Понятие популяции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Живые организмы в природе, как правило, не живут поодиночке, а образуют более или менее постоянные группы. Причин для образования таких групп достаточно много, но главные из этих заключаются в том, что организмы, принадлежащие одному виду, скапливаются в местах, наиболее благоприятных для их существования и размножения.

В самом широком смысле термин «популяция» означает совокупность объектов, в биологии он используется для обозначения группы особей одного вида. В эволюционной и генетической трактовке этот термин используется еще более конкретно, часто говорят при этом о свободно скрещивающейся, или менделевской популяции. Совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенное пространство, размножающихся путем свободного скрещивания и в той или иной степени изолированных друг от друга, называют популяцией. Необходимо отметить, что такое определение применимо только к размножающимся половым путем раздельнополым видам.

Таким образом, в генетическом смысле популяция-это пространственно-временная группа скрещивающихся между собой особей одного вида. Связи потомков с родителями обеспечивают непрерывность популяции во времени, а скрещивания особей из разных частей популяции обеспечивает ей пространственное единство. Численность популяции может меняться в результате изменений условий среды обитания, колебаний смертности и рождаемости, а также притока или оттока особей из других популяций. Наконец, популяции могут объединяться или разделяться, возникать и умирать. Важно при этом, что популяции постоянно изменяться и эти изменения представляют собой элементарные эволюционные процессы.

1. Понятие популяции в экологии

Природные сообщества состоят из популяций различных организмов. Популяция - любая способная к самовоспроизведению территориальная группировка особей одного вида.

Можно например говорить о популяции дафний в пруду; голубей в городе. Но нередко дело обстоит иначе: ведь личинки и взрослые особи или разные стадии жизненного цикла могут населять разные местообитания и даже разные среды. Так головастики живут в пруду, а травяные лягушки - в окружающем лесу. Эколог, изучающий связи между лягушками и другими видами в биоценозе, может рассматривать головастиков и взрослых лягушек как две разные популяции. Если же изучаются изменения численности, то приходится рассматривать и головастиков, и лягушек как единую популяцию.

2. Основные свойства популяций

а) популяционная структура вида

Вид, как правило, включает множество популяций. Изоляция между ними почти никогда не бывает абсолютной: между отдельными популяциями происходит обмен особями благодаря миграциям. Степень изолированности популяций зависит от способности особей к расселению, от наличия географических преград в пределах ареола вида, а также от характера местообитаний. Например, растение, обитающее под пологом деревьев, в лесостепной зоне будет представлено отдельными изолированными популяциями; в лесной зоне тот же вид может иметь сплошное распространение и здесь границы между его популяциями провести трудно. Изолированность популяций может зависеть от численности вида. Например, при вспышках численности грызунов происходит их активное расселение, и территории, занятые отдельными популяциями, могут сливаться.

В пределах вида существуют обособленные группировки особей разного «ранга». Так, популяции многих млекопитающих состоят из семейных групп или стад. Растения в лесу образуют отдельные «пятна», или куртины. В зависимости от задач исследования такие группы особей могут рассматриваться и как части одной популяции, и как отдельные «микропопуляции».

б) структура и динамика численности популяций

Особи в популяциях сложным образом взаимодействуют между собой. Специфические внутривидовые взаимодействия - это отношения между особями разного пола и между родителями и потомками, связанные с продолжением рода. Кроме этих отношений в популяциях наиболее развиты два противоположных типа взаимосвязей - конкуренция и взаимопомощь; иногда может иметь место хищничество внутри вида (каннибализм) и другие формы взаимодействия особей. От взаимоотношений особей в популяции между собой и со средой обитания зависят структура популяции и динамика численности.

Структура популяции - это ее подразделенность на части (или группы) и соотношение этих частей. Структура популяции может изучаться в разных аспектах. Возрастная структура - соотношения численности особей разного вида. Половая структура - соотношение количества самцов и самок. Генетическая и фенетическая структура - соотношение в популяции особей с разными генотипами и фенотипами.

Пространственная структура популяции - особенности размещения особей в пространстве. Она зависит от свойства местообитания и от биологических особенностей вида. Часто особи одного вида образуют скопления или группы. У многих животных семейные группы, стаи или отдельные особи постоянно держатся на определенной территории. Таким животным свойственно территориальное поведение. С помощью специальных сигналов животные показывают, что участок занят, и часто охраняют его, изгоняя вторгшихся особей того же вида. Другие животные (например, северные олени, куланы) кочуют по обширным пространствам, придерживаясь определенных путей миграции. При этом территории, используемые отдельными стадами, могут сильно перекрываться. Пространственная структура популяции может изменяться во времени; она зависит от сезона года, от численности популяции, от возрастной структуры и др.

Динамика численности - это изменения числа особей в популяции. Численность, или поголовье - это общее число особей в данной популяции. Чаще всего на практике определить общую численность популяции невозможно, и определяют плотность популяции - число особей, приходящихся на единицу площади (или объема, если особи обитают в толще воды или почвы).

Даже при постоянной численности популяция обновляется вследствие смены поколений и миграций. Изменения численности зависят от соотношения прибыли новых особей благодаря рождению и вселению из других популяций и убыли в результате гибели и выселения особей. Изучая эти процессы и их зависимость от факторов среды, экологи пытаются установить, чем определяются изменения численности или ее сохранение на том или ином уровне. Результаты этих исследований имеют важное практическое значение: они ложатся в основу предсказаний вспышек численности вредителей, позволяют оптимально использовать популяции промысловых животных и др.

