Тест : “Экологическая ниша

Рисунок 1.

Разные виды травоядных поедают траву на разной высоте в африканских саваннах (верхние ряды) и в степях Евразии (нижние ряды) (по Ф. Р. Фуэнте, 1972; Б. Д. Абатурову, Г. В. Кузнецову, 1973)

В наших зимних лесах насекомоядные птицы, кормящиеся на деревьях, также избегают конкуренции друг с другом за счет разного характера поиска. Например, поползни и пищухи собирают пищу на стволах. При этом поползни стремительно обследуют дерево, быстро схватывая попадающихся на глаза насекомых или семена, оказавшиеся в крупных трещинах коры, тогда как мелкие пищухи тщательно обшаривают на поверхности ствола малейшие щелки, в которые проникает их тонкий шиловидный клюв.

 

Зимой в смешанных стайках большие синицы ведут широкий поиск на деревьях, в кустах, на пнях, а часто и на снегу; синицы-гаички обследуют преимущественно крупные ветви; длиннохвостые синицы ищут корм на концах ветвей; мелкие корольки тщательно обшаривают верхние части крон хвойных.

Муравьи существуют в природных условиях многовидовыми ассоциациями, члены которых различаются по образу жизни. В лесах Подмосковья чаще всего обнаруживается такая ассоциация видов: доминантный вид (Formica rufa, F. aquilonia или Lasius fuliginosus) занимает несколько ярусов, в почве активен L. flavus, в подстилке леса – Myrmica rubra, напочвенный ярус осваивают L. niger и F. fusca, деревья – Camponotus herculeanus. Специализация к жизни в разных ярусах отражается в жизненной форме видов. Кроме разделения в пространстве, муравьи отличаются и по характеру добывания пищи, по времени суточной активности.

В пустынях наиболее развит комплекс муравьев, собирающих пищу на поверхности почвы (герпетобионтов). Среди них выделяются представители трех трофических групп: 1) дневные зоонекрофаги – активны в самое жаркое время, питаются трупами насекомых и активными днем мелкими живыми насекомыми; 2) ночные зоофаги – охотятся на малоподвижных насекомых с мягкими покровами, которые появляются на поверхности только ночью, и на линяющих членистоногих; 3) карпофаги (дневные и ночные) – поедают семена растений.

 

Конкурирующие виды, обитающие совместно, для ослабления конкуренции часто «разделяют» имеющиеся ресурсы. Типичный пример — деление на животных, активных днем, и проявляющих свою активность ночью. Летучие мыши (каждое четвертое в мире млекопитающее принадлежит к этому подотряду рукокрылых) делят воздушное пространство с другими охотниками на насекомых — птицами, используя смену дня и ночи. Правда, у летучих мышей есть несколько относительно слабых конкурентов, таких как совы и козодои, которые также активны ночью.

Похожее разделение экологических ниш на дневную и ночную «смены» наблюдается у растений. Одни растения распускают цветки днем (большинство дикорастущих видов), другие — ночью (любка двулистная, душистый табак). При этом ночные виды испускают еще и привлекающий опылителей запах.

Экологические амплитуды некоторых видов бывают очень малы. Так, в тропической Африке один из видов червей живет под веками гиппопотама и питается исключительно слезами этого животного. Более узкую экологическую нишу трудно себе представить.

 

Лекция 5. Экология популяций.

Популяция, её структура и свойства. Основные характеристики и параметры популяции. Кривые выживания. Кривые роста популяции. r и k стратегии.

Популяция – это исторически сложившаяся естественная совокупность особей данного вида, связанных между собой определёнными взаимоотношениями и приспособлением к жизни в условиях определённого района.

Различают географические и экологические популяции.

Географическая популяция – это группа особей одного вида, населяющие территории с однородными условиями существования.

Экологическая популяция – это группа особей одного вида, находящихся в таких условиях, где любые две могут явно вероятно скреститься друг с другом.

Экологическая популяция является подсистемой географической популяции. Каждая популяция имеет определённую структуру: возрастную, пространственную и др. Каждая популяция имеет определённую численность и амплитуду колебаний этой численности.

Все живые организмы существуют только в форме популяций. Изучение структуры и динамики популяций имеет большое практическое значение. Не зная закономерностей жизнедеятельности популяций нельзя обеспечить разработку научно обоснованных инженерных мер приятии по рациональному использованию и охране природных ресурсов.

В общем случае популяцией называют совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией (панмиксия).

