Проверим знания
1. Почему в природе численность популяции не может быть слишком высокой или слишком низкой? 2. Что происходит с численностью популяции жертвы, если хищники отлавливают жертву медленнее, чем она успевает размножаться? 3. Как влияют на численность популяций факторы, независимые от их плотности? Приведите конкретные примеры.
1. Используя материал параграфа и дополнительную информацию, охарактеризуйте механизмы регуляции численности популяции жука короеда, вспышка численности которого представляет угрозу для лесов Беларуси. Поможет ли вырубка пораженных деревьев справиться с этой проблемой? 2. Если вас попросят разработать программу биологической борьбы с насекомым-вредителем, выберете ли вы для этого неспециализированных или специализированных хищников? Приведите аргументы в пользу своего выбора. 3. У хищных рыб — щуки, окуня, трески, наваги встречается такое редкое явление, как каннибализм, то есть поедание себе подобных. В чем биологический смысл этого явления?
Индивидуальное домашнее задание. Составьте экологический прогноз для популяций смешанного леса, в котором был проведен полный отстрел популяции волков.
Источник
Динамика биогеоценозов
Биогеоценозы формируются длительно. В процессе функционирования биогеоценозы подвергаются непрерывным изменениям. Эти изменения обусловлены периодичностью изменений факторов внешней среды – суточные и сезонные ритмы, обусловленные сменой дня и ночи и времен года соответственно. Каждый живой организм в процессе своей жизнедеятельности изменяет среду вокруг себя, поглощая из нее продукты питания и выделяя в нее продукты обмена. Поэтому постепенно среда становится малопригодной для жизни одних видов и пригодной для других. Вследствие этого постепенно один биоценоз сменяется другим. Более быстрая смена биогеоценозов может быть обусловлена изменением климатических или других условий (лесной пожар, хозяйственная деятельность человека – вырубка лесов, осушение болот и т.п.). Смена биогеоценоза (сукцессия) — это направленная и непрерывная последовательность исчезновения одних популяций и появления других в данном биотопе. Чем полнее круговорот в биогеоценозе, тем он устойчивее и долговечнее. Смена биогеоценозов происходит в направлении от менее устойчивых к более устойчивым.
Ведущее значение в процессе смены биогеоценозов принадлежит растениям, хотя биогеоценозы изменяются как единое целое. Например, на месте лесного озера постепенно образуется торфяное болото. Вследствие отложения торфа водоем мелеет, прибрежная растительность распространяется к его центру. Озеро постепенно превращается в болото, поросшее травой, на котором в дальнейшем появляются кустарники, а затем деревья. Одновременно с изменением растительности изменяется и животный мир.
Природные биогеоценозы не могут полностью обеспечить человека продуктами, одеждой и промышленным сырьем, поэтому он создает искусственные экосистемы – агроценозы. Наряду с возделываемыми культурами в агроценозах произрастают сопутствующие сорные виды, которые испытывают мощный антропогенный пресс. Кроме того, в состав агроценозов входят бактерии, водоросли, грибы, животные. Агроценозы – это поля, пастбища, сенокосы, лесные посадки, парки, сады. Их относительно высокая продуктивность по сравнению с естественными биогеоценозами обеспечивается интенсивной технологией, подбором высокоурожайных сортов, внесением удобрений, мелиорацией. Таким образом, агроценозы – это экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек. Они не способны к саморегуляции, так как характеризуются однотипностью видового состава. Агроценозы имеют ряд принципиальных отличий от естественных экосистем. Помимо солнечной энергии они получают опосредованно через человека дополнительную энергию, расходуемую на рыхление и удобрение почвы, мелиорацию и т.п. В агроценозах происходит неполный круговорот веществ, так как при уборке урожая уносится значительная часть элементов, что компенсируется внесением удобрений. В биогеоценозах действует естественный отбор, а в агроценозах – искусственный. Агроценозы обладают слабой устойчивостью, и их сохранение зависит от деятельности человека. Если она прекращается, то искусственное растительное сообщество заменяется природной растительностью. Необработанные поля довольно быстро зарастают сорняками, затем кустарниками, мелколесьем и наконец – лесом. Для повышения продуктивности агроценозов в настоящее время проводят осушение и орошение почв, борьбу с эрозией (укрепление склонов, безотвальная вспашка, залуживание бывших торфяников), нормированное внесение удобрений, дозированное применение средств для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорняками. Используют высокопроизводительную технику, получают новые высокоурожайные сорта культурных растений, устойчивые к болезням и вредителям, применяют биологические способы борьбы с вредителями, соблюдают научнообоснованные севообороты. В овощеводстве и цветоводстве широко используют теплицы, парники и выращивание овощей без грунта – гидропонику(в качестве субстрата используют гравий, орошаемый растворами солей) и аэропонику (субстрат отсутствует, а корни периодически опрыскивают растворами минеральных солей).
