицательно действующих связей, они, конечно, ограничивают неконтролируемый рост популяции, но, в конечном итоге, тоже ей необходимы, поскольку способствуют совершенствованию вида, очищению популяции от слабых и больных особей, а, значит, лучшему её выживанию.

Примером саморегуляции численности популяции могут служить следующие примеры из мира животных. Многие насекомые (божьи коровки, колорадские жуки и др.) проявляют высокую плодовитость при их низкой численности (плотности) либо при повышенной смертности многих особей. И, наоборот, плодовитость снижается, если плотность, численность становятся высокими. Серые крысы, при низкой плотности их популяции и обилии пищи, относятся друг к другу дружелюбно, активно спариваются, делятся пищей, вылизывают друг другу раны. Всё это способствует быстрому росту их численности. Такое поведение крыс называется эффектом группы, или групповым эффектом. Напротив, при возрастании численности и плотности популяции поведение крыс меняется. Животные ощущают усиление конкуренции за ресурсы. Они становятся более агрессивными по отношению друг к другу (как выяснено, у них даже увеличиваются надпочечники), самки перестают подпускать к себе самцов, поедают новорождённых крысят (каннибализм). Это ведёт к снижению чрезмерной численности популяции. Такое поведение животных называют эффектом массы, или массовым эффектом (эффектом «скученности»).   

Важными внутривидовыми регулирующими факторами, влияющими на численность, плотность популяций животных и человека, являются их направленные перемещения - миграции: либо в данное местообитание извне – иммиграция, либо, наоборот, из данного местообитания в другие места – эмиграция. Их интенсивность и сама возможность осуществления зависит от ряда условий: плотности популяции, наличия корма, самих возможностей переходов, перелётов и т. п.

Антропогенные факторы могут действовать на популяции диких видов по-разному, в зависимости от конкретной ситуации. Но, в целом, регуляция численности популяций природных видов человеком осуществляется неудовлетворительно. Чаще деятельность человека ближе действию абиотических факторов (подумайте, почему).

Несмотря на колебания численности, любая популяция надёжно выживает, если её численность и плотность не выходят за рамки определённого диапазона, своего рода «коридора», задаваемого двумя показателями (см. рис. 9): минимальным порогом численности и так называемой предельной ёмкостью среды (или просто ёмкостью среды). 

Минимальный порог численности – это минимально допустимая численность популяции, которая может обеспечить её дальнейший рост, выживание и сохранение в сообществе. У разных видов и его разных популяций этот показатель может быть разным. Он зависит от биологических особенностей вида (особенно, его плодовитости), половой и возрастной структуры популяции и конкретных условий данной стации (местообитания). Например, для азиатской саранчи минимальный порог обычно составляет всего 2 особи (самец и самка). Такой же низкий порог для многих растений. Для таких животных, как копытные, для восстановления популяции порой недостаточно даже нескольких десятков особей, особенно, если в популяции преобладают старые особи, да ещё мужского пола. Если численность популяции станет ниже этого порога, популяции грозит неизбежное вымирание.

Предельная ёмкость среды – это, напротив, максимальная численность популяции, которая может длительно поддерживаться в данной стации. Зависит она от имеющихся здесь ресурсов, в первую очередь, наличия пищи. Если этот показатель превышен, особи начинают испытывать недостаток самого необходимого. В результате, возрастает их смертность, и вскоре численность популяции резко сокращается. Но при этом могут пострадать и другие виды - растений, животных, грибов. При высокой численности копытных травоядных животных, при превышении ими пастбищной ёмкости (см. урок 5) может также усилиться эрозия почвы из-за её интенсивного уплотнения копытами, разрушения гумусного слоя. В конечном итоге, может происходить опустынивание территории.

Размах (иначе – амплитуда) колебаний популяционных волн у разных видов и в разных условиях неодинаков. Это вызвано, в первую очередь, биологическими особенностями вида и степенью изменения условий жизни. Различают 3 типа динамики, или роста численности популяции.

 

1. Взрывной, или экспоненциальный тип динамики.

 

Наблюдается у видов с высокой плодовитостью и r-стратегией (вспомните предыдущий урок). График, отражающий такую динамику численности, выглядит как острые зубья пилы. Его пики и спады, соответствующие росту и снижению численности популяции, возникают примерно через одинаковые промежутки времени. Они вызваны изменениями солнечной активности. Если вы помните, пики солнечной активности (т. е. максимумы интенсивности электромагнитного излучения нашего светила) наблюдаются примерно раз в 11,5 лет. Соответственно, и минимумы этой активности возникают через такие же интервалы времени, в промежутках между пиками. Организмы видов с высокой плодовитостью, как оказалось, очень чувствительны к ЭМ – активности солнца. В годы с высокой активностью нашей звезды они как бы получают импульс, стимул к размножению. Такими видами являются многие травянистые растения, мышевидные грызуны, саранча, причём, рост биомассы растений дополнительно ведёт к росту численности и биомассы поедающих их плодовитых видов. Часто возникающее при этом превышение этими видами ёмкости среды ведёт к последующему резкому сокращению их численности. Но, ввиду того, что для восстановления исходной численности им может требоваться немного выживших особей, и происходит это быстро, через непродолжительное время наблюдается новый взрывной рост. И так – постоянно. Что мы и наблюдаем с азиатской саранчой или норвежскими леммингами, «взрывы численности» которых периодически ведут к образованию гигантских стай, миграциям и гибели по пути огромного количества особей. Так, перелёты азиатской саранчи приводят к сплошному уничтожению голодными особями встречаемых ими на пути зелёных растений. Но, при этом, всё равно большая часть насекомых гибнет от истощения. Такова биологическая программа подобных видов.