Популяция, по мнению академика С.С. Шварца, дирижирует свою судьбу, дирижируя физиологическим состоянием слагающих индивидов. Это очень важное положение, подчеркивающее сложно внутрипопуляционных процессов, взаимоотношений между особями, слагающими популяцию.

Каждая популяция имеет определенную структуру: возрастную (соотношение особей разного возраста), сексуальную (соотношение полов), пространственную (колонии, семьи, стаи и т.п.). Кроме того, каждая популяция, обитающая в том или ином месте, имеет определенную численность и амплитуду колебаний этой численности. Структура популяции, ее численность и динамика численности опре­деляется экологической нишей данного вида, а именно: соответствий ем условий местообитания (т.е. режима факторов среды) требования (т.е. толерантности), слагающих популяцию организмов.

Поэтому, прямо или косвенно влияя на животный и растительный мир, человек всегда воздействует на популяции, меняет их параметры и структуру, зачастую нарушая их соответствие реальным режимам экологических факторов. В ряде случаев это может привести к гибели популяции. Типичный пример — резкое снижение численности многих животных которые ныне занесены в Красную книгу и рассматриваюткак исчезающие или находящиеся на грани уничтожения. Крайний случай — это уничтожение (генотип) вида, особенно если вид состоит из одной популяции. Так прошло со стеллеровой коровой, странствующим голубем, европейским быком — туром.

Основные параметры популяции — ее численность и плотность.

Численность популяции — это общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Плотность популяции – это численность популяции, отнесённая к единице площади или объёма.

Численность популяции – это количество особей данного вида в популяции.

Численность популяции не бывает постоянной, и колеблется в том или ином пределе.

В любой природной системе поддерживается та численность особей в популяциях обитающих здесь животных и растений, которая в наибольшей степени отвечает интересам воспроизводства. Режим численности зависит от постоянно действующих регулирующих (управляющих) экологических факторов.

Популяции могут быть более или менее многочисленными: у одних видов они представлены десятками экземпляров, у других — десятками тысяч. Популяции бактерий или простейших в активном иле аэротенков (устройство для чистки сточных вод) состоят из мил­лиардов особей.

Численность бактерий в аэротенке или биофильтре определяет качество работы этих сооружений. В сельском и лесном хозяйстве от численности растительноядных видов зависит наносимый ими ущерб. Не зная фактической численности и состояния популяций редких и исче­зающих видов, невозможно вести работу по их охране и воспроизводству.

Для того, чтобы сравнить численность одной и той же популя­ции в разные отрезки времени, например, в разные годы, пользуются таким относительным показателем, как плотность популяции.

Так плотность популяции лося и других теплокровных животных определяется количеством особей, приходящихся на 10 тыс. га.

заселение почвенных беспозвоночных соотносится с квадратным метром. При характеристике популяций микроорганизмов в активно иле используют количество особей в 1 см³.

Зная изменение плотности во времени или пространстве, можно установить, увеличивается или уменьшается численность осе. Динамика плотности популяций отражает сложные закономерности взаимоотношений между различными животными, между животными и растениями, поскольку все они являются биотическими факторами отношению друг к другу. Плотность может зависеть и от колебаний абиотических факторов среды. Для каждого вида существуют оптимальными пределы плотности его популяций. Варьирование плотности в объеме каждой популяции зависит от состояния всей экологической системы.

Численность и плотность популяции — не случайные величины. Они предопределены не только режимами экологических факторов в данное время, но и всем предшествующим развитием данной популяции, предыдущих поколений в том или ином сообществе принято говорить, что объем популяции определяется стациальной (с — местообитание) емкостью экосистемы для представителей попу; данного вида или емкостью места локализации экологической ниши.

Колебания численности живых организмов, населяющих или иную экологическую систему, имеют очень важное значение человека, поскольку многие животные и растения являются объектами его хозяйственной деятельности или причиной какого-либо ущерба. Поэтому знание закономерностей динамики численности популяций необходимо для прогнозирования возможных нежелательных явлений и внесения в случае необходимости корректив в эту динамику! целью управления ею.

Изменение численности особей в популяции влияет на плотность. Если плотность изменяется в практически постоянном объем стации, увеличение численности особей возможно лишь до определенного предела, который допускает емкость экологической ниши, конкретный момент времени численность особей в популяции дает ее рождаемость и смертность. В зависимости от соотношения этих показателей говорят о балансе популяции. Если рождаемость выше, чем смертность, то популяция численно растет и наоборот.

Рождаемость популяции — численно выраженная способность популяции к увеличению, или количество особей, родившихся за определенный период.

