Содержание:
- 1. Ареал и экологическая ниша вида
- 2. Популяции и их основные характеристики
- 3. Структура популяций
- 4. Динамика популяции
Ареал и экологическая ниша вида
Ареал — часть поверхности суши или акватории, в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития особи данного вида (рода, семейства или определенного типа сообщества).
Эндемик — вид, занимающий незначительную территорию.
■ Примеры эндемиков: реликтовые растения гинкго и метасеквойя, утконос, ехидна, кистеперая рыба латимерия.
❖ Причины эндемизма:
■ географическая изоляция (на океанических островах, в горных районах или изолированных водоемах);
■ климатические и почвенно-грунтовые условия;
■ биотические факторы (конкуренция, хищничество, симбиоз).
Космополит — вид, встречающийся на большей части обитаемых областей Земли, распространенные повсеместно.
■ Примеры космополитов: сорняки (подорожник большой, пастушья сумка и др.), водные и болотные растения (ряска, рогоза), а также комнатная муха, городской воробей, серая крыса и другие животные, расселяющиеся вслед за человеком.
❖ Факторы, влияющие на формирование и особенности ареала:
■ экологическая пластичность вида;
■ его способность к размножению и расселению;
■ исторический возраст;
■ скорость видообразования.
Сплошной ареал — это ареал, в пределах которого особи вида встречаются во всех подходящих для их жизни местообитаниях.
Прерывистый ареал — это ареал, распадающийся на несколько разобщенных территорий, настолько удаленных друг от друга, что обмен пыльцой или спорами между растениями или миграция животных, обитающих на этих территориях, невозможны.
Экологическая ниша вида — это комплекс условий жизни вида, т.е. совокупность всех факторов среды (в том числе микроклимата), в пределах которых вид может существовать в природе.
■ Два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу, поэтому один из видов или создает новую экологическую нишу, или исчезает.
Популяции и их основные характеристики
Популяция — это совокупность особей одного вида, в течение длительного времени населяющих определенную часть ареала, относительно обособленных от других групп особей того же вида и взаимодействующих между собой (конкурирующих, помогающих друг другу, свободно скрещивающихся и т.п.).
■ Популяция — элементарная форма существования и эволюции вида.
■ Каждая популяция может существовать только в определенных экологических условиях: при определенной температуре, влажности, составе атмосферы, гидросферы, наличии кормовых ресурсов, конкурентов, паразитов и т.п.
Роль популяций в эволюции: благодаря пространственной разобщенности популяций вид существует в разнообразных условиях среды и подвергается действию естественного отбора разной интенсивности и в разных направлениях, что приводит к образованию новых разновидностей, подвидов и видов организмов.
Основные характеристики популяций: ареал, численность, плотность, рождаемость, смертность, пространственная, экологическая, половая и возрастная структуры, генетическая разнородность.
Численность популяции — это общее число особей в популяции. Она определяется абиотическими (климатические условия), биотическими (количество корма, хищников, вредителей, паразитов) и антропогенными факторами (применение ядохимикатов, неконтролируемая охота и т.п.) и зависит от интенсивности размножения, гибели особей и их миграции (перехода из одной популяции в другую).
Численность стабильной популяции ограничена максимальным и минимальным значениями.
■ Максимальная численность популяции определяется ресурсами среды (количеством пищи, воды и т.п.).
■ Минимальная численность популяции составляет не менее нескольких сотен особей. При меньшей численности любая случайная причина (пожар, наводнение, засуха, сильные морозы и др.) может привести к вымиранию популяции.
Гомеостаз популяции — свойство популяции поддерживать свою численность на некотором оптимальном среднем уровне.
Плотность популяции — среднее число особей, приходящихся на единицу площади или объема пространства, занимаемого популяцией.
При увеличении численности особей плотность популяции, как правило, возрастает. Она может остаться неизменной лишь при расширении ареала за счет расселения особей.
Регуляция плотности популяций достигается:
■ у растений — за счет внутривидовой конкуренции, приводящей к саморазреживанию (при этом изменяется не только плотность, но и вегетативная мощность отдельных особей);
■ у животных посредством сложных поведенческих и физиологических механизмов и проявляется лишь в случаях ограниченности ресурсов среды и невозможности их поиска на других территориях (в небольших водоемах, где нет других видов рыб, взрослые окуни питаются собственной молодью).
