Общая характеристика популяции как биологической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Общая характеристика популяции как биологической системы

Содержание

1. Понятие о популяции

2. Статические характеристики популяций

3. Динамические характеристики популяций

1. Понятие о популяции

Популяция (лат. populus - народ, население) - это группа особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию или акваторию.

Существует несколько классификаций популяций:

1) ландшафтно-биотопический подход (по Н. П. Наумову):

а) локальные;

б) экологические;

в) географические.

2) по способу размножения и степени генетической целостности (по В. Н. Беклемишеву):

а) панмиктические (с перекрестным оплодотворением, наиболее целостные);

б) клональные;

в) клонально-панмиктические.

3) по способности к самовоспроизведению:

а) постоянные:

- независимые (не нуждаются в притоке особей извне для поддержания своей численности);

- полузависимые (подобный приток существенно повышает численность популяции, но она может сохраняться и без него);

б) временные популяции.

4) по размерам:

а) карликовые

б) обычные локальные

в) суперпопуляции.

Основные характеристики популяций следующие:

1) Статические:

а) численность;

б) плотность;

в) дисперсия.

2) Динамические:

а) рождаемость;

б) смертность;

в) прирост популяции;

г) темп роста.

Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой - под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов.

Выделяют ряд структур в популяции:

1) Половая структура. Это соотношение особей по полу. Соотношение полов в популяции устанавливается не только по генетическим законам, но и в известной мере под влиянием среды.

2) Возрастная структура. Возрастные различия в популяции существенно усиливают ее экологическую неоднородность и, следовательно, сопротивляемость среде. Повышается вероятность того, что при сильных отклонениях условий от нормы в популяции сохранится хотя бы часть жизнеспособных особей и она сможет продолжить своё существование. Возрастная структура популяций имеет приспособительный характер.

а) возрастная структура популяций у растений. У растений возрастная структура ценопопуляции (популяции конкретного фитоценоза) определяется соотношением возрастных групп. Абсолютный, или календарный, возраст растения и его возрастное состояние - понятия не тождественные. Растения одного календарного возраста могут находиться в разных возрастных состояниях. Возрастное, или онтогенетические состояние особи - это этап ее онтогенеза, на котором она характеризуется определёнными отношениями со средой. Полный онтогенез, или большой жизненный цикл растений, включает все этапы развития особи - от возникновения зародыша до её смерти или до полного отмирания всех поколений её вегетативно возникшего потомства:

- проростки (р) - имеют смешанное питание за счёт запасных веществ семени и собственной ассимиляции. Характерно наличие зародышевых структур: семядолей, начавшего расти зародышевого корня и, как правило, одноосного побега с небольшими листьями, имеющими часто более простую форму, чем у взрослых растений.

- ювенильные (j) - переходят к самостоятельному питанию, отсутствуют семядоли, но организация проста, часто сохраняется одноосность и листья иной формы и размера, чем у взрослых.

- имматурные (im) - имеют признаки, переходные от ювенильных растений к взрослым вегетативным. У них начинается ветвление побега (увеличение фотосинтетического аппарата).

- взрослые вегетативные, или виргинильные (v) - появляются черты типичной для вида жизненной формы в структуре подземных и наземных органов и строение вегетативного тела принципиально соответствует генеративному состоянию, но репродуктивные органы пока отсутствуют.

- молодые генеративные (g₁) - зацветают, образуют плоды, происходит окончательное формообразование взрослых структур. В отдельные годы могут быть перерывы в цветении.

- средневозрастные генеративные (g₂) - достигают наибольшей мощности, имеют наибольший ежегодный прирост и семенную продукцию, также могут иметь перерыв в цветении. В этом возрастном состоянии у клонообразующих видов часто начинает проявляться дезинтеграция особей, возникают клоны.

- старые генеративные (g₃) - характеризуются резким снижением репродуктивной функции, ослаблением процессов побего- и корнеобразования. Процессы отмирания начинают преобладать над процессами новообразования, усиливается дезинтеграция.