 

2. Плавный, или логистический тип динамики.

 

Наблюдается у видов с невысокой плодовитостью, обладающих К-стратегией, или у достаточно плодовитых видов, численность которых интенсивно регулируется другими видами. При такой динамике и при отсутствии существенного вмешательства человека либо других, катастрофических природных явлений, реальная численность популяции изучаемого вида никогда не только не выходит за пределы ёмкости среды и минимального порога, но и не приближается к крайним значениям. Показатели численности всегда находятся глубоко внутри «коридора» между допустимым минимумом и максимумом и меняются в течение времени плавно и не очень значительно (см. рис. 6). Жизнь таких популяций – наиболее стабильна и надёжна. К видам с такой динамикой в нормальных условиях можно отнести животных-хищников, виды крупных деревьев, некоторых копытных, зайцеобразных.

 

3. Промежуточный, или мальтузианский тип динамики.

 

Наблюдается у видов с достаточной плодовитостью, периодическим изменением в среде объёма природных ресурсов и хорошо регулируемых хищниками или паразитами, а также обладающих высокой степенью саморегуляции. Может иметь место у ряда видов копытных, серых крыс, видов рыб, некоторых растений. В случае изменения регулирующих факторов мальтузианская динамика может перейти в экспоненциальную или, реже, в логистическую.

По-прежнему окончательно не установлено, какова динамика роста численности человечества. Долгое время она была похожа на взрывную, и это тревожило учёных (объясните, почему?). И только в последние десятилетия появилась надежда, что всё не столь драматично, поскольку темпы роста численности вида Человек разумный замедлились. Сохранение численности человечества на планете на оптимальном уровне возможно только путём саморегуляции, поскольку прямое влияние на неё других организмов в настоящее время невелико.

Таким образом, роль регуляторов численности популяций очень важна и необходима. Особенно ярко это проявляется в хищничестве. Большая роль хищников в регулировании численности травоядных животных впервые достаточно ярко была показана в работах выдающегося английского учёного Чарлза Элтона. Далее мы рассмотрим это подробнее.  

              Рис. 9. Типы динамики численности популяции                 

                         

                  Контрольные вопросы и задания

 

1. В чём причина популяционных волн?

2. В чём состоит основное отличие ограничителей и стимуляторов численности популяции от её регуляторов?

3. Какова должна быть численность популяции для её нормального существования? Что произойдёт, если это условие нарушается? Ответ обоснуйте.

4. С каким популяционным эффектом можно сравнить поведение людей в переполненном общественном транспорте?

5. Перечислите типы динамики численности популяций. Как вы думаете, какова причина того, что у разных видов они могут отличаться?

6. Превышение предельной ёмкости среды для популяции любого вида имеет негативные последствия как для других видов биоценозов, так и для данного вида, для его чрезмерно размножившейся популяции. Попробуйте объяснить, почему же в природе экспоненциальный рост численности популяций, предполагающий возможность такого превышения, встречается нередко и для ряда видов является нормой?

7. Что стимулирует рост численности популяций у разных видов? Приведите примеры.

                                       

                             Углубим познания

 

1. Взрывы численности популяций небольших грызунов, обитающих в арктической зоне, за Полярным кругом – норвежских леммингов происходят с периодичностью один раз в 3-6 лет. Ускоренное их размножение наблюдается в годы с большим количеством пищи (мхов, лишайников, корней растений) и толстым снеговым покровом. Зверьки роют лабиринты подснежных ходов, начинают спариваться с середины зимы, и до конца лета самки приносят до 6 помётов детёнышей. Вновь родившиеся лемминги способны размножаться уже через 20 дней (!) после рождения, что и приводит к взрывному росту численности. Недостаток ресурсов, особенно пищи, приводит к массовым миграциям грызунов в новые места. Огромные нашествия леммингов периодически наблюдаются в селениях северной Норвегии. Уже рассмотренный нами массовый эффект приводит к дракам животных, временному прекращению их дальнейшего спаривания, гибели многих особей из-за поедания их разнообразными хищниками, падения их с береговых скал в море (в небольшие бухты - фьорды) вследствие, видимо, изменения поведения животных, уменьшения их осторожности. Похожая динамика численности наблюдается и у популяций многих других мышевидных грызунов в мире.

2. Минимальный порог численности популяции, индивидуальный для каждого вида в определённых условиях, в том или ином сообществе, обоснован в концепции минимального размера популяции (Дедю, 1990 г.)

3. Внутривидовая регуляция численности популяций подробно обоснована отечественным учёным Гиляровым в гипотезе саморегуляции популяций (1990 год), а также в работах Читти, С. С. Шварца. Впоследствии она была полностью подтверждена.

4. Рассмотренные нами закономерные явления, связанные с динамикой численности популяции, хорошо обобщает принцип агрегации особей Уарда Олли (принцип Олли, 1931 г.): «Скопление (агрегация) особей вида, хотя и приводит к усилению внутривидовой конкуренции, но способствует повышению жизнеспособности группы в целом. При этом перенаселённость и недонаселённость жизненного пространства может выступать в качестве лимитирующего фактора для популяции».

