Функционирование популяции в природе

Вспомните

• что называют популяцией;

• какими свойствами обладает популяция.

 

Показатели динамики численности популяции. Численность популяций чрезвычайно динамична. В популяциях постоянно происходят изменения. Их подвижность и силу отражают так называемые динамические характеристики. Состояние популяции характеризуется такими показателями, как рождаемость, смертность, вселение и выселение особей, численность, а также скорость роста. При этом непременно учитывается время. Так, рождаемость – это число молодых особей, появившихся на свет за день, месяц или год, а смертность – число погибших за этот же период.

Рождаемость в популяциях зависит, с одной стороны, от особенностей вида, а с другой – от экологических условий. Максимальное число потомков, которое за жизнь могла бы произвести одна особь, получило название биотического потенциала вида. Он у всех видов разный. Слониха рождает за жизнь всего 5 – 6 слонят, а треска ежегодно мечет миллионы икринок. Биотический потенциал неодинаков и у различных популяций вида. Например, в Подмосковье серая полевка лесной популяции обычно в одном помёте приносит 5 – 7, иногда 9 детёнышей, тогда как самка пашенной популяции той же серой полёвки рождает больше – 7 – 9 (бывает даже 13) детёнышей.

Биотический потенциал всегда выше у видов, подвергающихся высокой смертности, иначе они исчезли бы с лица Земли.

Слониха растит и оберегает слонят вместе со всем стадом, а треска пускает свою икру на волю волн, где основная масса её поедается или погибает. Особи пашенной популяции полёвки подвергаются массовой гибели во время уборки урожая и вспашки полей, чего не бывает у лесной популяции.

Баланс рождаемости и смертности, а также вселения или выселения особей во многом определяет плотность популяции на занимаемой ею территории. В благоприятных условиях всегда происходит рост популяции, он особенно выражен при заселении видом новых, подходящих для размножения мест.

Рост популяции в новом местообитании происходит у всех видов сходным образом. Теоретически популяция может расти неограниченно, увеличиваясь в геометрической прогрессии. Но на деле этого никогда не происходит, потому что каждое местообитание имеет ограниченные ресурсы для жизни вида. Сумма этих ресурсов оценивается как ёмкость среды. Например, для лосей, которые питаются веточным кормом, лиственные леса с молодой порослью – более ёмкая среда, чем тёмные хвойные леса.

Регуляция численности популяции. Если численность популяции превысит ёмкость среды, начнётся массовая гибель особей. Поэтому реальный рост численности популяции идёт не беспредельно. Сначала он ускоряется, а затем начинает замедляться и постепенно прекращается. В стабильном состоянии прирост популяции уравновешивается потерями особей за счёт смертности и миграций. Подобная кривая роста характерна для популяций всех видов, от бактерий до человека. Уровень, на котором приостанавливается рост численности популяции, не всегда достигает ёмкости среды.

Многие популяции перестают расти гораздо раньше, до исчерпания всех природных ресурсов. Сигналом приближающейся опасности «перепроизводства» вида в данном местообитании служит рост плотности популяции. Проявляется одна из важнейших и удивительных особенностей живой природы – зависимость состояния популяции от собственной плотности. Эта зависимость отработана естественным отбором у каждого вида по-разному.

У растений с ростом плотности усиливается внутривидовая конкуренция и происходит самоизреживание. Слабым растениям не хватает ресурсов, и они погибают.

У подвижных животных прямого подавления соседей не происходит, а при повышении плотности популяций усиливаются миграционные процессы, т. е. выселение части особей на другие территории. Это особенно наглядно происходит, например, у белок или тундровых грызунов - леммингов. Миграции этих зверьков после успешного размножения приобретают характер массовых нашествий на другие территории. Перелёты стадной саранчи огромными тучами – тоже выселение за пределы мест размножения.

Немаловажный способ реагирования на повышение плотности популяции – задержка размножения, вплоть до полного его прекращения.

Популяция как биосистема. Популяции представляют собой не просто сумму особей, а сложные надорганизменные системы, которые обладают способностью к регуляции своей численности и рациональному, неистощительному использованию ресурсов среды. Эти свойства возникают на основе закономерных связей между членами популяций.

Численность популяций всегда находится под двойным контролем: собственной плотности и воздействия различных врагов – хищников, паразитов и конкурентов.

Если численность жертв возрастает, хищникам легче добывать пищу, они могут сдерживать дальнейший рост популяции. Если же жертвы размножаются быстрее, чем их могут истреблять имеющиеся хищники, то их обилие становится выгодным для паразитов и возбудителей заразных заболеваний, которые могут снизить численность популяции. Виды, которые мало истребляются природными врагами (например, волки, тигры, гиеновые собаки и т. п.), регулируют свою численность в основном за счёт внутривидовых отношений – территориальности, миграций, ограничения рождаемости.