- старые вегетативные, или субсенильные (ss) - характеризуются прекращением плодоношения, снижением мощности, усилением деструктивных процессов, ослаблением связи между побеговыми и корневыми системами, возможно упрощение жизненной формы, появление листьев имматурного типа.

- сенильные растения (s) - характеризуются крайней дряхлостью, уменьшением размеров, при возобновлении реализуются немногие почки, вторично появляются некоторые ювенильные черты (форма листьев, характер побегов и т. д.).

- отмирающие особи - крайняя степень выражения сенильного состояния, когда у растения остаются живыми лишь некоторые ткани и в отдельных случаях - покоящиеся почки, которые не могут развить надземные побеги.

У некоторых деревьев (дуба черешчатого, бука, клёна полевого и др.) описано квазисенильное возрастное состояние. Это угнетенные, низкорослые растения, описанные как «торчки» - приобретают со временем черты старого вегетативного растения, так и не пройдя генеративную фазу.

Распределение особей ценопопуляции по возрастным состояниям называется ее возрастным, или онтогенетическим спектром.

б) возрастная структура популяций у животных. В зависимости от особенностей размножения члены популяции могут принадлежать:

- к одной генерации (все особи близки по возрасту и примерно одновременно проходят очередные этапы жизненного цикла - саранчовые, таракановые. Численность таких популяций неустойчива: сильные отклонения условий от оптимума на любой стадии жизненного цикла действуют сразу на всю популяцию, вызывая значительную смертность);

- к разным генерациям:

-- размножающиеся один раз в жизни (майские жуки);

-- размножающиеся многократно (возможны две крайние ситуации:

1) продолжительность жизни во взрослом состоянии невелика;

2) взрослые живут долго и размножаются многократно.

В первом случае ежегодно сменяется значительная часть популяции.

3) Этологическая, или поведенческая структура. Это система взаимоотношений между членами одной популяции.

Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависит прежде всего от формы совместного существования особей в популяции:

а) одиночный образ жизни (особи популяции независимы и обособлены друг от друга). Характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается, так как при этом было бы невозможным осуществление их основной жизненной функции - размножения. У видов с одиночным образом жизни часто образуются временные скопления особей - в местах зимовок, в период, предшествующий размножению, и т. п. популяция биологическая система существование

б) семейный образ жизни (усиливаются связи между родителями и их потомством). Различают семьи отцовского, материнского и смешанного типа, в зависимости от того, кто из родителей берет на себя уход за потомством. В семьях с устойчивым образованием пар в охране и выкармливании молодняка принимают обычно участие и самец и самка.

При семейном образе жизни территориальное поведение животных выражено наиболее ярко: различные сигналы, маркировка, ритуальные формы угрозы и прямая агрессия обеспечивают владение участком, достаточным для выкармливания потомства.

в) колонии (групповые поселения оседлых животных). Могут существовать длительно или возникать лишь на период размножения (грачи, чайки, гагары, тупики и др.). По сложности взаимосвязей между особями колонии животных чрезвычайно разнообразны - от простых территориальных скоплений одиночных форм до объединений, где отдельные члены выполняют, как органы в целостном организме, разные функции видовой жизни.

г) стаи (временные объединения животных, которые проявляют биологически полезную организованность действий). Стаи облегчают выполнение каких-либо функций в жизни вида: защиты от врагов, добычи пищи, миграции. По способам координации действий стаи делятся на две категории:

- эквипотенциальные, без выраженного доминирования отдельных членов (рыбы, мелкие птицы, перелетная саранча). Для поведения рыб в стае характерен имитационный рефлекс - подражание действиям соседей;

- стаи с лидерами (крупные птицы и млекопитающие).

д) стада (более длительные и постоянные объединения животных по сравнению со стаями). В стадах осуществляются все основные функции жизни вида: добывание корма, защита от хищников, миграции, размножение, воспитание молодняка и т. п. Основу группового поведения животных в стадах составляют взаимоотношения доминирования-подчинения, основанные на индивидуальных различиях между особями.

