Екологічна характеристика популяції

ДОПОВІДЬ ПО БИОЛОГИИ.

На тему:

Екологічна характеристика популяции.

Доповідь підготував: Горяинов Є. С.

Курськ 2001.

Екологічна характеристика популяции.

Основні терміни і определения.

Основним поняттям в екології є екосистема. Цей термін використовується в вживання А. Тенсли в 1935 году.

Під экосистемой розуміється будь-яке співтовариство живих істот та середовища їх проживання, об'єднаних у єдиний функціональне ціле. Основні властивості екосистем — здатність здійснювати круговорот речовин, протистояти зовнішніх впливів, виробляти біологічну продукцію. Вирізняють зазвичай екосистеми різного рангу: микроэкосистемы (невеличкий водойму, труп тваринного з які населяють його організмами тощо.), мезоэкосистемы (ліс, ставок, ріка тощо.), макроэкосистемы (океан, континент, природна зона тощо.) і глобальна екосистема — біосфера в целом.

Близький за змістом сенс входить у термін «біогеоценоз», введений літературу академіком В. М. Сукачевым. Поняття біогеоценозу застосовують зазвичай лише у сухопутним природним системам, де є обов’язковим в ролі основної ланки присутній рослинний покрив (фитоценоз). Екологія зазвичай має тільки з елементарними биогеоценозами, тобто. такими, котрим властиві однорідні сукупності як живих організмів (рослинності, тваринного світу), і довкілля (грунту, гідрологічні умови, мікроклімат і т.д.).

Мал.1. Схема біогеоценозу (екосистеми) по В. М. Сукачеву.

Екосистеми (біогеоценози) зазвичай мають два блоку. Перший складається з взаємозалежних організмів різних видів тварин і називається біоценозу, другий блок становить середовище проживання, що у тому випадку називають біотопом чи экотопом.

Кожен біоценоз складається з безлічі видів, але види входить у нього не було окремими особами, а популяціями чи його частинами. Популяція — це частина виду (складається з особин жодного виду), що становить щодо однорідне простір і здатна до саморегулированию та підтриманню певної чисельності. Кожен вид не більше займаній території, в такий спосіб, розпадається на популяции.

Коли дивитися на вплив чинників довкілля на окремо узятий організм, то, при певному рівні чинника (наприклад, температури) досліджувана особина або виживе, або загине. Картина змінюється при вивченні впливу тієї самої чинника на групу організмів жодного виду. Одні особини загинуть чи знизять життєву активність при одним конкретним температурі, інші - за більш низькою, треті - за більш высокой.

Отже, можна надати ще одну постанову популяції: будь-які живі організми, щоб вижити й заробити дати потомство, мають у умовах динамічних режимів екологічних чинників існувати як угруповань, чи популяцій, тобто. сукупності спільно котрі живуть особин, які мають схожою наследственностью.

Найважливішим ознакою популяції є зайнята нею загальна територія. Однак у межах популяції може бути більш-менш ізольовані з різних причин угруповання. Тому дати вичерпне визначення популяції важко через розмитості кордонів між окремими групами особей.

Кожен вид складається з одній або кількох популяцій, і популяція, в такий спосіб, — це форма існування виду, його найменша эволюционирующая единица.

Виявляючи піклування про збереженні виду, людина має передусім думати скоріш про збереженні популяції. Для популяцій різних видів існують допустимі межі зниження чисельності особин, що їх існування популяції стає неможливим. Точних даних про критичних значеннях чисельності популяцій у літературі немає. Наведені значення суперечливі. Залишається, проте, безсумнівним факт, що замість дрібніший від особини, то вище критичні значення це чисельності. Для мікроорганізмів мільйони особин, для комах — десятки і сотні тисяч, а великих ссавців — кілька десятків. Чисельність має зменшуватися нижче меж, що їх різко знижується ймовірність зустрічі статевих партнерів. Критична чисельність також залежить з інших чинників. Наприклад, декому організмів специфічний груповий спосіб життя (колонії, зграї, стада). Групи всередині популяції щодо відокремлені. Можуть з’явитися таке трапляється, коли чисельність популяції загалом ще чимало велика, а чисельність окремих груп зменшено нижче критичних меж. Наприклад, колонія (група) перуанського баклана повинен мати чисельність щонайменше 10 тис. особин, а стадо північних оленів — 300 — 400 голов.

Структура популяций.

Для механізмів функціонування та вирішення питань використання популяцій велике значення мають відомостей про їх структуре.

Розрізняють статеву, вікову, територіальну інші види структури. У теоретичному і прикладному планах найважливіші даних про вікової структурі, під якої розуміють співвідношення особин (часто об'єднаних в групи) різних возрастов.

У тварин виділяють такі вікові групи: > ювенильная група (дитяча) > сенильная група (стареча, не що у відтворенні) > доросла група (особини, здійснюють репродукцию).

Популяції властиво також певне співвідношення статей, причому, як правило, кількість самці та самок різна (співвідношення статей не одно 1:1). Відомі ситуації різкого переважання тієї чи іншої статі, чергування поколінь із повною відсутністю самців. Кожна популяція може мати і складну просторову структуру (мал.2), подразделяясь більш більш-менш великі ієрархічні групи — від географічної до елементарної (микропопуляции).

