Отличия популяции от вида
Первое, на что необходимо обратить внимание, — популяция является частью вида, а не наоборот. Два этих понятия часто путают
Вид – это самовоспроизводящаяся структура, способная поддерживать свою численность во времени и пространстве, совокупность особей со схожими характеристиками и распространенная в пределах единого ареала, способная к скрещиванию, результатом которого становится плодовитое потомство.
Основными характеристиками вида являются:
- Длительность существования;
- Общий ареал ;
Общие признаки, характеризующие особей, — генетические, морфологические, физиологические, поведенческие и т.д.;
Способность скрещиваться и давать плодовитое потомство.
В биологической концепции вида, родоначальником которой стал Джон Рэй, именно последний критерий является самым важным. Известно множество случаев образования гибридов между разными видами (особенно в ботанике), но при этом полученные таким образом организмы не способны давать потомство, то есть являются стерильными. Это, например, лигр – гибрид льва и тигра, мул – гибрид осла и лошади и т.д.
Лигр – пример межвидового гибрида Источник
Очень часто ареал вида довольно обширен и представлен большой и неоднородной по своим условиям территорией. Например, мелкие грызуны могут обитать как на острове, так и на берегу. Чайки одного вида обитают на североамериканском и евроазиатском побережье Тихого океана. В таких условиях принцип свободного скрещивания реализовать достаточно сложно, поэтому часто пары возникают среди ближайшего окружения. Из-за постоянного скрещивания между соседями в удаленных или обособленных местах ареала появляются группы особей с определенными особенностями. Например, островные грызуны имеют меньшие размеры, чем на суше, зато островные растения – наоборот, крупнее. При этом сохраняется возможность скрещивания между такими группами, то есть репродуктивный критерий вида соблюдается. Для таких групп было введено понятие «популяция».
Итак, популяция – это совокупность особей одного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.
Признаками популяции являются:
- Незначительные отличия от других особей вида;
- Обитание на однородной, часто обособленной территории;
- Определенная численность популяции, соотношение особей разных полов и возрастов, часто отличные от общевидовых значений;
- Территориальная структура.
Природные и антропогенные экосистемы
Природные экосистемы (биомы). В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд типов природных экосистем (биомов). В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности, для водных экосистем — гидрологические и физические особенности.
Помимо основных типов природных экосистем (биомов) различают переходные типы — экотоны. Например, лесотундра, смешанные леса умеренной зоны, лесостепь, полупустыни и др.
Антропогенные экосистемы. Агроэкосистемы (сеіьскохозяйственные экосистемы. агроценозы) — искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища). Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов (урожая). В них, так же, как в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т.д.) и редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек.
Отличия агроценозов от естественных биоценозов:
• незначительное видовое разнообразие (агроценоз состоит из небольшого числа видов, имеющих высокую численность);
• короткие цепи питания;
• неполный круговорот веществ (часть питательных элементов выносится с урожаем);
• источником энергии является не только солнце, но и деятельность человека (мелиорация, орошение, применение удобрений);
• искусственный отбор (действие естественного отбора ослаблено, отбор осуществляет человек);
• отсутствие саморегуляции (регуляцию осуществляет человек) и др.
Таким образом, агроценозы являются неустойчивыми системами и способны существовать только при поддержке человека. Урбосистемы (урбанистические системы)
— искусственные системы (экосистемы), возникающие в результате развития городов, и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д.
Структура популяции
В биологии популяция – это целостность всех имеющихся особей одного вида, обитающих на одной территории и обладающих общим генофондом с возможностью свободно скрещиваться. Один вид живых организмов может в себя включать сразу несколько экосистем, которые чаще всего изолированы друг от друга.
В случае размещения в одинаковых условиях особей одного вида, взятых из разных экосистем, можно наблюдать сохранение их различий. Однако для получения плодовитого потомства такое скрещивание даёт лучшие результаты.
Рис. 1. Примеры популяций.
Популяции обеспечивают процесс микроэволюции и делятся на:
- половую;
- возрастную;
- экологическую;
- генетическую;
- пространственную структуру.
Рис. 2. Структура популяций.
Пространственная структура
Определяется плотностью размещения и распределения на определённой местности членов экосистемы. Все особи имеют как индивидуальное, так и групповое пространство. Таким способом образуются стаи, колонии, стада. В зависимости от способа размещения в группе различают случайное, равномерное и скученное распределение.
Каждая особь играет свою роль в группе, при этом формируется социальная иерархия.Она может быть:
- линейной (подчинение по рангам, когда последующий главенствует над предыдущим);
- параллельной (у самцов и самок отдельные вожаки).
Такая система взаимоотношений позволяет согласовывать поведение, которое будет выгодно для всех членов группы.
Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере
Биосфера — открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого — углерод.
Биосфера Земли характеризуется определенным образом сложившимся круговоротом веществ и потоком энергии. Круговорот веществ — многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли.