Источники информации
1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.
Смертность.
Если прослеживать судьбу некоторой группы особей, родившихся в одно и то же
время, легко обнаружить, что их численность в течение жизни непрерывно снижается
в результате отмирания части особей. Этот процесс, называемый смертностью, может
характеризовать отдельные популяционные подгруппы или же популяцию в целом.
Смертность организмов проявляется даже в тех случаях, когда условия жизни вполне
благоприятны. В этих случаях говорят о минимальной смертности, природа которой
связана с дефектами физиологического развития, приводящими к гибели отдельных
организмов. В иных случаях смертность может сильно меняться в зависимости от
условий внешней среды (например, условий питания, загрязненности, вследствие
действия неблагоприятных абиотических факторов).
В определенной мере смертность — это показатель, противоположный рождаемости.
Смертность, как и рождаемость, выражается числом особей, погибших за данный
период времени, но чаще в виде относительной или удельной величины. Такой величиной
может быть процент особей, погибших в единичный отрезок времени, или их доля
от начальной численности группы.
У большинства организмов интенсивность смертности меняется в течение жизни.
Как правило, она высока на ранних стадиях развития, затем снижается и вновь
возрастает к старости.
Известно, что каждый организм характеризуется своей индивидуальной продолжительностью
жизни, которая может изменяться в некоторых присущих данному виду пределах.
Представленные
на рисунке кривые называют кривыми выживания. Обычно при построении этих кривых
по оси абсцисс откладывают время или возраст, а по оси ординат — число выживших
особей.
Кривые выживания подразделяют на три общих типа.
Сильно выпуклая кривая характерна для видов, у которых смертность резко
повышается лишь к концу жизни, а до этого она остается низкой. Такой тип кривой
характерен для многих видов крупных животных и, конечно, для человека.
Другой крайний вариант — сильно вогнутая кривая. Она получается, если смертность
очень высока на ранних стадиях жизни. Хорошей иллюстрацией этого типа служат
рыбы, устрицы или другие двустворчатые моллюски, а также дубы. Смертность очень
велика у свободно плавающих личинок и прорастающих желудей. Но как только особи
подрастают и хорошо приживаются на подходящем субстрате, их смертность резко
снижается.
К промежуточному типу относятся кривые выживания таких видов, у которых смертность
мало изменяется с возрастом и остается более или менее одинаковой в течение
всей жизни данной группы. Вероятно, в природе не существует популяций, у которых
выживаемость постоянна на протяжении всего жизненного цикла особей (в этих случаях
кривая выживания располагалась бы полностью на диагонали графика), однако слегка
вогнутые или сигмоидные (волнообразные) кривые всегда характерны для многих
видов птиц, мышей, кроликов и других организмов.
Форма кривой выживания связана со степенью заботы о потомстве и другими способами
защиты молоди. Так, кривые выживания пчел и дроздов, которые заботятся о потомстве,
значительно менее вогнуты, чем у кузнечиков или сардин, которые не заботятся
о потомстве. Отсутствие заботы о потомстве у рыб компенсируется очень большим
числом откладываемых икринок.
Форма кривой выживания очень часто изменяется при изменениях плотности популяции.
При возрастании плотности она становится более вогнутой, иными словами, при
увеличении численности организмов их смертность возрастает.
Слайд 56Мы видели, что динамика численности популяций в решающей степени определяется факторами,
зависящими от плотности, и никто из демографов, а тем более, экологов этого не отрицает. Зависимость от плотности, в свою очередь, означает, что рост популяций ограничен лимитирующими факторами среды. Чрезмерно размножившаяся популяция наталкивается на внешние барьеры – недостаток корма, убежищ, территории — и расплачивается за свою экспансию гибелью, иногда в огромных количествах, своих членов. Это – элемент самоорганизации экологического сообщества, но, с точки зрения популяций, — это не самоорганизация, в данном случае они выступают как пассивный объект внешнего регулирования. В чем же тогда проявляется гомеостаз популяции?