Системы доминирования-подчинения очень различны у разных видов. При линейной иерархии в ряду рангов А-В-С и т. д. особи, принадлежащие к каждому рангу, подчинены предыдущим, но главенствуют над последующими. Могут возникать параллельные ряды подчинения: один среди самцов, другой - среди самок, как, например, у некоторых игрунковых обезьян. У павианов, помимо того, самцы доминируют над самками, а те в свою очередь над детенышами. У некоторых видов обнаружено иерархическое соподчинение по типу «треугольника»: А нападает на В, В - на С, а С подчиняет себе А. Такое соотношение может сохраняться в группе довольно долго. Одним из вариантов иерархии может быть деспотия - доминирование одного животного над всеми остальными членами группы.

Биологический смысл иерархической системы доминирования-подчинения заключается в создании согласованного поведения группы, выгодного для всех её членов. После «расстановки сил» животные не тратят лишней энергии на индивидуальные конфликты, а группа в целом получает преимущества, подчиняясь наиболее сильным и опытным индивидуумам.

Оптимизация физиологических процессов, ведущая к повышению жизнеспособности при совместном существовании, получила название эффект группы. Он проявляется как психофизиологическая реакция отдельной особи на присутствие других особей своего вида.

Эффект группы проявляется в ускорении темпов роста животных, повышении плодовитости, более быстром образовании условных рефлексов, повышении средней продолжительности жизни индивидуума и т. д. В группе животные часто способны поддерживать оптимальную температуру (при скучивании, в гнездах, в ульях). У многих животных вне группы не реализуется плодовитость. Эффект группы не проявляется у видов, ведущих одиночный образ жизни. Если таких животных искусственно заставить жить вместе, у них повышается раздражительность, учащаются столкновения и многие физиологические показатели сильно уклоняются от оптимума.

4) Виталитетная структура. В популяциях выражена дифференциация особей по жизненному состоянию. Одним из внешних факторов этой дифференциации является несходство отдельных микроместообитаний в границах популяционного поля.

Жизненное, или виталитетное, состояние (виталитет) -уровень продукционного, ростового и формообразовательного процессов. Виталитет учитывается морфометрическими параметрами (размеры, масса, количество). Ключевыми признаками виталитета являются размер листовой поверхности особи, годичный прирост побегов, фитомасса, репродуктивное усилие.

Оценка качества особей позволяет установить их иерархию в популяции: особи процветающие (высший класс) и угнетенные (низший класс). Среднее положение между ними занимают особи промежуточного класса. Особи разных классов виталитета различаются по функциональному назначению. Нормально развитые растения (промежуточный класс) обеспечивают прирост фитомассы и частично участвуют в размножении. Наиболее крупные особи (высший класс) выделяются активным вегетативным и семенным размножением. Подвижность соотношений позволяет популяции всегда поддерживать в своем составе оптимальный в конкретных эколого-фитоценотических условиях баланс функциональных групп особей.

В лесных древостоях ясно выражается дифференциация особей, особенно с возрастом,. Выражением дифференциации древостоя служат классы Крафта, предложенные в 80-е гг. XIX в. немецким лесоводом Крафтом (рис. 1).

Дискретный социальный ранг (класс Крафта) является следствием конкурентных взаимоотношений, которые особенно хорошо выражены в одновозрастной группе особей. Согласно классификации Крафта принято выделять 5 классов.

Рис. 1. - Распределение деревьев в ценозе по классам Крафта

- I класс - деревья исключительно господствующие. Они поднимаются заметно выше других деревьев в насаждении и имеют хорошо развитые вершины.

- II класс - деревья господствующие, обычно преобладающие в насаждениях (до 40%), вершины относительно хорошо развиты.

- III класс - деревья согосподствующие, кроны более редкие, часто асимметричные.

- IV класс - деревья подчиненные, угнетенные (заглушённые). Кроны лишь частично входят в общий полог насаждений, нижняя часть кроны обычно отмирает.

- V класс - деревья сильно угнетенные, отмирающие или отмершие.

Классам Крафта близка классификация Е.Л. Маслакова, которым выделены следующие классы роста:

1) Лидеры. Самые крупные, резко выделяющихся по своим размерам деревья (15-20%). Растут в 2-2,5 раза быстрее средних деревьев популяции, образуют до 40-50% её суммарной, биологической, живой и стволовой массы. На протяжении всего периода роста устойчиво сохраняют свой социальный статус. Являясь деревьями верхнего полога 1 яруса насаждения, отличаются нормальной жизненностью, ранним и обильным семяношением, темпами роста и выполняют в популяции функцию освоения новых территорий.