5. Большой вклад в изучение колебаний численности популяций животных, в частности, грызунов, внёс выдающийся отечественный зоолог и эколог Николай Иванович Калабухов (1908 – 1991). Он изучал взрывы численности грызунов степей Нижнего Поволжья, влияние различных факторов на эти процессы, в том числе, межвидовые взаимодействия. Его работы стали важным дополнением к работам Ч. Элтона.

6.

Фото 27.                Н. И. Калабухов

Передачу наследственных свойств организмов в популяциях исследовал уже упомянутый нами выдающийся отечественный учёный, зоолог, генетик, доктор биологических наук (1945) Сергей Сергеевич Четвериков (1880 – 1959). Помимо установления факта колебания численности популяций («волн жизни»), Четвериков впервые показал существование в них наследственных изменений - мутаций, которые, в большинстве своём, считал вредными, но иногда – и полезными, в случае изменения условий среды. Он считается основоположником современной эволюционной генетики, поскольку связал в своих работах закономерности естественного отбора в популяциях с динамикой эволюционного процесса. Главной его научной работой считается: «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926 год). По научной значимости многие её приравнивают к знаменитой работе Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами». Работа стала основой для современной синтетической теории эволюции в биологии. Был также замечательным зоологом, специалистом по бабочкам. В годы советской власти пострадал от политических обвинений, в 1929 году на несколько лет был выслан из Москвы. В 1948 году, на пике гонений против генетики и генетиков, прекратил заниматься наукой, оставшись верным своим взглядам до конца жизни.

 

                          Новые понятия, названия, термины

 

Динамика численности (роста) популяции. Популяционные волны (волны жизни). Типы динамики численности популяций: взрывной (экспоненциальный), плавный (логистический), мальтузианский. Факторы, влияющие на численность популяции: ограничители, стимуляторы, регуляторы. Отрицательная обратная связь. Регуляция численности: межвидовая, внутривидовая (саморегуляция). Эффект группы (групповой эффект), эффект массы (массовый эффект, эффект «скученности»). Миграции животных: иммиграция, эмиграция. Минимальный порог численности. Предельная ёмкость среды (ёмкость среды). Фьорды. Концепция минимального размера популяции. Гипотеза саморегуляции популяций. Принцип агрегации особей (принцип Олли). Работы «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», «Опыты над растительными гибридами».

 

 

Урок 2. Роль хищников и паразитов в регулировании численности популяции. Влияние антропогенного фактора на численность популяций и видов в целом. 

 

Фото 28. Чарлз Элтон

Важнейшими межвидовыми регуляторами численности популяций являются хищники и паразиты. Впервые роль хищников в этом процессе наглядно показал выдающийся английский учёный Чарлз Элтон в первой половине ХХ века. Находясь в 1925 году на севере Канады, он решил выяснить наличие связи в разные годы между численностью популяций канадской рыси и вида, являющегося её основным источником пищи – зайца-беляка. Ему удалось найти такую связь за прошедшие, до его визита, примерно 150 лет. Вы можете удивиться: как же это стало возможно? Элтон нашёл весьма остроумный путь решения этой задачи. Он направился в охотничью организацию – Компанию Гудзонова залива, логично предположив, что численность популяций любого вида промысловых животных (а зайцы и рыси издавна были объектом охотничьего промысла в этих местах) прямо пропорциональна количеству добываемых охотниками их шкурок. Тем более, что больших изменений в населении и числе местных охотников за этот период не произошло. Количество сданных шкурок фиксировалось в специальных журналах, и все они сохранились. В соответствии с полученными данными, с помощью итальянского математика Вито Вольтерра удалось построить графики изменения по годам количества сданных шкурок зайцев-беляков и рысей и сравнить их между собой. Получилась чёткая закономерность (см. рис. 10), которая была названа системой «хищник-жертва».  На графикехорошо видно, что в годы с низкой численностью и плотностью рысей через небольшой промежуток времени зайцы начинали интенсивно размножаться и увеличивали свою численность. Этому способствовали, по-видимому, хорошие урожаи съедобных для них растений на фоне малой численности выедающего их хищника. Рост численности зайцев приводил к улучшению питания рысей, лучшему их размножению и сохранению потомства. В результате, вскоре численность популяции рыси заметно возрастала. Примерно через 2 года после достижения зайцами пика своей численности число способных самостоятельно охотиться рысей тоже достигало своего пика. Хищники начинали интенсивно выедать популяцию зайцев, что приводило к быстрому снижению численности зайцев. Данное явление получило название «запаздывающая реакция хищника». Уменьшение количества зайцев и ухудшение, вследствие этого, питания рысей вело к росту абсолютной смертности хищников и снижению их рождаемости, а, главное, к росту смертности среди детёнышей.

Рис. 10. Канадская рысь и заяц-беляк (взаимодействие в системе «хищник- жертва»)

 

Как следствие – снижение численности популяции канадской рыси. А тут снова через какое-то время появляются хорошие кормовые ресурсы для зайцев, и вновь начинается рост их численности. Цикл колебаний численности двух взаимосвязанных популяций двух видов снова и снова повторяется, хотя, может быть, несколько с другими показателями. Кто кого здесь регулирует? Рыси – численность популяции зайцев, а зайцы – численность рысей. Эта регуляция – взаимная.