Понятие о популяции в биологии
В биологическом смысле генофонды объединяют животных единого вида, которые населяют одно пространство, связаны между собой потомством. В биологии термином популяция стали пользоваться на заре XX века.
Для сохранения объединений животных путем воспроизводства необходим свободный обмен генной информацией. В биологии, места проживания животных, тропы их передвижения, укрытия, запасы корма играют важную роль для определения генотипа.
Группы, которые образуют единицы одной общности, дают им преимущество перед одиночным существованием. Проживая в сообществе, легче обнаружить хищников, обороняться от них, обучать молодое потомство
Важно общение между членами группы. Информацию они передают звуками, запахами, электрическими разрядами (рыбы)
Примером общения служит сорочий гвалт в лесу, который является предупреждением сородичей о приближении чужаков.
Мышь полевка
Как регулируется численность популяции
В природе никогда не происходит неограниченный рост численности. Действуют лимитирующие факторы, поэтому виды не размножаются бесконечно. Суммарные потребности особей одного вида в определённом ресурсе могут превышать его количество в экосистеме. Организмы начинают конкурировать за ресурс, а те, что его недополучают, слабеют, перестают размножаться либо гибнут.
Рассмотрим факторы, влияющие на численность популяций: не зависящие и зависящие от её плотности. Не зависящими от плотности считаются такие факторы, на действие которых не влияет изначальная численность и плотность популяции. К этой группе относятся сильные морозы, засухи, ураганы, наводнения. Число погибших и выживших особей в результате природной стихии не зависит от первоначальной численности и плотности популяции.
Разберём задание: «Какой абиотический фактор среды вызывает миграцию птиц?»
Перелёты пернатых связаны не с одним фактором, а с природным механизмом регуляции сезонных изменений в жизни птиц. Уменьшается количество корма, его становится недостаточно для всех особей, усиливаются внутри- и межвидовая конкуренции. Сигналом к началу миграции является изменение длины дня, что приводит к гормональным изменениям в организме перелётных птиц.
Факторы, зависящие от плотности, сильнее влияют на популяцию по мере роста её численности и увеличения плотности. К этой группе относятся биотические факторы — внутри- и межвидовые. Чем выше плотность особей, тем сильнее действуют эти факторы.
Зависят от плотности:
- внутривидовая конкуренция;
- перенаселённость;
- межвидовая конкуренция за одни и те же ресурсы;
- пресс хищников, паразитов, инфекционных заболеваний.
Действие этих факторов повышается по мере увеличения плотности, что препятствует в дальнейшем неблагоприятному росту численности популяции. Наблюдается отрицательная зависимость или обратная связь.
Источник
Почему биологические виды существуют в форме популяций
Вид состоит из организмов, которые занимают различные ареалы. Факторы внешней среды на отдельных участках часто сильно отличаются. Есть территории вовсе не пригодные для существования вида, также встречаются преграды, которые разделяют и изолируют популяции друг от друга.
К определенным условиям окружающей среды идет адаптация и появление новых приспособлений, которые помогают выжить виду. Это приводит к некоторому разнообразию особей в пределах разных популяций. Существование вида в единой форме, привело бы к скорому вымиранию всех представителей. Потому что при малейших изменениях в окружающей среде, они не смогли бы выжить.
Причины, из-за которых биологические виды живут в форме популяций:
- В полной мере используются существующие ресурсы (расселение организмов по всему земному шару).
- Особи в популяциях быстрее адаптируются к новым условиям.
- Постоянное изменение генома повышает внутривидовое разнообразие.
- Повышается выживаемость вида (резкая перемена внешних условий жизни может вызвать полную гибель вида, но наличие популяций с разными характеристиками, может помочь в его сохранении).
Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов
Организмы в популяциях одного вида отличаются набором аллельных генов. Практически никогда не встречаются популяции с идентичными фенотипическими признаками. Все это связано с различными условиями обитания.
Изменение количества аллельных генов обусловлено влиянием естественного отбора. Под влиянием природных факторов выживают представители с набором признаков и свойств, оптимальных для сложившихся обстоятельств. Так в популяции остаются сильные, устойчивые виды, способные к быстрой адаптации.
