Лекция 4. Основы демэкологии. Популяции в экосистеме

1. Структура популяции

2. Количественные показатели популяций

3. Регуляция численности

Популяция – любая, способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида. Популяция может совпадать с экосистемой территориально, может не совпадать.

Популяция неоднородна. Различают структуру: а) половую; б) возрастную; в) территориальную.

По особенностям половозрастной структуры можно судить о жизненности популяции. Популяция может быть: нормальная, регрессивная (вымирающая), внедряющаяся (инвазионная).

1. Статические показатели популяций

Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени.

а) численность – это поголовье животных или количество растений, например, деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы – ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т. д.

б) плотность – число особей, приходящихся на единицу площади, или для гидробионтов – это количество особей на единицу объёма, на литр или кубометр.

в) показатели структуры:

– половой – соотношение полов,

– размерный – соотношение количества особей разных размеров,

– возрастной – соотношение количества особей различного возраста в популяции.

Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени.

а) рождаемость, или скорость рождаемости – это число особей, рождающихся в популяции за единицу времени. При рассмотрении экосистем пользуются другим динамическим показателем – продукцией – суммой прироста массы всех особей (независимо от того, сколько они прожили) из множества популяций биогенного сообщества за определенный промежуток времени.

б) смертность, или скорость смертности – это число особей, погибших в популяции в единицу времени. Но убыль или прибыль организмов в популяции зависит не только от рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции и эмиграции.

в) скорость иммиграции и эмиграции – это есть соответственно количество особей, прибывших и убывших в популяции в единицу времени. Но убыль и прибыль организмов в популяции зависят не только от рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции и эмиграции, т. е. от количества особей прибывших и убывших в популяции в единицу времени.

Увеличение численности, прибыль, зависит от количества отрожденных (рожденных за какой-то период времени) и иммигрировавших особей, а уменьшение, убыль численности – от гибели (смертности в широком смысле) и эмиграции особей.

Явления иммиграции и эмиграции на численность влияют несущественно.

Популяция – население вида какой либо территории.

Рост численности популяций любого вида никогда не бывает бесконечным. Рано или поздно популяция сталкивается с ограничениями, не позволяющими ей наращивать численность. Ресурсы, за счет которых существуют виды (пища, убежища, подходящие места для размножения и т.п.), на любой территории имеют пределы. Эти пределы называют емкостью среды для конкретных популяций. Например, еловый лес более емкая среда для белок, чем смешанный. В природных условиях численность популяций обычно колеблется вокруг определенного уровня, соответствующего уровню емкости среды. Если популяция размножается и выходит за рамки емкости среды, это грозит ей катастрофой. Среди способов ограничения роста численности популяции можно выделить следующие: 1- факторы внешней среды, которые делятся на абиотические (неблагоприятные условия среды) и биотические (конкуренция, хищники, возбудители болезней); 2 – внутренние факторы, процессы, протекающие внутри популяции. Внутривидовые отношения регулируют численность популяции. Они могут проявляться по-разному. У растений с возрастанием плотности усиливается прямая конкуренция за свет, воду, минеральное питание – происходит самоизреживание. У животных меняется территориальное поведение (не пускают на свою территорию, выселяются за пределы территории). Высокая плотность популяции является сигналом ухудшения условий среды.

Рост численности популяции может быть стабильным, изменчивым и взрывным. Стабильное изменение - в несколько раз. Изменчивое – в десятки раз. Взрывной - в сотни и тысячи раз. Главные факторы, регулирующие численность – межвидовые и внутривидовые отношения. Например, повышение плотности популяции жертв означает увеличение корма для хищника. Хищник больше съедает, уменьшается численность жертв. Хищники больше размножаются, больше уничтожают жертв. Падение плодовитости самок – запаздывающая реакция, которая скажется на численности будущего потомства. Если преобладает запаздывающая регуляция или вид на время освобождается от действия врагов, возникают взрывы численности популяции – демографический взрыв. Антропогенное воздействие ослабляет регуляторные связи в природе. Пример – распространение сельскохозяйственных вредителей.