Эта способность зависит от множества факторов: соотношение в популяции самцов и самок, количества половозрелых особей, плодовитости, числа поколений в году, обеспеченности кормом, или погодных условий и др. Низкая плодовитость, характерная для видов, которые проявляют большую заботу о потомстве, и, наоборот, высокая плодовитость говорит о плохих условиях выживания. Например рыба-луна, которая совершенно не заботится о своем потомствеоткладывает порядка 300 млн. икринок. Такие заботливые родители как горбуша и корюшка откладывают 1500 и 100 икринок, соотственно. Они охраняют икру и личинки от вредных внешних воздействий и от уничтожения ее хищниками. Некоторые насекомые способны давать 2-3 поколения в год, т.е. 2-3 раза в году откладывают яйца в количестве нескольких сотен; мышевидные грызуны, с пеиодом беременности около месяца и коротким периодом становле­ния половой зрелости, дают 5-6 поколений; крупные теплокровные животные вынашивают плод несколько месяцев, достигают способно­сти к воспроизводству на 3-4-й год и рождают всего 1-2 детенышей. Бактерии и простейшие, размножающиеся делением, повторяют этот акт многократно в течение нескольких часов.

Итак, если в популяции имеется 500 способных к размноже­нию особей (N₀ = 500) и в течение 10 дней (ДТ =10) родилось 50 но­вых (AN₀ = 50), то рождаемость составит Р = 50: 10 = 5, или в пере­счете на одну особь Р = AN₀ / (AT-N₀) = 50 / (10-500) = 0,01.

Смертность популяции (С) — это количество особей, погибших за определенный период. Она бывает очень высокой и изменяется в зависимости от ус­ловий среды, возраста и состояния популяции. У большинства видов смертность в раннем возрасте всегда бывает выше, чем у взрослых особей. Однако встречаются и такие виды, у которых смертность приблизительно одинакова во всех возрастах или преобладает у особей старших возрастов  

Факторы смертности очень разнообразны. Она может быть вызвана влиянием абиотических факторов (низкие и высокие темпе туры, ливневые осадки и град, избыточная и недостаточная влажность и др.). биотическими факторами (отсутствие корма, инфекционные заболевание, враги и т.д.), в том числе и антропогенными (загрязнение окружающей среды, уничтожение животных, вырубка деревьев и др.).

Учитывая в тех или иных практических задачах численность популяции, всегда имеют дело с выжившими на данный момент времени особями. Поэтому фактической характеристикой состояния популяции является выживаемость. Под выживаемостью понимается доля особей в популяции, доживших до определенного момента времени или до возраста размножения. Кривые выживания, отображают естественную смертность в каждой популяции.

У людей в первой половине жизни процент смертности незначителен, затем резко возрастает. Нечто похожее — у дрозофилы и большинства насекомых. У гидры, у чайки — смертность постоя» на протяжении всей жизни. У устрицы — высокий процент смертности у молодых особей и низкий у пожилых.

У большинства видов продолжительность жизни самок на 1 го больше, чем самцов.

Если поместить популяцию в стабильную среду, из которой искусственно изъяты все ограничивающие факторы, то численность популяции будет возрастать по экспоненциальному закон.

Естественный прирост популяции можно представить отношением числа особей, на которое увеличилась популяция за единицу времени к начальному значению ее численности.

Таков случай человеческой популяции, зависимость численности которой от времени описывается экспонентой, во всяком с. до настоящего времени.

Опыт показывает, что люди являются исключением — никакой другой вид животных не следует этому закону. Существуют ограничивающие факторы, которые приводят количество особей каждого „да к оптимальному значению, совместимому со средой его обитания.

Например, если при очень благоприятных условиях популяция дает вспышку размножения, то начинают складываться условия кон­куренции между особями. Тогда для популяции выгодно, чтобы часть особей перестала размножаться и рост численности замедлился. Такие механизмы в природе работают очень четко.

Возьмем грызунов. На каком-то этапе их размножения, при определенной плотности внутри сообщества, начинают обостряться внутренние отношения — из-за территории, из-за самок. Агрессивные формы отношений начинают преобладать над коммуникативными. Возникает обстановка стресса, который может увеличить гибель особей в популяции или блокировать поступление в кровь половых гормонов. Не обязательно это происходит через стресс, есть и другие механизмы.

Нередка и противоположная картина: если чрезмерно распло­дились хищники или мало корма, то популяция резко сокращается. Тогда включаются механизмы, стимулирующие размножение.