*§ 37—1. Популяция — структурная единица вида. Статические свойства популяций
Статические свойства популяции
Численность — это общее количество особей одного вида на участке ареала с однородными экологическими условиями. Например, дальневосточная популяция тигра насчитывает около 600 особей, ладожской нерпы — около 10 тыс. особей, азиатского льва — более 600 особей, популяция зубра на территории Национального парка Беловежская пуща — более 500 особей. Определить общую численность популяции путем прямого подсчета можно только для крупных и хорошо заметных особей. Численность популяции постоянно изменяется. Но рост численности популяций любого вида в природе никогда не бывает бесконечным, потому что ресурсы, за счет которых существуют виды (пища, убежища, подходящие места для размножения), на любой территории имеют пределы. В то же время численность популяций не может снижаться бесконечно, так как для обеспечения воспроизводства потомства требуется наличие определенного числа особей. Следовательно, колебания численности ограничиваются верхним и нижним пределами. Выход за эти пределы может привести к гибели популяции.
Верхний предел численности — максимальное количество особей популяции, потребности которых могут быть удовлетворены ресурсами данного местообитания без заметного его нарушения. Он зависит от количества корма, площади занимаемой территории, воздействия экологических факторов и в экологии называется емкостью среды.Однако популяция при быстром росте легко может превысить емкость среды, и тогда начинается гибель особей из-за нехватки корма. Из-за повышенной контактности возникают эпидемии, что в конечном итоге может привести к гибели всей популяции.
Нижний предел численности — минимальное количество особей, способных обеспечить воспроизводство и длительное существование популяции. Он зависит от биологических свойств организмов и является величиной постоянной для всех популяций в пределах вида. Снижение численности ниже нижнего предела является причиной снижения возможности встречи полов для размножения особей. Это неизбежно приводит к вымиранию популяции. Вот почему популяции с очень малой численностью особей длительно существовать не могут. Известны случаи вымирания популяций даже в заповедниках со строгим режимом охраны, когда их численность снижалась ниже нижнего предела.
Плотность— количество особей популяции в расчете на единицу площади (м2, га, км2) или объема (л, м3, км3). Например, 150 сосен на 1 га соснового бора, 800 клеток хлореллы в 1 л воды характеризуют плотность популяций этих видов. Плотность прямо пропорциональна численности, поэтому показатель численности чаще всего рассчитывают путем умножения плотности на площадь ареала популяции. При увеличении численности плотность не повышается или даже снижается лишь в том случае, если возможно расселение особей вследствие расширения ареала. При отсутствии расселения показатель плотности популяции позволяет количественно сравнивать отдельные популяции независимо от общего размера занимаемой ими территории или акватории.
Различают два вида плотности. Средняя плотность — количество особей в расчете на единицу площади всей занимаемой территории. Экологическая плотность— количество особей в расчете на единицу площади территории, пригодной для обитания. При неравномерном заселении особями территории эти показатели могут существенно различаться.
Плотность, как и численность, имеет верхний и нижний пределы, выход за которые может приводить к гибели популяции. Поэтому прогноз для будущего существования популяции можно давать и на основании сравнения плотности с ее пределами.
Следовательно, если численность или плотность близки к верхнему пределу, то часть особей следует изъять из популяции. Это может быть переселение на свободную территорию, использование в хозяйственных целях, санитарный отстрел животных или вырубка деревьев. Если же численность или плотность приближаются к нижнему пределу, то следует осуществлять охрану популяции или вселять новые особи, чтобы не допустить снижения численности ниже нижнего предела.
Повторим главное. Популяция — способная к саморегуляции группа особей одного вида, длительно обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Любая популяция имеет биологические и групповые признаки (свойства и структуру). Свойства популяции разделяют на две группы: статические и динамические. К статическим свойствам относятся численность и плотность. Диапазон изменения численности и плотности ограничивают верхний и нижний пределы, выход за которые приводит к гибели популяции. Для популяции можно рассчитать среднюю и экологическую плотность.
Слайд 24Давно известно, что возможности размножения популяций всех видов очень велики. Как
писал еще Дарвин, «любое органическое существо численно возрастает естественным путем с такой большой скоростью, что, не подвергайся оно истреблению, потомство одной пары очень скоро заняло бы всю землю. …Считается, что из всех известных животных наименьшая воспроизводительная способность у слона, и я старался вычислить минимальную скорость естественного возрастания его численности; он начинает плодиться, всего вероятнее, в 13-летнем возрасте и плодится до 90 лет, принося за это время не более шести детенышей, а живет до ста лет; если это так, то по истечении 740-750 лет от одной пары получилось бы около 19 миллионов живых слонов. …Мы с уверенностью можем утверждать, что все растения и животные имеют тенденцию численно возрастать в геометрической прогрессии…».Чарльз Дарвин. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь. – СПб., 2001.