Почти одновременно с Элтоном и Вольтерра, даже немного ранее, в 1925 году французским учёным Альфредом Лотки была установлена похожая взаимная регуляция численности популяций кровососущих паразитов и копытных животных. Эта зависимость получила название система «паразит-хозяин».  Конечно, полученные графические зависимости в этих системах – не вполне однородные, симметричные и математически точные. Причина – в том, что на них как бы «накладываются» другие биотические, особенно пищевые связи этих видов. Ведь рысь может питаться не только зайцами (а ещё – белками, птицами), а зайцев добывают для пропитания не только рыси (а также лисы,волки, хищные птицы). Порой проявляется также и действие случайных и периодически действующих факторов. Интервал между максимумами и минимумами численности популяций многих видов обычно равен или близок периоду изменения солнечной активности – около 11,5 лет. Получается (о чём мы уже ранее говорили), что солнце как бы даёт начальный толчок этим колебаниям численности. Может возникнуть вопрос: а если бы популяции хищника вовсе не было, что бы произошло с популяцией зайцев? Могло бы это привести к их длительному процветанию в сообществе?         

Долгое время, ввиду имевшей место экологической безграмотности среди населения и даже учёных, считалось, что многие хищники, паразиты вредны и достойны поголовного уничтожения. До сих пор во многих районах мира, в том числе, и нашей страны стремятся, например, уничтожить как можно больше волков. В Индии, странах Африки всегда убивали леопардов, тигров, львов. Часто стреляют в хищных птиц. Оправданно ли это?

Оказалось, что уничтожение хищников в сообществе может привести к очень неприятным для него последствиям, не менее ужасным, чем интродукция новых видов. Убедиться в этом довелось североамериканским егерям-охотоведам на горном плато Кебаб, расположенном в северной Канаде. Данное событие произошло в начале ХХ века. На этом плато были поселены стада северных оленей, с целью организации там охотничьего заказника. Через какое-то время жадным организаторам показалось, что численность возникшей популяции оленей недостаточна (около 8 тысяч особей) и медленно возрастает. Причину нашли быстро: пумы, волки и койоты, обитавшие в местных лесах, которые активно охотились на оленей. Было решено освободить территорию заказника от этих видов, что и было достигнуто охотниками в весьма короткий срок. Действительно, численность оленьих стад после этого стала быстро возрастать, причём скорость роста увеличивалась с каждым годом в геометрической прогрессии. Преодолев 10-тысячную отметку, несмотря на проводимую охоту, популяция оленей увеличивалась стремительно. За несколько лет она превысила 30000 особей, затем достигла 50000, а когда дошла до 70000, начались последствия, вызвавшие тревогу и панику у организаторов угодий. Олени заметно попортили местные леса, переключившись с привычного лишайникового корма на кору и ветки деревьев. Стала усиливаться эрозия почвы в результате её прессования многочисленными копытами. После преодоления 70-тысячной численности (оказалось, что это была предельная ёмкость среды для оленей) в популяции возникла эпидемия заболевания, приводившего к поражению шёрстного покрова животных, их ослаблению и даже гибели. Голодные, исхудавшие олени метались по плато, как безумные, в поисках пищи. Добывать их далее многие охотники уже не хотели. Трупами оленей было усеяно всё плато. Часть сохранившихся стад совершила миграции через горные перевалы и стала уничтожать, буквально сметать на своём пути всю встречавшуюся растительность.

Численность их к этому времени достигла 100000 особей, и это означало переход популяцииоленей на другой, не свойственный им прежде тип динамики численности – экспоненциальный. Это уже не радовало охотоведов. Они поняли, что допустили огромную ошибку. Было решено вернуть на эту территорию, в этот опустошённый биоценоз прежних хищников, которых завезли из соседних районов. За несколько лет ситуация была взята ими под контроль. Популяция оленей оздоровилась и постепенно достигла оптимальной численности – около 22 тысяч особей. Примерно такая численность их сохранялась и до последнего времени. Рассмотренные нами ранее интродуцированные виды в новых для них биоценозах тоже размножались по взрывному типу из-за отсутствия там для них естественных регуляторов – хищников и паразитов. Люди постепенно начинают понимать, что нельзя нарушать природных связей, формировавшихся очень долгое время, часто – миллионами лет. Это чревато пагубными последствиями.

Драматическая история с оленями на плато Кебаб – не единственная в этом роде. Похожие события произошли по соседству, на Аляске (США), с оленями карибу, а также с чернохвостыми оленями в штате Аризона. Дальнейшие исследования показали, что, как ни странно, наличие хищников в ряде случаев не только не снижает численность популяций потенциальных жертв, но даже способствует её росту, хотя и в определённых пределах. Например, в реках, где водятся выдры, всегда есть рыба, но её численность, как правило, падает через несколько лет после полного отстрела выдр охотниками. Объясняется это тем, что в популяциях рыб начинают распространяться эпидемии, поскольку ослабленных, поражённых паразитами, болезнетворными микроорганизмами рыб просто некому поедать, и они быстрее заражают остальных, здоровых особей. Кроме того, потомство, полученное от слабых и больных особей, тоже имеет патологии в развитии. Со временем это может привести к снижению численности популяции, снижению здоровья её членов и даже к полному её вырождению. По существу, хищники выполняют роль чистильщиков, санитаров популяций животных, поедая, в первую очередь, больных и слабых, поскольку возможность догнать, схватить и умертвить их гораздо выше, чем здоровых и сильных. Проведённые наблюдения показали, что, например, из 18-20 попыток нападения львиц на антилоп гну лишь одна заканчивается успешно. Здоровые, сильные животные зачастую «не по зубам» желающим ими пообедать хищникам. С помощью хищников производится великий природный процесс – естественный отбор, способствующий сохранению, улучшению многих видов. Потенциальные жертвы совершенствуются в ходе эволюции вместе с самими хищниками, и это обеспечивает здоровье и долголетие этих видов в природе. Таким образом, полезная роль хищников сегодня уже не вызывает сомнения. Последствия уничтожения хищников-регуляторов численности ряда видов люди почувствовали даже в искусственных экосистемах – городах. Напрасное уничтожение в них некоторых видов хищных птиц (например, филинов в г. Ярославле) привело к массовому размножению серых ворон и многим неприятностям, связанным с их высокой численностью.