В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговороты.
Гдологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого являются геологические процессы. Он осуществляется без участия живых организмов. Биологический круговорот — круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. Антропогенный круговорот (обмен) — круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В отличие от геологического и биологического круговоротов веществ, антропогенный круговорот веществ в большинстве случаев является незамкнутым. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды.
Именно они и являются основной причиной всех экологических проблем человечества.
Основные характеристики
Характеристика популяции заключается в качествах, которые не наблюдаются у других особей или групп. Основная общность единого генотипа выражается в следующих признаках:
- Численности.
- Плотности.
- Рождаемости и смертности.
- В относительном и абсолютном приросте.
Общие черты вида объединяют их в популяцию.
Численность
Различают верхнюю и нижнюю границу количества особей. Падение за низкие пределы грозит риском исчезновения вида. Активное размножение увеличивает его численность. Количество особей генофонда – важный показатель для работы ученых по сохранению вида. Численность зависит от следующих факторов:
- ежегодная гибель животных по разным причинам;
- способность к размножению в зависимости от плотности;
- разрушение ареала обитания.
Плотность
Это свойство определяется числом особей на какую-либо единицу площади. Например, количество животных, обитающих на одном гектаре леса или количество рыбы на 1 м3 водоема.
Плотность – величина не постоянная. Миграция животных, гибель или рождаемость меняют плотность группы. Примером может служить популяция птиц, откладывающая 600 яиц из которых выводятся только 400 птенцов, а выживают 100 из них. Это число реального увеличения плотности.
Рождаемость и смертность
Активное размножение животных влияет на численность генотипа. Прирост количества молодых особей омолаживает животные экосистемы, отодвигая риск исчезновения.
Погибшие за определенный период особи отражают смертность среди группы животных. Развитие процесса зависит от внешних условий – климата, достатка пищи, хищников, антропологической деятельности человека.
Рождаемость
Рождаемость —это способность популяции к увеличению численности за счет размножения особей. Она характеризует частоту появления новых особей в популяции. В экологии под рождаемостью понимают любой способ появления новых особей путем размножения (деление клетки, прорастание семян, вылупливание из яиц, почкование, живорождение).
В оптимальных условиях среды в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей, и рождаемость ограничивается только физиологическими особенностями вида. Такая рождаемость называется максимальнойили физиологической рождаемостью.
! Это интересно
Потомство одного растения одуванчика за 10 лет способно заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена будут прорастать. Численность потомков нескольких поколений, происходящих от единственной тли и размножающихся путем партеногенеза, за полтора летних месяца может достигнуть 300 млн особей. Исключительно обильно плодоносят ивы, тополя, березы, осины, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые 20 мин и в течение 36 ч могут сплошным слоем покрыть всю планету, если будут оптимальные условия среды (отсутствие лимитирующих факторов).
В действительности такая огромная рождаемость организмов никогда не реализуется. Реальная рождаемость всегда оказывается значительно ниже потенциальной.
Рождаемость в природных популяциях определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологическими особенностями вида (скорость полового созревания особей, количество потомков в одном поколении, количество поколений в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции, число репродуктивных особей). Рождаемость, которая определяет увеличение численности популяции в фактических условиях среды, называется реализованнойили экологической рождаемостью.
Для количественной характеристики экологической рождаемости в популяции можно рассчитать показатели абсолютной и удельной рождаемости.
Абсолютная рождаемость — количество особей родившихся в популяции за единицу времени. Она рассчитывается путем соотношения числа потомков к периоду времени, за который они появились. Например, 100 особей в час, или 1000 особей в год. Однако данный показатель нельзя использовать для сравнения рождаемости популяций с разной начальной численностью. Представим себе две популяции протистов с начальной численностью 50 и 100 особей, размножающихся путем деления клеток в одинаковом объеме воды. Например, через час их численность стала 150 и 200 особей соответственно. Абсолютная рождаемость в обеих популяциях составляет 100 особей/ч. Это не соответствует реальному изменению численности за счет рождаемости: в первой популяции численность за час увеличилась в 3 раза, а во второй популяции — в 2 раза.
Чтобы сравнивать по рождаемости популяции с разной начальной численностью, надо рассчитать удельную рождаемость. Удельная рождаемость— число особей, появившихся за единицу времени в расчете на одну особь популяции. Следовательно, чтобы рассчитать удельную рождаемость, надо абсолютную рождаемость соотнести с начальной численностью популяции. Удельная рождаемость для вышеуказанных популяций протистов составляет: в первой популяции 3 особи/ч на 1 особь, а во второй популяции — 2 особи/ч на 1 особь. Из этих показателей следует, что в первой популяции рождаемость в 1,5 раза выше, чем во второй, что и соответствует реально полученному результату по увеличению численности. Показателем удельной рождаемости в популяциях людей служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года.