Экология популяций

Популяция – это элементарная группировка организмов определённого вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Популяция – это совокупность особей одного вида, обладающая общим генофондом и занимающая определённую территорию. В экологии популяция рассматривается как элементарная единица процесса микроэволюции, способная реагировать на изменения среды перестройкой своего генофонда.

Группы популяций, обладающих характерными только для них особенностями строения, физиологии и поведения, образуют сложную биологическую систему, называемую видом.

Основным свойством биологических систем, в том числе и популяций, является их динамичность и разнообразие. По структурно-функциональным признакам популяции принято делить на элементарные, экологические и географические.

Элементарная популяция – это совокупность особей одного вида, занимающая какой-то небольшой участок однородной площади или объёма.

Экологическая популяция – это совокупность элементарных популяций.

Географическая популяция слагается из экологических популяций и включает группу особей, заселяющих территорию с географически однородными условиями существования. Если под влиянием специфических факторов географическая популяция приобретает устойчивые особенности, выделяющие её из соседних популяций такого же уровня, то она называется географической расой или подвидом.

Основными параметрами популяции являются численность и плотность.

Численность популяции – общее количество особей на данных территории или объёме. Численность всегда переменна в результате постоянного изменения соотношения «размножение (плодовитость) – смертность».

Плотность популяции – количество особей либо биомассы в единице площади или объёма.

Все популяции стремятся к расселению, которое может быть случайным (равномерным) и групповым. Случайное расселение происходит только в однородной среде.

Групповое расселение наиболее развито и происходит при изменении условий среды, обеспечивая популяции высокую устойчивость к неблагоприятным условиям существования.

Динамика численности и плотности популяции значительно зависит от плодовитости, смертности и способности совершать миграции. Средняя величина плодовитости каждого вида определилась исторически как приспособление, обеспечивающее пополнение убыли популяции. В благоприятных условиях плодовитость ниже, нежели в неблагоприятных условиях, т.к. в последнем случае возрастает смертность (количество особей, погибших за определенный период).

Различают три типа смертности:

– смертность одинаковая во всех возрастах встречается очень редко и только у популяций, постоянно находящихся в оптимальных условиях;

– повышенная гибель особей на ранних стадиях развития характерна для большинства растений и животных;

– повышенная гибель взрослых (в основном старых) особей наблюдается у проходных рыб, нерестящихся один раз в жизни, и насекомых.

При несбалансированности рождаемости и смертности, а также в результате изменения условий среды происходят миграции особей. При этом, например, может устраняться избыток особей в одной популяции и компенсироваться недостаток их в другой популяции.

В зависимости от соотношения «рождаемость–смертность» популяции по численности могут быть стабильными, растущими и сокращающимися. При этом происходят периодические и непериодические колебания численности популяций под влиянием абиотических и биотических факторов среды – популяционные волны. Соотношение плодовитости и смертности в популяции зависит от её возрастной структуры. Каждой популяции свойственны группы разновозрастных особей разного пола, причём возрастной и половой состав популяции тесно взаимосвязаны.

Плотность популяции имеет определенный оптимум, при отклонении от которого начинают срабатывать механизмы ее внутрипопуляционной регуляции. Регуляция численности популяций у различных видов животных и растений осуществляется по-разному. Так, например, у многих насекомых при увеличении плотности популяции уменьшаются их размеры, снижается плодовитость, возрастает смертность личинок, куколок и т.п.; часто при этом стимулируется каннибализм, например, характерный для некоторых рыб. Многие виды используют для регуляции плотности популяции эмиграцию – выселение части особей в менее предпочтительные для них места обитания. Широко используется Природой внутривидовая конкуренция за ограниченные жизненные ресурсы как один из механизмов регуляции численности популяции.

Регуляция численности и плотности популяций различных видов вызвана необходимостью устойчивого развития сообществ организмов и биоценозов в целом.

Многие виды животных нормально развиваются только при объединении в группы, так как это облегчает им поиск и добычу пищи, защиту от врагов. При этом в группе наблюдается тесное общение при помощи запахов, звуков, специфики поведения и т.п., что обеспечивает взаимный обмен информацией и рост эффективности функционирования группы и её членов. Самое сильное проявление эффекта группы свойственно общественным насекомым (пчелы, муравьи и др.), однако механизм этого явления до конца не изучен.

Различные приспособления организмов в конечном итоге направлены на повышение вероятности выжить и оставить потомство. Среди множества приспособлений выделяется комплекс признаков, называемых экологической стратегией – общая характеристика роста и размножения данного вида (темп роста особи, время достижении половозрелости, плодовитость, периодичность размножения и др.). Экологические стратегии разнообразны, однако можно выделить 2 крайних типа:

– r -стратегия (отбор на повышение скорости роста популяции в периоды её низкой плотности);

– k -стратегия (отбор на повышение выживаемости при высокой плотности популяции, приближающейся к предельной).

Для r -стратегов характерно быстрое достижение половозрелости, высокая численность мелких потомков, небольшие размеры особей, незначительная продолжительность жизни и тенденция к расселению; этот тип экологической стратегии распространён там, где среда изменяется непредсказуемо.

k -стратеги развиваются медленно, особи имеют крупные размеры, обладают бóльшей продолжительностью жизни, производят небольшое количество таких же крупных потомков; этот тип экологической стратегии распространён в стабильных или закономерно изменяющихся условиях среды.

Популяции организмов, используя многочисленные, в том числе и вышерассмотренные механизмы, обладают способностью к естественному регулированию плотности. Действие механизмов саморегулирования их основано на том, что поступление энергии, необходимой для выживания той или иной популяции, не превышает некоторый уровень и сохраняет, таким образом, размеры популяции.

Тенденция живых систем, в том числе и популяций, поддерживать внутреннюю стабильность с помощью собственных регулирующих механизмов называется гомеостазом, а колебание численности популяций в пределах какой-то средней величины – их динамическим равновесием.

Важным механизмом саморегуляции, проявляющимся в переуплотненной популяции, является стресс-реакция (от англ. stress – напряжение). Если на популяцию воздействует какой-то сильный раздражитель, то она отвечает на него неспецифической реакцией, которая и называется стрессом. Формы стресса в природе различны, среди них можно выделить следующие: антропический (у животных под действием деятельности человека); нервно-психический (при несовместимости индивидуумов в группе или при переуплотнении популяции); тепловой; шумовой и др.

При стрессах часто происходят физиологические изменения, угнетающие рождаемость, повышающие смертность, агрессивность и т.п. явления.