Логичен вопрос: а может ли человек быть эффективным регулятором численности популяций других видов? К сожалению, ответ на данный вопрос будет отрицательным, и уже приведённые факты это ярко демонстрируют. Люди зачастую просто не хотят заниматься регуляцией численности таких видов, как серая ворона или ими же интродуцированного борщевика Сосновского. А те виды, представителей которых они охотно добывают (например, в ходе охоты или сбора), подвергаются порой тотальному уничтожению. Дело в том, что возможности у человека и человеческого общества – намного выше, чем у диких хищников. На той же охоте, являющейся разновидностью хищничества, человек способен убить любое животное, а не только слабое и больное. Более того, постарается добыть лучших представителей вида, производя, тем самым, отрицательный искусственный отбор. То же обычно происходит при сборе красивоцветущих растений, многие виды которых исчезли во многих стациях по вине человека (в Центральном регионе России – более 40 видов), или же их популяции были сокращены, причём, оставшиеся особи – далеко не лучшие по своим качествам (размеру, величине, привлекательности цветков и т.п.).

Увы, современный человек редко об этом задумывается! А факты тревожат. Массовый и, порой, варварский сбор грибов и ягод в лесах и на болотах приводит к сокращению и вырождению их популяций, замене их в местах произрастания другими, менее ценными для человека видами, уменьшению в целом видового разнообразия сообществ.

К сожалению, экологическая сознательность и культура нашего населения, в силу недостаточной его образованности и соответствующего воспитания, пока – на довольно низком уровне. Путь к исправлению данной ситуации – длинный и долгий. Хочется надеяться, что вы внесёте свой посильный вклад в это важнейшее дело.

 

                         Контрольные вопросы и задания

 

1. На графике, отражающем изменение в течение времени численности популяций взаимодействующих хищника и жертвы, их популяционные волны в разные годы – разные. Более того, они не вполне правильной формы и не всегда параллельны друг другу. Чем это можно объяснить?

2. Почему реакция хищника на изменение численности жертвы – запаздывающая?

3. В чём причина произошедших экологических катастроф на плато Кебаб и, подобных ей, в других регионах Северной Америки и мира? Как вы думаете, что необходимо делать, чтобы предотвратить подобные события в дальнейшем?

4. Почему не следует уничтожать в биоценозах хищников?

                                                                    

                            Углубим познания

 

1. Сбор ценнейшей ягоды верховых болот Севера – клюквы болотной порой превращается в массовое уничтожение её природных плантаций. Алчные сборщики нередко нарушают допустимые сроки её сбора (собирают её в августе вместо сентября – ещё наполовину зелёной), надеясь на так называемое дальнейшее дозаривание (дозревание во время хранения) ягод и затем выгодную их продажу на рынке. Некоторые используют специальные совки для более быстрого заполнения своих ёмкостей. Применяют их при сборе как клюквы, так и голубики, черники, брусники, невзирая на то, что эти совки предназначены больше для снятия садовых ягод (смородины, крыжовника и т.п.). В результате, массово обрывая листья диких растений, алчные сборщики вызывают их ослабление, болезни, снижение и даже прекращение плодоношения этих растений в последующие годы. Страдают от этого и дикие животные. Сбор шляпочных грибов толпами горожан тоже часто приводит к сокращению их урожайности; гораздо реже затем могут в местах их паломничества встретиться плодовые тела таких ценных грибов как белый гриб, подосиновик, рыжик и др. Связано это с тем, что люди часто неправильно срывают грибы, травмируют их мицелий, да и просто топчут лесную почву, уничтожают лесную подстилку (из старых листьев), что выдерживают далеко не все виды грибов и растений. По-видимому, необходимо на законодательном уровне ужесточение правил сбора дикорастущих ягод и грибов, проведение предупредительно-разъяснительной работы, усиление соответствующего контроля в лесах и на болотах, а главное – введение серьёзных наказаний за нарушение этих правил.

Фото 29. Клюква болотная

2.Экологическая  непригодность человека как регулятора численности популяций, выражающаяся в его, в буквальном смысле, варварстве, проявляется и в таком факте. В 2019 году учёными было зафиксировано катастрофическое снижение численности популяции северных оленей на полуострове Таймыр. Если ещё пару десятков лет назад она достигала отметки в 417 тысяч особей, то теперь сократилась настолько, что от былых огромных стад остались жалкие группы, многие стада вообще исчезли. Виновны в этом люди, а, точнее, браконьеры, бесконтрольно и незаконно добывавшие оленей ради их рогов. Учёные бьют тревогу: необходимо срочно принимать меры по охране этих животных, иначе мы их вообще можем скоро потерять, как это уже не раз случалось с другими видами.