Рост популяции.
Такие показатели, как рождаемость, смертность и возрастная структура, весьма
важны, но ни по одному из них нельзя судить о росте популяции в целом. Между
тем представления о росте популяций необходимы для понимания их способностей
к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики.
Характер увеличения численности популяции может быть различным. В связи с -этим
выделяют два типа роста популяций. Их различия можно проиллюстрировать с помощью
кривых, передающих характер нарастания численности популяций во времени.
На рисунке изображены две кривые, одна из которых имеет J-образное, а другая
S-образное начертание.
В первом случае плотность популяции увеличивается с возрастающей скоростью
до тех пор, пока не начинают действовать факторы, ограничивающие рост (ограничение
может быть связано с полным использованием потребляемых популяцией ресурсов
или с иными видами ограничений).
При втором типе роста популяция вначале увеличивается
медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постепенно
замедляется. В конце концов достигается равновесие, которое и сохраняется.
Закон роста популяции первого типа можно сформулировать в виде простого математического
соотношения, согласно которому скорость прироста численности популяции (N) за
промежуток времени (T), то есть N/T, пропорциональна ее общей численности (N):
N/T = r*N, где константа r характеризует скорость процесса нарастания численности.
J-образная кривая называется кривой экспоненциального роста.
При S-образной кривой роста, называемым логистическим, скорость прироста численности
популяции пропорциональна разности между достигнутой величиной популяции (ее
плотностью в данный момент времени — N) и максимально возможной плотностью в
данной среде обитания (К), то есть:
N/T = г/(К — N).
Величину К называют также верхним пределом роста. Как и в предыдущем уравнении,
константа г характеризует скорость достижения верхнего предела роста.
Характерные типы роста популяций можно наблюдать, когда тех или иных животных
вселяют в незанятые области или они сами распространяются в новые районы. Самовселение
некоторых представителей морской фауны рыб (например, тюльки) можно наблюдать
в водохранилищах Волги, Камы, Днепра, где их численность достигла значительных
величин. Рост плотности этих популяций описывается S-образной кривой.
Экспоненциальная J-образная кривая хорошо показывает рост популяций некоторых
микроорганизмов, например грибковых дрожжей, некоторых видов микроскопических
водорослей. В целом, чем крупнее организмы, тем ближе к логистическому типу
рост плотности их популяций.
Виды популяции
Популяция животных состоит из нескольких видов, которые объединяются общими чертами, особенностями, способами размножения. Они приспосабливаются к жизни в определенных условиях. Виды – это основная форма жизни живых организмов.
Иногда трудно определить принадлежность к одному виду. Для этого используют следующие критерии:
- морфологические признаки определяют внешнее различие;
- географические – основываются на том, где проживают определенные особи;
- экологические – предполагают тип питания, сроки и способы размножения;
Живые организмы разного вида не способны скрещиваться и не относятся к единому генофонду. Каждый вид представляет группы, которые занимают определенную территориальную единицу. Например, серебристые чайки, живущие на одном или соседних островах, считаются одним генотипом.
Популяции простейших видов более сильно зависят от экологии обитания. Это относится к неподвижным объектам (растениям). Они не могут выбирать место, где им произрастать. Птицы, которые гнездятся на деревьях, тоже образуют популяции.
Но осенью они собираются стаями и кочуют по лесам в поисках пищи. Так же не привязаны к местам обитания виды млекопитающих, рыб. Разные виды образуют группы. Это могут быть стада, стаи, табуны, косяки в зависимости от сезонов, условий среды.
Слайд 59Появление гипотезы Уинн-Эдвардса положило начало полемике между ним и Д. Лэком,
в которой Лэк утверждал, что регуляция динамики популяций, даже если ее не сводить к регуляции смертностью, происходит на организменном уровне, в то время как Уинн-Эдвардс настаивал на надорганизменной регуляции. Среди биологов и экологов и сейчас нет полного единодушия в отношении этой гипотезы, однако большинство все же склоняется к тому, что ее следует отвергнуть, так как естественный отбор повышает приспособленность отдельных особей, а не популяций. Для демографов эта полемика важна, потому что она помогает лучше понять принципиальные различия между регулированием численности популяций в природе и в обществе.