Продолжительность жизни вида зависит от условий (факторов) жизни. Различают физиологическую и максимальную продолжительность жизни.

Физиологическая продолжительность жизни – это такая продолжительность жизни, которая определяется только физиологическими возможностями организма. Теоретически она возможна, если допустить, что в период всей жизни организма на него не "оказывают влияние лимитирующие факторы.

Максимальная продолжительность жизни – это такая продолжительность жизни, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды. Эта величина варьирует в широких пределах: от нескольких минут у бактерий до нескольких тысячелетий у древесных растений (секвойя). Обычно, чем крупнее растение или животное, тем больше их продолжительность жизни, хотя бывают и исключения.

Смертность и рождаемость у организмов весьма существенно изменяются с возрастом. Только увязав смертность и рождаемость с возрастной структурой популяции, можно вскрыть механизмы общей смертности и определиться со структурой продолжительности жизни. Такую информацию можно получить с помощью таблиц выживания.

Кривые выживания отражают зависимость количества доживших до определенного возраста особей от возраста

I – кривая дрозофилы. Характерна для многих насекомых, доживающих до половозрелости и массово погибающих после откладки яиц.

II – кривая моллюска. Характерна для моллюсков – это случаи массовой гибели особей в начальный период жизни. Гидробионты и некоторые другие организмы, незаботящиеся о потомстве, выживают за счет огромного числа личинок, икринок, семян и т. п.

III – кривая гидры – примерно одинаковая смертность характерна для всех периодов жизни

Численность популяций растет по закону геометрической прогрессии (Т.Мальтус 18 в. Выдвинул теорию о росте народонаселения в геометрической прогрессии). Это экспоненциальный рост численности. Но такое может быть только в неизменяющихся условиях. Ограничивающие факторы на каком то этапе стабилизируют рост численности. Дальше развитие популяции идет по логистической модели, кот. можно описать логистической кривой роста S- образная.

Биологическая емкость среды – спепень способности окружающей среды обеспечить нормальную жизнедеятельность вида без заметного нарушения самого окружения. Тогда популяция находится в гомеостазе.

Механизмы гомеостаза определяются:1- факторами среды (погода, климат, стихийные бедствия..); 2- биотическими факторами

Биотические факторы работают по принципу обратной связи. Чем больше численность, тем сильнее срабатывает механизм обратной связи. Этот механизм лежит в основе популяционного гомеостаза. Примером регуляторных связей может служить опыт рус. ученого Г.Ф. Гаузе с инфузорией туфелька (жертва) и инфузорией дидиниум (хищник). (график на доске)

Экологическая стратегия выживания – стремление организмов к выживанию.

Экологические стратегии выживания среди растений:

1) Виоленты (силовики) – подавляют всех конкурентов, например, деревья, образующие коренные леса.

2) Патиенты – виды, способные выжить в неблагоприятных условиях («тенелюбивые», «солелюбивые» и т. п.).

3) Эксплеренты (наполняющие) – виды, способные быстро появляться там, где нарушены коренные сообщества—на вырубках и гарях (осины), на отмелях и т. д.

Экологические стратегии выживания среди животных:

1) r-стратегия (r-отбор ) – определяется отбором, направленным прежде всего на повышение скорости роста популяции и, следовательно, таких качеств, как высокая плодовитость, ранняя половозрелость, короткий жизненный цикл, способность быстро распространяться на новые местообитания и пережить неблагоприятное время в покоящейся стадии.

2) К-стратегия (К-отбор ) направлена на повышение выживаемости в условиях уже стабилизировавшейся численности. Это отбор на конкурентоспособность, повышение защищенности от хищников и паразитов, повышение вероятности выживаемости каждого потомка, на развитие более совершенных внутривидовых механизмов численности.