                           

                  Новые понятия, названия, термины

 

Системы «хищник – жертва» и «паразит-хозяин». Запаздывающая реакция хищника. Дозаривание ягод. Лесная подстилка. Браконьеры.

 

 

Урок 3. «Чёрный список» видов Красной книги. Причины исчезновения природных популяций растений и животных. Спасённые виды.

 

По данным экологов, за последние 400-450 лет исключительно по вине человека на Земле исчезло более 240 видов только крупных животных и весьма большое, но не вполне выясненное число видов растений. Большинство из них, по-видимому, навсегда утрачены в мировом генофонде (т.е. «банке наследственности») живой природы.

Из животных можно назвать тех же дронтов (см. урок 7), 3 вида которых португальцы уничтожили на Маскаренских островах за пару десятков лет, стеллерова баклана, огромную нелетающую птицу Мадагаскара моа, зебру кваггу, дикую лошадьтарпана, европейского тура, сумчатого волка и многих-многих других. Все эти виды входят в так называемый Чёрный список – список видов, исчезнувших с лица нашей планеты под действием антропогенного фактора. Без преувеличения можно сказать, что это – свидетельство человеческого позора. В современных изданиях Красной книги   (документа ООН, посвящённому сокращающимся и исчезающим видам) этот список стал её специальным разделом («чёрные страницы»).

Выяснено, что виды исчезают вследствие их прямой добычи человеком (на охоте, при сборе растений и грибов), из-за интродукции в их местообитания других видов, изменения параметров привычной среды обитания, в частности, из-за сокращения территории лесов, загрязнения природной среды, уменьшения кормовых и прочих ресурсов. Показательно и поучительно рассмотреть истории исчезновения с лица Земли стеллеровой коровы, бескрылой гагарки и странствующего голубя. 

Фото 30. Странствующий голубь

Рис. 11. Бескрылая гагарка

Стеллерова корова (морская корова) относилась к отряду сирен, являлась родственником тропических ламантинов – дюгоней. Это огромное морское животное достигало в длину 10-12 метров, обитало в Тихом океане, вблизи Командорских островов, питалось, в основном, бурыми водорослями наприбрежных мелководьях. Для человека морская корова не представляла никакой опасности, была безобидной и очень доверчивой. Взрослые животные всегда проявляли трогательную заботу о молодняке. Впервые всё это впервые увидели моряки с кораблей знаменитой экспедиции Витуса Беринга, до этого открывшей Берингов пролив. Произошло это в 1741 году. Вид описал присутствовавший на корабле натуралист немецкого происхождения Георг Стеллер, по фамилии которого и было названо новое животное. Описал он и разделившего в дальнейшем судьбу морской коровы  стеллерова баклана. Матросы команды незадолго до этого умершего в пути Беринга не трогали, не убивали понравившихся им животных, хотя уже испытывали дефицит продовольствия. Увы, не такова была реакция многих из тех, кто услышал их рассказ о морских коровах в Санкт-Петербурге, уже после завершения экспедиции. Этот рассказ стал приговором для вновь открытых животных. Ринувшиеся на острова охотники-авантюристы за короткое время (менее 30 лет) полностью уничтожили популяцию этого эндемичного вида (т.е. вида, встречающегося на небольшой, ограниченной географической территории), используя его как легкодоступный источник съедобного мяса и жира. Почти одновременно был уничтожен и стеллеров баклан. Человеческая алчность и жестокость неоднократно проявляла себя «во всей красе» и по отношению ко многим другим видам животных, впрочем, также и растений. Бескрылую гагарку, крупнейшую нелетающую птицу Арктики и Северной Атлантики уничтожили с особым цинизмом. Именно этих птиц англичане впервые назвали пингвинами, а их антарктические собратья получили данное название позднее. На бескрылых гагарок охотились ради мяса, яиц, пуха и перьев, убивая их, как и дронтов, палками. Уже в начале ХIX века численность этих птиц резко сократилась, остатки былых популяций сохранились только на южном побережье Исландии. Промысел на них был вскоре запрещён, однако, как бы в ответ, рыночная цена на этот «товар» резко поднялась, и браконьеры добили последних гагарок за несколько десятилетий. История американского странствующего голубя просто шокирует. Эти растительноядные птицы, жившие в Северной Америке, размножались в огромном количестве, перемещались гигантскими стаями, иногда мигрируя на очень большие расстояния в поисках семян и плодов. До первой половины XIX века встречались стаи с численностью особей в несколько миллиардов (!). Местные жители (в основном, потомки европейских переселенцев) сбивали летящих на небольшой высоте птиц (около 4 – 6 м) палками, стреляли в стаи из пушек, солили их тушки в бочках и скармливали затем свиньям. Как впоследствии признавались американцы, «никто не думал, что они исчезнут». Однако, численность странствующих голубей резко сократилась во второй половине XIX века, огромных и даже просто больших стай больше не наблюдалось. Вышедшие запоздалые запреты охоты на этих птиц не помогли кардинально исправить ситуацию. По-видимому, минимальный, критический порог численности популяций был к тому моменту перейдён, и вид уже не мог самостоятельно восстановиться. В 1914 году, в зоопарке американского города Цинциннати, умерла последняя странствующая голубка по кличке Марта. Её чучело до сих пор хранится в местном краеведческом музее как немой укор всему человечеству. Уже в 21 веке, в марте 2018 года был усыплён, по причине тяжёлой болезни, последний экземпляр северного подвида белого носорога – крупнейшего на планете. В дикой природе этих животных безжалостно уничтожали браконьеры из-за высокой цены на носорожьи рога, порошок которых применяется в тибетской медицине. Прошло сообщение, что в одной из лабораторий сумели получить два эмбриона этого подвида носорога, но вырастить их до возраста детёныша, способного жить и питаться самостоятельно, крайне непросто. В 2019 году было объявлено, что в Китае вымерла исполинская саламандра. Так и хочется воскликнуть: «Люди, остановитесь, что же вы творите!» Виды животных нередко исчезали не по причине их прямого истребления человеком, а из-за нарушения, сильного изменения привычной среды обитания. Так, например, случилось с новозеландской птицейразноклювой гуйей, которая исчезла по причине вырубки переселенцами из Европы лесов, в которых она обитала, и организации на их месте овечьих пастбищ. Загрязнение пресных водоёмов бытовыми и промышленными сточными водами привело к резкому сокращению и даже полному уничтожению в них многих чувствительных видов рыб (например, лососёвых ), моллюсков, ракообразных. Численность многих из них сегодня восстановлена лишь частично. Но не только животные исчезали с лица Земли по вине человека, есть в этом списке и растения. Правда, установить факт полного исчезновения какого-либо вида растения часто удаётся далеко не сразу, поскольку растения могут произрастать в труднодоступных местах и оставаться незамеченными, где-то могут сохраняться их всхожие семена, поэтому учёные не спешат с выводами относительно исчезновения растений. Тем не менее, уже установлено, что к настоящему времени с лица Земли исчезли сотни, а, может, и тысячи видов растений. Например, в списке безусловно исчезнувших видов находятся: полынь баргузинская, чий блестящий, астрагал норвежский, подорожник Крашенинникова, лапчатка волжская, гудайера ползучая. В областях центральной России за последние 60-70 лет из местной флоры исчезло более 40 видов красивоцветущих растений, которые подвергались массовому сбору экологически не образованными людьми. Многие виды растений, животных, грибов, в том числе, и в нашей стране, находятся на грани полного уничтожения, но о таких видах мы поговорим при изучении следующих разделов нашего курса, при рассмотрении международного документа - так называемой Красной книги (поговорим о ней позднее). Сохранение видов растений и грибов было бы возможно, если бы люди не собирали их последние экземпляры в природе, сохраняли бы часть из них для размножения. Справедливости ради следует сказать, что некоторые виды, уже находившиеся на грани уничтожения, всё-таки удалось, хотя и с огромным трудом, спасти. К ним относятся американский бизон, беловежский зубр, европейский бобр, европейский лось (да, да, этот ныне широко распространённый в наших лесах вид!) и ряд других. Данные виды – на особом контроле учёных, ведь опасная ситуация с их численностью вполне может повториться, если не следить за их популяциями. Очень хочется, чтобы мы не допускали больше потерь диких видов животных и обеднения прекрасной природы нашей планеты. Каждый природный вид не зря возник в ходе эволюции, он занимает в экосистемах свою экологическую нишу, влияет на такой показатель экосистемы как её устойчивость, но об этом мы поговорим немного позднее.