3. Динамика численности популяций

а) биотический потенциал и экспоненциальный рост численности

Все животные организмы теоретически способны к очень быстрому увеличению численности. При неограниченных ресурсах и отсутствии гибели от болезней, хищников и т.п. даже при низкой исходной численности популяция любого вида за сравнительно короткий промежуток времени может так вырасти, что покроет весь земной шар сплошным слоем. Способность к увеличению численности за данный промежуток времени называют биологическим потенциалом вида.

У разных видов биологический потенциал резко различается. У крупных млекопитающих даже при самых благоприятных условиях численность может возрастать лишь в 1,05 - 1,1 раза в год. У мелких насекомых и о ракообразных (например, тлей, дафний) численность за год может вырасти в 10¹⁰ - 10³⁰ раз. Еще быстрее растет численность у бактерий или одноклеточных водорослей. Однако во всех этих случаях в идеальных условиях численность будет расти в геометрической прогрессии (за определенный интервал времени увеличивается во столько раз, а не на столько).

Рост численности в геометрической прогрессии называется экспоненциальным ростом. График зависимости численности популяции от времени при экспоненциальном росте представляет собой кривую, которая называется экспонентой. Величина изменения численности за единицу времени называется абсолютной скоростью роста численности.

Экспоненциальный рост реально наблюдается, когда популяция растет в условиях избытка ресурсов (пищи, места для размножения) и не испытывает воздействия неблагоприятных факторов. Экспоненциально может расти численность популяций, вселенных в новую местность, где у них мало врагов и много пищи.

б) рост численности при ограничении ресурсов

Емкость среды. По мере увеличения плотности популяции рост численности замедляется, так как условия для роста и размножения особей становятся менее благоприятными. Например, животным при высокой плотности популяции может не хватать пищи. Растения начинают затенять друг друга или им не хватает влаги. В пробирке с культурой микробов накапливаются продукты обмена, замедляющие темп деления клеток. По мере ухудшения условий удельная скорость роста снижается, и при некоторой плотности численность популяции перестает расти. Эту предельную плотность, которой может достигать популяция в данных условиях, называют емкостью среды.

Емкость среды зависит от наличия ресурсов для данного вида. Например, там, где пищи больше, популяция может достигать более высокой плотности. При плотности популяции, равной емкости среды, скорость потребления ресурсов равна скорости их возобновления. Если плотность становится больше емкости среды, то ресурсов становится слишком мало, в популяции возрастает смертность или резко снижается рождаемость, и ее плотность начинает понижаться.

в) рождаемость и смертность

В популяциях микроорганизмов удельная скорость роста зависит от скорости деления клеток.

В популяциях многоклеточных организмов удельная скорость роста зависит от рождаемости и смертности.

Рождаемость характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная рождаемость - число особей, появившихся в популяции за единицу времени. Удельная рождаемость - выражается в числе особей на особь в единицу времени.

Смертность (абсолютная и удельная) характеризует скорость убывания численности популяции вследствие гибели особей от хищников, болезней, старости и т.д.

Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Условия существования особей разного возраста в популяции часто резко различны. Чтобы предсказать изменения численности реальной природной популяции, нужно знать ее возрастную структуру, половой состав, а также плодовитость особей разного возраста.

популяция пространство плотность рождаемость

4. Колебания численности и гомеостаз популяций

а) колебания численности популяций и их причина

В природе численность популяций испытывает колебания. Амплитуда и период этих колебаний зависят от особенностей вида и от условий среды обитания.

Так, наблюдения орнитологов за популяциями серой цапли в ряде районов Англии показали, что после особенно холодных зим численность птиц снижалась, а в последующие несколько лет вновь достигала обычного уровня. В отдельные годы при возникновении особо благоприятных условий возникают резкие вспышки численности.

Кроме подобных нерегулярных колебаний, у ряда организмов выявлены периодические колебания численности. Во всех этих случаях на численность влияют различные факторы.

б) факторы, зависящие и не зависящие от плотности популяций

Разнообразные факторы, влияющие на численность популяций, делят на зависящие и не зависящие от ее плотности.

К не зависящим от плотности относят абиотические факторы. Такие факторы, как суровая зима, сильный шторм или продолжительная засуха. Например, длительные снегопады и жесткий наст приводят к гибели птиц, кормящихся зимой на земле.

К зависящим от плотности относится большинство биотических факторов: конкуренция, воздействие хищников, обеспеченность пищей, распространение инфекций. Чем выше плотность популяции, тем сильнее влияние этих факторов.

в) механизм действия факторов, зависящих от плотности. Обратные связи и гомеостаз в популяциях

Важная особенность зависящих от плотности факторов состоит в том, что их воздействие обычно сглаживает колебания численности; при возрастании плотности популяций способствует возвращению ее к среднему уровню.

При росте плотности популяции снижается обеспеченность пищей. У многих животных от потребления пищи прямо зависит плодовитость: при увеличении плотности популяции плодовитость падает, и это предотвращает дальнейший рост численности.

Важный фактор, зависящий от плотности, - распространение заболеваний. Важную роль в регуляции плотности популяций у животных играют поведенческие факторы.

Другая форма поведения, приводящая к регуляции численности, - территориальность. Часто почти вся территория, занимаемая популяцией, поделена на индивидуальные участки. Молодые особи или слабые особи, не имеющие участка, как правило, не участвуют в размножении.

На численность популяции каждого вида влияют воздействия многих видов - хищников и паразитов. Численность может понижаться вследствие вспышки инфекционных заболеваний. Множественность механизмов регуляции численности приводит к тому, что в природных сообществах очень редко происходит катастрофический рост численности, подрыв ресурсов и гибель популяции.

Список литературы

1. «Биология для поступающих в ВУЗы» Н.А. Лемеза, Л.В. Камлюк, Н.Д. Лисов.

2. «Общая биология» А.О. Рувинский, Л.В. Высоцкая, С.М. Глаголев

Размещено на Allbest.ru