2014-02-02
6108
Экологическая структура популяции – это ее состояние в данный момент времени:
- количество и плотность расселения особей;
- их размещение в пространстве;
- соотношение групп по полу и возрасту;
- морфологические, поведенческие различия и т.д.
2.1. Популяции характеризуются численностью и плотностью. Численность популяции – это общее число особей, проживающих на данной территории. Плотность популяции – количество особей популяции, приходящееся на единицу площади или объема. Например: 150 деревьев сосны на 1 га леса; 0,5 г циклопов на 1 л воды. Плотность популяции может изменяться, колеблясь вокруг среднего значения. Если плотность популяции резко возрастет, то вид начинает расширять границы ареала. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не встретятся препятствия. Если плотность популяции снижается и становится ниже предельного значения, включаются биологические механизмы саморегуляции численности, т.е. природный механизм поддержания жизни вида. Плотность популяции определяется экологической емкостью окружающей среды.
Существует несколько методов определения численности популяций:
1- тотальный учет. Применяется для крупных организмов (пример- бизоны в открытой степи) или для организмов, которые собираются в период размножения в большие группы (пример – морские птицы, тюлени).
2- метод пробных участков (называются трансекты). Количество трансектов, на которые разбивается ареал вида, определяется критериями статистической обработки данных, т.е. данная выборка должна статистически достоверно отображать численность данного вида.
3- метод мечения с последующим отловом. Применяется для подвижных животных.
4- метод без взятия проб. Применяется для неподвижных организмов (деревья). Пример – подсчет количества деревьев методом случайных точек. Из них определяется расстояние до ближайших деревьев по направлению 4-х сторон света. Плотность деревьев на единицу площади оценивают по среднему расстоянию.
Следующая важная характеристика популяции – характер расселения особей. Различают три типа расселения: а)- случайное, б)- равномерное, в)- групповое. Случайное расселение наблюдается там, где среда однородная и организмы не стремятся объединяться в группы. Равномерное расселение встречается там, где сильная конкуренция или антагонизм. Групповое расселение наблюдается чаще всего в живой природе у тех видов, у которых есть тенденция образовывать группы определенной величины (пары у животных). Распределение групп часто приближается к равномерному. Три вида расселения:
Падение плотности популяции ниже определенного значения может привести к гибели популяции, если процессы воспроизведения особей будут намного ниже процессов вымирания особей.
2.2. Популяции характеризуются рождаемостью и смертностью.
Рождаемость – скорость восстановления популяции, т.е. число новых организмов, которые родились за определенный период времени (за год). Различают два вида рождаемости: абсолютная рождаемость (АР) и удельная рождаемость (УР). Пример: на 10000 населения родилось 400 детей. АР = 400; УР= 4%. Удельную рождаемость часто относят не к общему числу особей, слагающих популяцию, а к числу физиологически способных к размножению организмов. В человеческом обществе репродуктивный возраст определяется от 15 до 45 лет женского населения.
Смертность – количество особей популяции, которые погибли за определенный период времени (за год). Различают три типа смертности. К 1-му типу относится смертность, одинаковая для всех возрастных групп. Число особей в таких популяциях с возрастом сокращается по экспоненте (рис.2.2.1)
В природе данный тип смертности встречается крайне редко и только у видов, проживающих в оптимальных условиях. Второй тип – отличается повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития. Наблюдается у большинства растений и животных. Максимальная гибель растений наблюдается на стадии прорастания семян, у животных – в личиночной стадии или в молодом возрасте. Третий тип смертности – повышенная гибель взрослых особей, главным образом старых. Наблюдается у насекомых, личинки которых обитают в древесине, почве, то есть в благоприятных условиях.
2.3. Возрастная структура популяций – это наличие в популяции различных возрастных групп. Спектр этих групп определяется длительностью жизни особей и может быть бедным или богатым. Различают три экологических возраста организма: 1-предрепродуктивный, 2- репродуктивный и 3 – пострепродуктивный. Соотношение между группами 1-2-3 определяет тип популяции, будет она стабильная, растущая или убывающая. В растущей популяции преобладают особи 2-го возраста. В сокращающейся популяции преобладают взрослые особи 3-го возраста. Для разных видов соотношение между группами 1-2-3 бывает различное. Например, у бабочек-поденок 1-й тип возраста длится несколько лет, репродуктивный период – всего несколько дней, а 3-й вообще отсутствует. Самый большой спектр возрастных групп имеет дуб, у которого 2-й репродуктивный возраст длится несколько сотен лет. Каждый год пополняется возрастной спектр популяции дуба.