                               

Контрольные вопросы и задания

1. 1. Каковы причины исчезновения видов на планете?

2. 2. Почему изменение привычной среды обитания может привести к исчезновению вида?

  Фото 31. Спасённый беловежский зубр

 

3. Перечислите известные вам исчезнувшие виды растений, животных, грибов.

4. Предложите меры по предотвращению исчезновения других видов, находящихся у «опасной черты».

 

                           Углубим познания

 

1. Популяции некоторых видов сокращаются, организмы гибнут по не вполне понятным причинам, но, безусловно, в большинстве случаев, вследствие изменения среды обитания под влиянием тех или иных, чаще всего, антропогенных факторов. В Северной Америке неоднократно фиксировались случаи массовой гибели стай перелётных чёрных дроздов. Возможная причина этого – изменение сети магнитных полей, по которым ориентируются птицы из-за мощного электромагнитного фона, создаваемого различными антеннами, линиями электропередач, радиолокационными станциями, иначе говоря – по причине электромагнитного загрязнения среды. Другой классический пример – массовый выброс китообразных (китов, дельфинов, косато к), а иногда – и других животных из моря на берег, что стало нередким явлением в последние десятилетия. До сих пор точная причина этого не установлена. Но высказываются аргументированные предположения о связи данного явления с загрязнением морей опасными веществами либо с их шумовым загрязнением, которое создаётся подводными судами, взрывами и другими источниками.

2. Печальное явление зафиксировано в 2019 году в Южной Африке; там вдруг сразу погибли все старые баобабы – величественные деревья саванн, с удивительно толстыми стволами. Погибли деревья, возраст которых либо приближался к 2000 –летнему рубежу, либо превышал его. В том числе, в этом грустном списке – любимый баобаб знаменитого путешественника Давида Ливингстона. Бесспорно, данная трагедия с множеством однотипных деревьев не может быть случайным совпадением. Некоторые учёные предполагают, что основной причиной этого может быть изменение климата. Автору представляется более вероятным попадание в грунтовые воды какого-нибудь опасного для баобабов пестицида, поскольку эти ядохимикаты сегодня широко применяются в сельском хозяйстве «чёрного континента». Погибли именно те деревья, у которых были более глубокие корни и, при этом, они имели ослабленную, в силу возраста, устойчивость к таким воздействиям. Впрочем, точные причины всех названных событий пока остаются не установленными.