Численность популяций постоянно изменяется под влиянием как абиотических, так и биотических факторов.

Факторы неживой природы действуют на популяции односторонне, под их влиянием смертность либо усиливается, либо ослабляется. Межвидовые и внутривидовые отношения (биотические факторы) зависят от плотности популяции. Когда плотность растёт, это вызывает усиление действия врагов и конкурентов, которые таким образом и служат регуляторами плотности популяции. В богатых видами биоценозах численность и плотность популяций каждого вида колеблются лишь в определённых пределах, и потому популяции не растут до полного исчерпания своих ресурсов. Это особенно хорошо видно на примере сопоставления колебания (динамики) численности хищника и жертвы.

При обеднении видового разнообразия, вызванном антропогенным воздействием, баланс сил нарушается, и возникают условия для вспышек массового размножения отдельных видов.

 

1. Какое значение для популяции имеет ёмкость среды?

2. Приведите примеры конкурентных и мутуалистических отношений в популяциях животных.

3. Подумайте, почему выживают популяции с низкой рождаемостью.

4. От чего зависят внутривидовые отношения в популяции?

 

 

Сообщества

Вспомните

• какие функции в природе выполняют популяции;

• какие факторы влияют на численность популяций.

 

Структура сообщества живых организмов. Устойчивое сожительство видов в природе получило название сообщество или биоценоз (греч. bios – с «жизнь» и koinos – «общий»). Человек может создавать и искусственные биоценозы, например сады, поля, парки, но они бывают устойчивыми только в том случае, если строятся по природным законам.

Место, занимаемое природным биоценозом, носит название биотоп, Условия биотопа во многом определяют состав видов в биоценозе. Все члены биоценоза должны быть приспособлены к этому комплексу экологических факторов. Среди них имеют большое значение абиотические факторы (климат, почва, рельеф местности, характер грунта, ветров и течений).

Для членов сообщества особенно важна биотическая среда, т. е. условия, которые создаются в результате присутствия живущих здесь видов. Прежде всего это обеспечение пищей через прямые или косвенные связи. даже для растений условия их минерального питания зависят от активности многих видов почвенной микрофлоры, животных, грибов и бактерий, разлагающих мёртвый опад.

Не менее значима для членов сообщества средообразующая деятельность различных видов, благодаря чему условия биотопа меняются в сторону, благоприятную для других видов. Особенно большую роль играют древесные и травянистые виды растений, поскольку создают особые биоценозы – лесные, луговые, степные.

Растения создают особую среду: уменьшают силу ветра, меняют микроклимат, образуют тень, дают кислород и испаряют влагу, обеспечивают питанием насекомых, птиц, зверей, продуцируют слой опада в почву. Всё это делает возможным существование многих видов, которые иначе не смогли бы прижиться на данной территории.

Виды, которые в наибольшей мере влияют на условия жизни в сообществе, называют средообразователями, или эдификаторами.

В еловом лесу, например, самый сильный средообразователь – ель, в болотах – мхи, в степях – плотнодерновинные травы, такие как ковыль, типчак и др. Иногда основными средообразователями выступают животные. Сурки, суслики и песчанки своими норами изменяют и состав растительности, и влажность почвы, и весь её микрорельеф. Микроклимат их нор позволяет жить в степных сообществах многим видам насекомых, пауков, ящериц и других животных.

Состав любого биоценоза зависит от конкурентных отношений. В сообществах уживаются только те виды, которые по-разному используют сходные ресурсы. Это наглядно проявляется, например, в ярусном строении лесного сообщества. Деревья, кустарники, травы своими побегами с листьями занимают различное пространство (ярусы). Высокие деревья – верхний ярус, кустарники – средний, а травы – нижний ярус. В контакте с ними по ярусам размещаются и животные: в кронах растений верхнего яруса – птицы, белки, а в нижнем ярусе – зайцы, ежи, лисы, муравьи.

Листья растений разных видов, располагаясь на разных высотах, не- одинаково поглощают солнечные лучи, поскольку световой поток по мере прохождения сквозь кроны деревьев и кустарников лесного сообщества значительно теряет свою интенсивность. Поэтому самые светолюбивые виды деревьев занимают первый, верхний ярус, а теневыносливые располагаются в самом нижнем, приземном ярусе. При таких различных свойствах растений в сообществах размещается много видов, они не мешают друг другу и не конкурируют между собой.

Многочисленные животные в сообществах обычно избегают конкуренции, переходя на разные виды пищи, собирая её в разных местах, разными способами или в разное время суток, разграничивая места размножения, кормления и убежищ.

Биоценоз способен вместить столько видов, сколько способов разграничения ресурсов они используют.