Половая структура популяции – возрастная и половая структуры популяции тесно взаимосвязаны. Эта структура существует у видов, имеющих разнополые организмы. Большинство растений и некоторые низшие животные являются гермофродитами, т.е. размножаются однополым путем. Высшие животные размножаются половым путем, при участии двух родителей. Т.к. млекопитающие могут оплодотворять несколько самок, то важную роль для сохранения вида играет общее количество взрослых самок. Только некоторые виды на период размножения создают стабильные пары, которые могут существовать несколько лет (волки, медведи, лебеди). В человеческом обществе, в отличие от животного мира, эти вопросы регулируются этикой. Шведская семья – маленькая коммуна, где жены, мужья и дети – общие. На Востоке у мусульман согласно Корану разрешено многоженство. На территории европейских государств согласно принципам христианской морали существует моногамия.
Соотношение полов в популяциях может быть различным в различных возрастных группах. Например, на 100 девочек рождается 106 мальчиков. К 15 годам соотношение выравнивается 1:1. В группе старше 50 лет на 100 женщин приходится 85 мужчин. От соотношения численности репродуктивной группы к численности 2-й и 3-й групп зависит устойчивое развитие вида. В популяциях, в которых в результате преобладания процессов размножения сложилась ситуация переуплотнения, включаются биологические механизмы регуляции численности. Например, период полового созревания увеличивается во времени; или количество потомства от одной особи резко сокращается; или уменьшается вес личинок и большая часть потомства становится слабой и погибает и т.д.
2.4. Полиморфизм популяций – Популяции обладают сложной структурой. Структуру популяции можно определить по разным признакам.
1- Возрастные группировки - особи разных возрастов занимают различные экологические ниши. Пример – личинки живут в воде, а взрослые особи – в наземно-воздушной среде. У растений такого четкого разделения возрастных групп нет.
2- Половые группировки: Образуются на основе морфологических различий мужских и женских особей. Пример – диморфизм у животных – рога у самцов, развитые подкожные прослойки жира у самок.
3- Фазовые группировки – существуют у видов, имеющих различные фазы. Пример – у саранчи одиночная и стадная фазы. В стадной фазе у особей появляются крылышки, а у самок резко снижается численность потомства. Если самка одиночной фазы откладывает 1200 яиц, то самка стадной фазы – до 300.
4- Функциональные группировки - их возникновение связано с тем, что различные группы особей выполняют различные функции. Пример – в пчелиной семье есть рабочие пчелы, матка.
Значение полиморфизма: наличие внутри популяции различных группировок, которые обладают специфическими чертами и занимают различные экологические ниши, помогает снять внутривидовую конкуренцию. Полиморфизм дает широкие возможности для приспособления к изменяющимся условиям окружающей среды, что позволяет популяции существовать неограниченно длительное время.
Эффект группы – Внутри популяции образуются устойчивые группы, размер которых зачастую пропорционален размеру особей. Устойчивое стадо африканских слонов обычно состоит из 25 особей. Волчьи стаи – из 40 волков. Наиболее продуктивны стада северных оленей, насчитывающие до 250 особей. Пчелиные семьи бывают от 10 тыс. до 50 тыс. пчел. Эффект группы проявляется в том, что животным легче добывать корм, обороняться, выращивать потомство. Члены группы общаются между собой при помощи сигналов, имеющих в своей основе звук, свет, цвет, запах.
3. Динамика популяций. Скорость изменения численности популяции определяет ее главные особенности: продолжительность существования; способность конкурировать; возможность расселения.
Скорость роста численности популяции – это количество организмов, на которое она увеличивается за данный промежуток времени.
где M- величина популяции (например, число особей)
t – время (мес., год)
Рост популяции характеризуется двумя противоположными явлениями – рождаемостью и смертностью, к которым можно добавить эмиграцию и миграцию. В зависимости от динамики процессов рождаемости и смертности различают три типа популяций: а) стабильные, б) растущие и в) сокращающиеся популяции.
В стабильной популяции сбалансирована интенсивность процессов рождаемости и смертности. В природе стабильных популяций практически не бывает, они встречаются как переходный этап при колебаниях популяций от растущих к сокращающимся и наоборот.
Растущие популяции – те, у которых преобладают процессы рождаемости над гибелью особей. Численность популяций может резко возрастать до наступления момента массового размножения. Пример – популяция колорадского жука, который попал во Францию и за 40 лет расширил свой ареал до Урала.
Сокращающиеся популяции – те, в которых процессы смертности преобладают над рождаемостью. Обычно популяции сокращаются после вспышки массового размножения вследствие переуплотнения популяций, т.е. когда лимитирующим фактором становится или пища или жизненное пространство. Пример – сезонное размножение грызунов, когда численность популяции возрастает в 300-500 раз. Затем резко падает число потомства и численность сокращается.