 

                       Новые понятия, названия, термины

 

 Чёрный список. Красная книга. «Чёрные страницы» Красной книги.

              

 

                       Краткие обобщения по теме 

 

1. Любая популяция проявляет непостоянство (динамику) численности и других своих характеристик во времени. Динамика численности (популяционные волны) вызвана периодическими изменениями условий существования особей в популяции. Вследствие биологических особенностей вида, тип динамики может быть экспоненциальным, логистическим или мальтузианским.

2. Факторы, влияющие на численность популяции, делят на две группы: 1) не имеющие отрицательной обратной связи с достигаемым результатом (ограничители и стимуляторы) и 2) имеющие отрицательную обратную связь с полученным результатом воздействия (регуляторы). К первой группе факторов относятся абиотические факторы, ко второй – биотические.

3. Регуляция численности популяции может осуществляться за счёт действия межвидовых и внутривидовых взаимодействий особей (связей). Во втором случае это – так называемая саморегуляция. Важными проявлениями саморегуляции являются групповой и массовый эффекты. Биотические связи, несмотря на изменяемую силу воздействия, влияют на популяцию соответственно приносимой ей пользе либо вреду: полезные способствуют росту численности, а отрицательные – её сокращению, которое избирательно и, в конечном итоге, тоже необходимо.

4. В идеальном варианте численность популяции не должна выходить за рамки «коридора», создаваемого двумя показателями: минимальным порогом численности и предельной ёмкостью среды, которые отличаются у разных видов и в разных условиях существования. Снижение численности ниже минимального порога грозит популяции вымиранием, исчезновением, а превышение ёмкости среды – к дефициту ресурсов, неизбежному затем резкому снижению численности популяции и значительному ущербу сообществу и экосистеме.

5. В природных сообществах часто устанавливаются механизмы взаимной регуляции численности популяций взаимодействующих видов. Особенно наглядно это проявляется в системах «хищник – жертва» и «паразит-хозяин».

6. Интервал между пиками максимумов и минимумов численности популяций составляет обычно около 11,5 лет, что соответствует периоду изменения солнечной активности (электромагнитной активности солнца).

7. Виды-регуляторы численности других видов (особенно, хищники) абсолютно необходимы в природе, проводя своеобразную санитарную чистку популяций этих видов, способствуя нормальному ходу естественного отбора. При их отсутствии подлежащий регулированию вид размножается чрезмерно, численность его популяции превышает предельную ёмкость среды, что приводит затем к неизбежным негативным последствиям как для этого вида, так и для сообщества и экосистемы в целом.

8. Современный человек – плохой регулятор численности популяций природных видов. Это связано, например, с тем, что он может уничтожать либо угнетать жизнедеятельность любых особей, а не только больных и слабых, как это делают дикие хищники и паразиты. Он может полностью уничтожить другой вид или заметно подорвать его численность. Охота, массовый сбор дикорастущих растений, грибов и ягод не способствуют проявлению полезного естественного отбора. Напротив, часто осуществляется отрицательный искусственный отбор, что выражается в ухудшении наследственных качеств некоторых видов и ведёт к снижению их численности. Только повышение экологической образованности и культуры населения могло бы в дальнейшем изменить к лучшему эту печальную ситуацию.

9. За последние примерно полтысячи лет с лица Земли по вине человека исчезла почти четверть тысячи видов только крупных животных, не до конца установленное число видов растений.

10. В этом «чёрном списке» дронт, бескрылая гагарка, зебра квагга, нелетающая птица Мадагаскара моа, странствующий голубь, стеллерова корова, стеллеров баклан, чёрныйэму, австралийский земляной попугай, сумчатый волк, северный белый носорог и многие-многие другие виды животного царства. Из растений можно считать утраченными полынь баргузинскую, чий блестящий, астрагал норвежский, подорожник Крашенинникова и ряд других видов.

11. Причинами их исчезновения являются прямое уничтожение человеком животных, сбор красивоцветущих растений в дикой природе, а также изменение их привычной среды обитания (птица разноклювая гуйя), загрязнение природной среды.

12. Каждый природный вид необходимо сохранять, он занимает в экосистемах свою важную экологическую нишу.

13. Можно сформулировать ряд правил экологической грамотности с целью сохранения природных видов растений, грибов, животных:

1) Никогда не собирать в лесах, на лугах, в степях, на болотах и на территории других экосистем. легко уязвимые красивоцветущие растения, редкие грибы (их следует знать «в лицо»), особенно, если их количество там незначительно, всегда оставлять «резерв» для их размножения, причём не из самых худших (т. е. мелких и слабых) экземпляров;

2) Отказаться от запрещённой охоты и рыбной ловли (следует быть в курсе таких запретов);

3) При отсутствии острой необходимости не создавать шум, не беспокоить животных криками, громкой музыкой, петардами и другими неуместными звуковыми воздействиями;

4) При обнаружении детёнышей, птенцов не трогать их, немедленно покинуть территорию обнаружения; помощь оказывать только в случае наличия раненых экземпляров либо при очевидном отсутствии у них родителей.