Рождаемость (абсолютная) — число новых особей в популяции, появившихся за единицу времени в результате размножения.
Удельная рождаемость — среднее количество особей, родившихся в популяции за единицу времени в расчете на 1, 100 или 1000 особей популяции. Этот показатель позволяет сравнивать скорость рождаемости в популяциях с разной численностью.
Величина рождаемости каждого вида определилась исторически как приспособление для восполнения убыли популяций и зависит от:
■ соотношения полов в популяции (ее половой структуры);
■ соотношения возрастных групп (ее возрастной структуры);
■ частоты репродуктивных циклов (циклов размножения);
■ плодовитости особей (которая, в свою очередь, зависит от степени развитости заботы о потомстве и обеспечения яиц питательными веществами).
Обычно рождаемость в каждой популяции уравновешена характерной для нее смертностью.
Биотический потенциал характеризует теоретически возможное число потомков от одной пары (или одной особи) за определенный промежуток времени (например, за весь жизненный цикл или за год).
■ Примеры: численность многих насекомых и ракообразных (тли, дафнии) за год.может увеличиться в 1010-1030 раз; численность крупных млекопитающих даже при самых благоприятных условиях за год может возрасти лишь в 1,05-1,1 раза.
Смертность (абсолютная) определяется числом особей, погибших (от хищников, болезней, паразитов, генетической и физиологической неполноценности, старости и т.п.) в популяции за единицу времени.
Удельная смертность — количество особей, погибших в популяции за единицу времени в расчете на одну особь.
■ Смертность зависит от влияния неблагоприятных абиотических факторов, болезней, количества и активности хищников и паразитов.
Кривая выживаемости — график, показывающий процент особей, доживших до того или иного возраста.
Типы выживаемости организмов (определяются смертностью особей).
■ повышенная гибель особей в ранний период жизни (у рыб);
■ равномерная гибель особей на всех периодах жизни (у гидр, некоторых червей и др.);
■ доживание особей до предельного возраста и массовая гибель на поздних периодах жизни (большинство насекомых); встречается реже; приводит к вспышкам размножения.
Структура популяций
Пространственная структура популяции характеризует особенности размещения особей на занимаемой территории. Она зависит от численности популяции и ее возрастной и половой структуры, может меняться в течение года и определяется свойствами местообитания и биологическими особенностями вида.
❖ Типы пространственной структуры популяций:
■ случайное распределение по территории;
■ равномерное распределение по территории;
■ групповое распределение, когда особи живут в группах: семьях, стадах, колониях, гаремах. Это распределение встречается наиболее часто, поскольку помогает лучше защищаться от хищников, искать и добывать корм.
Экологическая структура характеризует отношение различных групп организмов одной популяции к условиям окружающей среды (например, особи одной популяции растений различаются размерами, количеством листьев и цветков, не одновременно зацветают, их плоды созревают также не одновременно и т.д.).
■ Такое различие особей позволяет популяции сохраниться в целом при наступлении различных неблагоприятных условий, хотя та или иная часть особей при этом может погибнуть.
Половая структура выражает соотношение количеств мужских и женских особей в популяции. Оно, как правило, отличается от соотношения 1:1, определяемого генетическим механизмом, что объясняется в основном разной жизнеспособностью мужских и женских особей.
■ Преобладание доли самок над самцами обеспечивает более интенсивный рост численности популяции.
■ Так как самцы и самки многих видов отличаются по характеру питания, поведению и т.п., то изменение половой структуры популяции в той или иной степени меняет ее роль в экосистеме.
■ В популяциях человека соотношение полов при рождении составляет 100 девочек на 106 мальчиков, к 18-летнему возрасту оно становится равным 1:1, к 50 годам на 100 женщин приходится 85 мужчин, к 80 годам соотношение по полу становится 2 : 1 (100 женщин на 50 мужчин).
Возрастная структура популяции отражает соотношение различных возрастных групп в популяции. Она зависит от продолжительности жизни особей, времени наступления их половой зрелости, числа потомков в помете, количества потомств за сезон и др.
■ Присутствие в популяции большого количества особей младших возрастных групп свидетельствует о ее благополучии. Преобладание в популяции старых особей говорит о том, что данная популяция завершает свое существование.
■ Возрастная структура отражает приспособительный характер особей, так как сопротивляемость среде у особей разных возрастов неодинакова (взрослые майские жуки живут несколько недель, а их личинки в почве — три года).