Мы сталкиваемся с этим в реальной жизни. Например, вед борьбу с грызунами с помощью ядов. Стопроцентного уничтожен» вредителей никогда не удается достичь. Кто-то засел в норе, кто-то был за пределами зон обработки. И вот эти уцелевшие единичные представители через некоторое время, усиленно размножаясь, увеличивают численность популяции.

Следовательно, всегда существует предельно высокая (К) низкая (М) численность и плотность популяции, переступить которую для популяции невозможно, рис. 1.

В этом случае возможны два варианта дальнейшей динам» данной популяции:

1. Численность стабилизируется и в целом ее динамика будет характеризоваться так называемой логистической (S — образно кривой).

2. После достижения предела К наступает массовая гибель особей, возвращающая численность популяции к некоторому нижнему пределу, после чего нарастание может начаться вновь. Подобные колебания численности около среднего значения (пределы биотической загруженности среды) типичны для многих животных.

 

 

Лекция№6

Основные характеристики популяций

Численность и плотность – основные параметры популяции.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном

объеме. Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади

  В природе происходит постоянные колебания численности и

плотности.

Динамика численности и плотности определяется в основном

рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели,

характеризующие изменение популяции в течение определенного периода:

месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их

обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную. Абсолютная

рождаемость – это количество новых особей, появившихся за единицу

времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному

числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число

детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется

многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида

(скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона,

соотношение самцов и самок в популяции).

Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) В

идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное

количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими

особенностями вида.

ПРИМЕР. Одуванчик за 10 лет способен заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена

прорастут. Исключительно обильно семеносят ивы, тополя, березы, осина, большинство сорных растений.

Бактерии делятся каждые 20 минут ив течение 36 часов могут сплошным слоем покрыть всю планету. Очень

высока плодовитость у большинства видов насекомых и низка у хищников, крупных млекопитающих.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество

особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует

скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости,

хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности

популяции.

Стабильные, растущие и сокращающиеся популяции. Популяция

приспосабливается к изменению условий среды путем обновления и замещения

особей, т.е. процессами рождения (возобновления) и убывания (отмирания),

дополняемыми процессами миграции. В стабильной популяции темпы

рождаемости и смертности близки, сбалансированы. Они могут быть

непостоянны, но плотность популяции незначительно отличается от какой-то

средней величины. Ареал вида при этом ни увеличивается, ни уменьшается.

 

В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для

растущих популяций характерны вспышки массового размножения, особенно у

мелких животных (саранча, 28-точечная картофельная коровка, колорадский жук,

грызуны, вороны, воробьи; из растений – амброзия, борщевик Сосновского в северной

республике Коми, одуванчик, прилипало гималайское). Нередко растущими становятся

популяции крупных животных в условиях заповедного режима (лоси в

Магаданском заповеднике, на Аляске, олень пятнистый в Уссурийском заповеднике, слоны в национальном парке Кении) или интродукции (лось в Ленинградской области, ондатра в Восточной Европе, домашние кошки в отдельных семьях). При переуплотнении у растений начинается дифференциация особей по размерам и жизненному

состоянию, самоизреживание популяций, а у животных (обычно совпадает с

достижением половой зрелости молодняка) начинается миграция на

сопредельные свободные участки.

Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается

сокращающейся. Чаще всего неумеренно растущими бывают популяции

нежелательных видов, сокращающимися – редких, реликтовых, ценных, как в

экономическом, так и в эстетическом отношении.

3. Структура и динамика популяций

Динамика и состояние популяции согласуются с их возрастной и половой

структурой.

Возраст ная структура отражает скорость обновления популяции и

взаимодействие возрастных групп с внешней средой.

В жизненном цикле особей обычно выделяют три возрастных периода:

предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Для растений

характерен еще период первичного покоя, который они проходят в стадии

поящихся семян. Каждый из периодов может быть представлен одной (простая

структура) или несколькими (сложная структура) возрастными стадиями.

Простой возрастной структурой обладают однолетние растения, многие

насекомые. Сложная структура характерна для разновозрастных популяций

деревьев, для высокоорганизованных животных. Чем сложнее структура, тем

выше приспособительные возможности популяции.

Возрастная структура животных (классификация по Г.А. Новикову):

- новорожденные – до момента прозревания;

- молодые – подрастающие особи, "подростки";

- полувзрослые – близкие к половозрелым особям;

- взрослые – половозрелые животные;

- старые – особи, переставшие размножаться.

Возрастная структура растений (классификация Н.М. Черновой, А.М.