Экологические ниши. Каждый вид играет в сообществе свою роль и занимает своё место. Это положение вида в сообществе называют экологической нишей. Она отражает функциональное участие вида в биогеоценозе, его место и роль в живом окружении, отношения с другими видами.

Многообразие экологических ниш в природном сообществе свидетельствует о ёмкости биотопа, о наличии в нём ресурса, который может быть использован тем или иным видом.

Два вида в одной экологической нише не уживаются. Возможно лишь частичное перекрывание экологических ниш, когда виды разграничиваются по основным ресурсам, но совпадают по некоторым дополнительным. Разделение совместно живущими видами экологических ниш с их частичным перекрыванием – одна из причин устойчивости природных биоценозов. Если какой-либо из видов резко снижает свою численность или выпадает из состава сообщества, его роль берут на себя другие.

Живущие вместе виды обычно специализируются в использовании среды, но каждый из них в отсутствие конкурента способен на большее. Поэтому улучшение условий жизни или удаление из биоценоза другого вида, близкого по экологическим требованиям, приводит к увеличению численности любого вида. Чем больше видов в составе биоценоза, тем ниже численность каждого вида, тем сильнее выражена их экологическая специализация.

Уменьшение видового разнообразия грозит резким увеличением (вспышкой) численности отдельных оставшихся видов. Это очень важное экологическое правило имеет непосредственное отношение к деятельности человека. Так, виды, называемые вредителями сельского или лесного хозяйства, размножаются в большом количестве именно из-за выпадения из состава биоценоза их врагов и конкурентов. Таким образом, к появлению вредителей приводит деятельность самого человека.

Роль видов в биоценозе. Не все виды одинаково важных в составе сообщества. В каждой группе организмов в составе биоценоза (растений, грибов, бактерий, насекомых, червей, птиц, млекопитающих) имеются как массовые, многочисленные виды, так и редкие, малочисленные. Они играют в биоценозах разные роли.

Массовые виды составляют основу, костяк любого сообщества. Они определяют его облик, поддерживают главные связи, в наибольшей мере создают условия местообитания. Такие виды называют доминантами. Так, в ельнике зелёномошном, как и следует из его названия, в первом ярусе доминантом является ель, в приземном – доминируют зелёные мхи. Среди птиц в таком ельнике преобладают пеночки, синицы, а среди мелких грызунов – рыжая полёвка. Биологи обычно называют типичные природные биоценозы по доминирующим видам растений: сосняк-черничник, ельник-кисличник, березняк волосистоосоковый, степь ковыльная и т. д. В каждом биоценозе доминируют определённые виды животных.

Наибольшее разнообразие в природных сообществах достигается, однако, не массовыми, а редкими и малочисленными видами. В отдельные промежутки времени они могут повышать свою численность. Обычно это происходит, если изменчивость сезонных и погодных условий оказывается неблагоприятной для основных видов – доминантов. Так поддерживается устойчивость сообщества. Все экологические ниши оказываются заполненными, и ресурсы среды полностью используются.

Сообщество имеет сложную, но вполне закономерную видовую структуру и численное соотношение отдельных видов.

При выпадении из состава сообщества редких и малочисленных видов биоценоз до определённого времени сохраняет свой внешний облик. Его устойчивость ослабевает постепенно, по мере снижения видового разнообразия. При значительном снижении разнообразия малочисленных видов даже небольшие изменения среды, неблагоприятные для доминантов, приводят к разрушению сообществ. Наиболее катастрофично для биоценозов ослабление или удаление видов-эдификаторов, как это происходит, например, при рубке леса.

Выделяют разные типы основных приспособлений видов к жизни в сообществах. Впервые они были подмечены у растений и названы жизненными стратегиями.

Первый тип жизненной стратегии – виды с мощной конкурентной способностью занимают в сообществе основные позиции, используют основные ресурсы, подавляют другие виды и обычно входят в состав доминантов (например, ель, дуб). Второй тип – виды довольствуются малым количеством ресурсов и уживаются с доминантами; при освобождении ресурсов могут использовать их целиком, резко увеличивая свою численность. Третий тип – виды совсем не выдерживают конкуренции с другими, но зато обладают способностью быстро расселяться в большом количестве и первыми занимать освободившиеся участки. Процветают на них до тех пор, пока не появятся более сильные конкуренты.

Знание особенностей видов и законов организации биоценозов даёт возможность поддерживать природные сообщества и грамотно создавать искусственные биоценозы, нужные человеку.

 

1. Раскройте смысл понятия «экологическая ниша».

2. Какие виды называют эдификаторами?

3. Подумайте и ответьте на вопросы.

• Зависит ли число экологических ниш биоценоза от особенностей биотопа?

• Возможны ли биоценозы, состоящие только из доминантных видов?

• Почему при увеличении видового разнообразия в биоценозах уменьшается вероятность вспышек численности отдельных видов?