❖ Типы экологического возраста:
■ дорепродуктивный;
■ репродуктивный;
■ пострепродуктивный.
Динамика популяции
Прирост популяции — это разница между рождаемостью и . смертностью. Он может быть положительным (численность популяции увеличивается) и отрицательным (численность популяции уменьшается).
Темп роста — средний прирост популяции за единицу времени. У большинства видов он зависит от плотности популяции. Наиболее высокий темп роста наблюдается при определенной оптимальной плотности популяции или при попадании популяции в новую, незанятую экологическую нишу.
Рост численности. Любая популяция, если ее не лимитируют факторы внешней среды (ограниченность ресурсов, болезни, хищники и т.п.), теоретически способна к неограниченному росту численности. В этом случае темп (скорость) роста популяции зависит только от величины биотического потенциала, а сам рост численности популяции происходит в геометрической прогрессии (по экспоненте) и называется экспоненциальным.
Условия экспоненциального роста. Реально экспоненциальный рост численности популяции может происходить лишь в течение ограниченного промежутка времени в следующих случаях:
■ популяция находится в условиях избытка ресурсов среды (пищи, мест размножения) и не испытывает воздействия неблагоприятных факторов;
■ популяция попадает в новые условия, где у нее нет врагов и конкурентов (пример: кролики в Австралии);
■ популяция существует в искусственно созданных лабораторных условиях (бактерии, дрожжи и др.).
Рост численности популяции приводит к увеличению ее плотности. Но цо .мере увеличения плотности популяции начинает сказываться ограниченность ресурсов среды, и условия для размножения и роста особей становятся менее благоприятными, что приводит к замедлению роста численности популяции.
Логистический тип роста популяции — тип роста при ограниченных ресурсах, характеризующийся снижением темпа роста по мере увеличения плотности популяции.
Емкость среды — оптимальная плотность популяции в конкретных условиях среды.
■ Если плотность популяции соответствует емкости среды, то численность популяции будет колебаться около среднего уровня.
■ Если’плотность популяции превышает емкость среды, то численность популяции и ее плотность уменьшаются.
Регуляция численности популяции. Две группы факторов, влияющих на численность популяции:
■ модифицирующие, не зависящие от плотности популяции (это, как правило, абиотические факторы среды; например, суровая зима приводит к гибели зверей и птиц, кормящихся на земле, и др.);
■ регулирующие, зависящие от плотности популяции (как правило, это различные биотические факторы: рождаемость, смертность, миграции, поведенческие факторы, исчерпание ресурсов среды и др.).
Миграции — это закономерные суточные или сезонные перемещения животных между существенно различными, пространственно разобщенными средами обитания. Они вызываются изменением условий существования в местах обитания или изменением требований животных к этим условиям на разных стадиях развития.
Роль миграций:
■ позволяют организмам в течение определенного времени использовать оптимальные условия среды в тех местах, где постоянное проживание организмов этого вида невозможно;
■ приводят к освоению новых биотопов и расширению общего ареала вида;
■ приводят к обмену особей между популяциями, что может изменить их структуру и основные свойства, предотвратить гибель популяции, находящейся на грани вымирания, или, наоборот, привести ее к резкому сокращению;
■ увеличивают единство и общую устойчивость вида;
■ способствуют успеху в борьбе за существование.
В отсутствие миграции изменение численности популяции зависит от соотношения величины рождаемости и смертности.
Примеры физиологических и поведенческих факторов, регулирующих численность и плотность популяции:
■ при большой плотности популяции у некоторых видов животных (у грызунов) в крови повышается концентрация гормона адреналина, вызывающего агрессивность (драки) и различные гормональные расстройства (у самок может происходить рассасывание эмбриона), что в итоге приводит к сокращению численности популяции;
■ химическое взаимодействие особей (напр!имер, головастики выделяют в воду вещества, задерживающие рост других головастиков);
■ мечение (секретом пахучих желез, царапинами на деревьях, пением самцов птиц и т.п.), охрана индивидуального участка территории и недопущение размножения на нем «чужих» особей позволяют наиболее рационально использовать пространство, занимаемое популяцией. Избыточная часть популяции при этом не размножается или вынуждена выселяться за пределы занятого пространства.
Множественность механизмов регуляции численности приводит к тому, что в природе очень редко происходят катастрофический рост численности, подрыв ресурсов (нехватка пищи, убежищ, пространства) и гибель популяции.