Быловой) в геоботанике:

- покоящиеся семена;

- проростки (всходы) – растения первого года жизни, многие из них живут за

счет питательных веществ в семядолях;

- ювенильные – переходят к самостоятельному питанию, но размерами и

морфологически еще отличаются от взрослых растений;

- имматурные – обладают переходными признаками от ювенильных к взрослым

растениям, еще очень малы, у них идет смена типа нарастания, начинается ветвление

побегов;

- виргинильные – "взрослые подростки", могут достигать размеров взрослых

особей, но регенеративные органы отсутствуют;

- молодые генеративные – характерно наличие генеративных органов,

завершается формирование облика, типичного для взрослого растения;

- средневозрастные генеративные – отличаются максимальным годичным

приростом и максимальной репродуктивностью;

- старые генеративные – растения продолжают плодоносить, но у них

полностью прекращаются рост побегов и образование корней;

- субсенильные – плодоносят очень слабо, идет отмирание вегетативных

органов, новообразование побегов идет за счет спящих почек;

- сенильные – очень старые, дряхлые особи, появляются черты ювенильных

растений: крупные одиночные листья, порослевые побеги.

Ценопопуляция, в которой представлены все перечисленные стадии,

называется нормальной полночленной.

Возрастная структура древостоев и насаждений в лесоведении и

таксации:

Для хвойных пород:

- проростки и самосев – 1-10 лет, высота до 25 см;

- стадия молодняка – 10-40 лет, высота от 25 до 5 м; под пологом леса соответствует

мелкому (до 0,7 м), среднему (0,7-1,5 м) и крупномерному (>1,5 м) подросту;

- стадия жердняка – средневозрастные насаждения 50-60 лет; диаметры стволов от 5

до 10 см, высота – до 6-8 м; под пологом леса молодое поколение древостоя, или тонкомер с

аналогичными размерами;

- приспевающие насаждения – 80-100 лет; по размерам могут незначительно уступать

материнском деревьям, на открытом месте и в редколесьях обильно плодоносят; в лесу могут

еще находиться во втором ярусе, не плодоносят; ни в коем случае не назначаются в рубку;

- спелые древостои – 120 лет и старше, деревья первого яруса и отставшие в росте

деревья второго яруса; обильно плодоносят, в начале этой стадии достигают технической

спелости, в конце – биологической;

- перестойные – старше 180 лет, продолжают обильно плодоносить, но постепенно

дряхлеют и усыхают или вываливаются еще будучи живыми.

Для лиственных пород градации и придержки по размерам аналогичные, но в связи с

их более быстрым ростом и старением класс возраст у них составляет не 20, а 10 лет.

Соотношение возрастных групп в структуре популяции характеризуют ее

способность к размножению и

выживанию, и согласуется с показателями рожда-емости и смертности. В растущих

популяциях с высокой рождаемостью преобладают,

еще не репродуктивные особи, в стабильных – обычно это

разновозрастные, полночленные

популяции, рождаемость равна убыванию населения. В сокращающихся

популяциях основу составляют старые особи, возобновление в них отсутствует

или совсем незначительно.

Дом. Задание

1. Что такое экологическая ниша?

2. Что такое фундаментальная и реализованная ниша?

3. Что такое популяция?

4. Перечислите основные параметры популяции.

5. Что такое плотность популяции?

Тест: “Экологическая ниша

7. 1. Место, занимаемое видом в биоценозе, включающее комплекс его биоценотических связей и требований к факторам среды:
а) экологическая ниша
б) экологическая ноша
в) экологический фактор

8. 2. Термин введён в 1914 году:
а) Дж. Диннеллом
б) Дж. Гриннеллом
в) Дж. Приннеллом

9. 3. По Хатчинсону экологическая ниша может быть:
а) физиологической
б) основной
в) фундаментальной

10. 4. По Хатчинсону экологическая ниша может быть:
а) реализованной
б) не реализованной
в) скрытой

11. 5. Эта ниша всегда входит в состав фундаментальной или равна ей:
а) реализованная
б) физиологическая
в) главная

12.  6. Два разных вида не могут занять одну и ту же:
а) экологическую нишу
б) экологическую ношу
в) экологический фактор

13. 7. Человек как биологический вид занимает:
а) доступную нишу
б) чужую нишу
в) собственную экологическую нишу

14. 8. Межвидовая конкуренция приводит к … плодовитости и жизнеспособности:
а) падению
б) повышению
в) снижению +

15. 9. Некоторые экологи подчеркивают, что в пределах своей экологической ниши организмы должны не только встречаться, но и быть способными к:
а) спариванию
б) воспроизводству +
в) делению