Гомеостаз популяции

Популяции организмов обладают способностью к естественному регулированию численности (плотности). Плотность популяции при более или менее значительных колебаниях остается в устойчивом состоянии между своим верхним и нижним пределами, что обеспечивается действием определенных приспособительных механизмов.

Тенденция популяций поддерживать внутреннюю ста­бильность с помощью собственных регулирующих меха­низмов называется гомеостазом, а колебания численнос­ти популяций в пределах какой-то средней величины -их динамическим равновесием. Все биологические системы характеризуются способностью к гомеостазу, т.е. к саморе­гуляции. С помощью саморегуляции поддерживается в це­лом существование каждой системы - ее состав и структу­ра, внутренние связи и преобразования в пространстве и во времени.

Гомеостатическими являются, прежде всего, отдельные осо­би, а затем популяции. Саморегулирующиеся системы не замкнуты, они активно взаимодействуют с внешней средой и, следовательно, подвержены изменениям. Саморегуляция - необходимое приспособление организмов для поддержания жизни в постоянно меняющихся условиях. Саморегулирова­ние популяции осуществляется действующими в природе двумя взаимно уравновешивающимися буферными силами. С одной стороны, это биотический потенциал, составляю­щий совокупность всех факторов, способствующих увеличе­нию численности популяции, а с другой - это сопротивле­ние среды - совокупность факторов, снижающих числен­ность популяции (рис. 3.6).

Изменение численности зависит от целого ряда факторов среды – абиотических, биотических и антропогенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно влияющий на рождаемость, смертность, миграцию особей и т.д. Это так называемые регулирующие факторы. Они работают по принципу обратной отрицательной связи: чем значительнее численность, тем сильнее срабатывают механизмы, обуславливающие ее снижение, и наоборот, – при низкой численности сила этих механизмов ослабевает, и создаются условия для более полной реализации биотического потенциала.

Рис. 3.6. Равновесное состояние популяции, определяемое

соотношением факторов, увеличивающих или снижающих

ее численность

Факторы, регулирующие плотность популяции, делятся на зависимые и независимые от плотности. Зависимые от плотности факторы изменяются вместе с изменением плотности, к ним относятся биотические факторы. Независимые от плотности факторы остаются постоянными с изменением плотности, это абиотические факторы.

Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей численности, при которой на изменении численности популяции сказывается изменение качества особей.

Выделяют три механизма торможения роста численности популяций:

1) при возрастании плотности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность;

2) при возрастании плотности усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны, и смертность увеличивается;

3) при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции, например, быстро размножающиеся особи заменяются медленно размножающимися.

Примером регулирующих факторов являются взаимоотношения организмов типа «хищник – жертва», «паразит – хозяин» и конкуренция. Высокая численность жертвы создает условия (пищевые) для размножения хищника. Последний, в свою очередь, увеличив численность, снижает количество жертвы. Численность обоих видов в результате этого носит синхронно-колебательный характер.

Действие регулирующих факторов можно рассматри­вать на уровне межвидовых и внутривидовых (внутрипопуляционных) взаимоотношений организмов. К межвидовым механизмам гомеостаза относятся взаимоотношения хищ­ник - жертва, паразит - хозяин и конкуренция. Конку­ренция лежит и в основе внутрипопуляционного гомеоста­за. Она может проявляться в жестких и смягчающих фор­мах. Жесткие формы заканчиваются гибелью части особей.

Например, в растительном мире внутривидовая конку­ренция проявляется в самоизреживании фитоценозов. Па стадии всходов и молодых растений в лесных сообществах на 1 га насчитывается до нескольких сотен тысяч древесных рас­тений. К возрасту спелости (100 - 120 лет для хвойных видов и 50 - 70 лет для лиственных) число экземпляров обычно не превышает 1000 на 1 га, но чаще - несколько сотен. Осталь­ные погибают в результате острой конкуренции.

В животном мире результат острой внутривидовой борь­бы проявляется в форме каннибализма (поедания себе по­добных). Например, явления каннибализма характерны для некоторых грызунов, личинок насекомых (майского жука), хищных рыб - щук, окуней, корюшки, трески, на­ваги и других.

Смягченные формы внутривидовой конкуренции прояв­ляются обычно через ослабление части особей, выключение их из процессов размножения.

Регуляция поддерживает численность популяции в пределах определенных границ, а при нарушении этих границ приводит к тому, что численность стремится вернуться в эти пределы. Это свидетельствует о важнейшей роли популяции как в генетико-эволюционном смысле, так и в чисто экологическом, как элементарной единицы эволюционного процесса, и об исключительной важности событий, протекающих на этом уровне биологической организации. Понимание механизмов регуляции численности популяций чрезвычайно важно для возможности управления этими процессами.

Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов. Причины этого в чрезмерном истреблении особей, ухудшении условий жизни вследствие загрязнения окружающей среды, беспокойства животных, особенно в период размножения, сокращение ареала и т.д. В природе нет и не может быть «хороших» и «плохих» видов, все они необходимы для ее нормального развития. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения биологического разнообразия. Сокращение генофонда живой природы может привести к трагическим последствиям. Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) издает «Красную книгу», где регистрирует следующие виды: исчезающие, редкие, сокращающиеся, неопределенные и «черный список» безвозвратно исчезнувших видов.

В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: правильное ведение охотничьего хозяйства и промыслов (установление сроков и угодий охоты и отлова рыбы), запрещение охоты на некоторые виды животных, регулирование вырубки леса и др. В то же время деятельность человека создает условия для появления новых форм организмов или развития старых видов, к сожалению, часто вредных для человека: болезнетворных микроорганизмов, вредителей сельскохозяйственных культур и т.д.

Таким образом, поскольку в настоящее время нарушения гомеостатических механизмов вызываются в большинстве случаев антропогенными факторами, то одной из важнейших задач человека является исключение или резкое снижение действия подобных факторов.