2) Сублидеры. Растут в 1,4-1,7 раза быстрее средних деревьев, сначала несколько отстают от лидеров, но затем догоняют их и выходят в верхний полог древостоя. Выполняют функцию удержания занятой территории и осуществления непрерывного потока поколений.

Первые 2 класса составляют основную часть деревьев будущего формирующегося насаждения и образуют 60-70% прироста и массы популяции.

3) Спутники. Составляют до 40% в популяции. Средние по высоте. Ранговое положение неустойчивое, в конечном итоге к возрасту 40-50 лет большая часть культур отстает в росте и составляет отпад. Проявляют стресс-толерантное поведение, направленное на формирование резерва популяции.

4) Отстающие. Растут в 2 раза медленнее средних деревьев (общая масса в популяции - не более 10%).

5) Аутсайдеры. Самые отстающие в популяции деревья с резко пониженным приростом, в ближайшей перспективе обреченные на отмирание. Их около 10% при массе в 1-2%.

Дифференциация особей по степени жизненности характерна и для популяций животных (например, головастики).

2. Статические характеристики популяций

а) численность - общее количество особей на выделяемой территории;

б) плотность - среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства; плотность популяции можно выражать также через массу членов популяции в единице пространства;

в) дисперсия - пространственное распределение особей популяции на определенной территории.

Существуют 3 основных типа пространственного распределения:

- случайное - особи распределены в пространстве случайным образом (л=1);

- равномерное, или регулярное - особи находятся на равном удалении друг от друга (л<1);

- агрегированное, или групповое - возникают скопления особей разного размера (л>1).

Помимо этих типов иногда выделяют два дополнительных: случайное агрегированное (агрегации распределены в пространстве случайным образом) и агрегированное с образованием крупных скоплений из более мелких.

Оценить пространственное распределение можно с помощью дисперсии (наиболее простой метод):

где x - средняя численность, x_i - отдельные значения численности видов по пробам, N - объём выборки (число проб)

3. Динамические характеристики популяций

Рождаемость характеризует скорость естественного восполнения популяции за счет размножения. Различают следующие виды рождаемости:

- максимальную (физиологическую) - теоретический максимум скорости рождения новых особей при отсутствии каких-либо факторов, способных сдерживать процессы размножения;

- экологическую (реализованную) - увеличение численности популяции при фактических условиях окружающей среды.

Рождаемость в экологических исследованиях обычно выражается либо как абсолютная - это скорость, определяемая путем деления числа вновь появившихся особей на время, либо как удельная - число появившихся потомков в единицу времени на 1 особь в популяции.

Смертность - количество особей, погибших в популяции за определенный период.

Смертность изменяется в зависимости от условий среды, возраста и состояния популяции и выражается чаще в виде относительной величины - доли особей (от исходного количества), погибших за определенное время. Смертность может быть:

- минимальной - гибель особей в идеальных для популяции условиях существования (в отсутствие ограничивающих факторов);

- экологической (реализованной) - это гибель особей в реальных условиях существования.

Существует 3 типа смертности, которым соответствуют определенные кривые выживаемости.

Кривая I типа свойственна организмам, смертность которых на протяжении всей жизни незначительна, но резко возрастает в ее конце (например, насекомые, погибающие после кладки яиц, люди в развитых странах, некоторые крупные млекопитающие) Это так называемая «кривая дрозофилы».

Кривая II типа характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течение всей жизни (например, птицы, пресмыкающиеся). Это «кривая гидры».

Кривая III типа отражает массовую гибель особей в начальный период жизни (например, многие рыбы, беспозвоночные, растения и другие организмы, не заботящиеся о потомстве, и выживающие за счет огромного количества икринок, личинок, семян и т.п.). Это «кривая устрицы».

в) прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным;

г) темп роста - средний прирост за единицу времени.

Размещено на Allbest.ru