[pic].

Рис. 3. Просторові підрозділи популяций.

1- ареал виду; 2- географічна популяція; 3- екологічна, чи місцева популяція; 4- микропопуляция (элементарная).

Зазвичай найбільшої життєздатністю відрізняються популяції, де всі віку представлені щодо рівномірно. Такі популяції називають нормальними. Якщо популяції переважають старечі особини, це однозначно свідчить про наявність негативних факторів свого існування, що порушують воспроизводительные функції. Такі популяції розглядають як регресивні, чи вимираючі. Потрібні термінових заходів з виявлення причин такої міри та його виключенню. Популяції, представлені у основному молодими особами, розглядаються як внедряющиеся, чи инвазионные. Життєвість їх звичайно викликає побоювань, але є велика можливість спалахів надмірно високої чисельності особин, що у таких популяціях не сформувалися трофічні та інші зв’язку. Особливо небезпечно, коли такі популяції представлені видами, про котрих тут раніше були відсутні. У цьому разі популяції зазвичай знаходять підтримки та займають вільну екологічну нішу і реалізують свій потенціал розмноження, інтенсивно збільшуючи численность.

Якщо популяція перебуває у нормальному чи близький до нормальному стані, людина з її може вилучати кількість особин чи біомасу (останній показник зазвичай використовується стосовно рослинним співтовариствам), яка приростає за проміжок часу між вилученнями. Зрозуміло, що вилучатися мають насамперед особини послепродуктивного віку (закінчили розмноження). Якщо переслідується мету отримання певного продукту, то вік, підлогу й інші характеристики популяцій коригуються з урахуванням поставленої задачи.

Експлуатація популяцій рослинних співтовариств, зокрема, із єдиною метою отримання деревного сировини, зазвичай приурочується до того що періоду, коли має місце вікове уповільнення накопичення продукції (приросту). Цей період зазвичай збігаються з максимальним накопиченням деревної маси на одиниці площади.

Лісівниками стосовно вирішуваним завданням і відповідаючи экологобіологічними властивостями популяцій (екосистем) розроблено різні види рубок. Насамперед, вони діляться на великі групи: проміжного і головного користування. Рубки проміжного користування проводяться практично переважають у всіх возрастах життя лісу. За умов їх проведенні, поруч із вилученням частини продукції, переслідується Мети створення сприятливіших умов життєдіяльності і зростання що залишається частини древостоя. Ними ж створюються умови збільшення частки більш цінних з погляду цілей господарства видів (наприклад, хвойних в змішаних хвойно-лиственных сообществах).

При рубках головного користування прибирається весь древостой, який сягнув віку спілості. Цей врожай може зніматися одноразово (суцільні рубки) чи кілька прийомів (поступові, вибіркові рубки). Вилучається у своїй така частина древостоя, яка порушила б життєдіяльності популяцій і екосистем загалом, механізмів їх самоподдержания і саморегулювання (гомеостазу). Такий тип ведення господарства розглядають як м’яке управління природними процессами.

З метою створення умов появи покоління лісу при суцільних рубках застосовуються такі лісівничі прийоми, як вирубування послідовно невеликими площами (лісосіками). У разі залишаються поруч із .вирубкою деревостани є джерелом насіння, поміркованого притенения з’являється покоління лісу, перешкоди буйному зростанню конкурентів з трав, чагарників і небажаних деревних рослин. Появі покоління лісу сприяє також залишення на вирубках окремих, зазвичай, кращих дерев, які виконують роль обсеменителей і мають назва семенников.

Однак у великих лісових масивах Півночі та інших регіонів часто проводяться звані концентровані рубки великими площами без обліку можливостей відновлення їх молодим поколінням лісу. Вони проводяться з допомогою важкої техніки, супроводжуються сильним руйнацією і ущільненням грунтового покрову. Це своє чергу, веде, зазвичай, до ланцюговим реакцій природних процесів, зокрема, сформовані круговороти води змінюються накопиченням застійних вод, на поверхні грунтів із наступною зміною лісових екосистем болотними. За інших випадках, наприклад на піщаних грунтах, наслідком такого втручання в екосистеми є спустелення чи повна руйнація екосистеми. Такий тип ведення господарства сприймається як жорстке втручання у природні процеси. Воно на повинен не могло у діяльності человека.

Динаміка популяцій. Гомеостаз.

До найважливіших властивостей популяцій належить динаміка властивої їм чисельності особин і механізми для її регулювання. Будь-яке значне відхилення чисельності особин в популяціях від оптимальної пов’язані з негативні наслідки на її існування. У зв’язку з цим популяції зазвичай мають адаптаційні механізми, які б як зниження чисельності, якщо вона досить перевищує оптимальну, і її відновленню, якщо зменшується нижче оптимальних значений.

Кожній популяції притаманний так званий биотический потенціал, під яким розуміють теоретично можливе нащадка однієї пари особин при реалізації здібності організмів збільшувати чисельність у геометричній прогресії. Зазвичай биотический потенціал тим більша, що нижчий рівень організації організмів. Так, дріжджові клітини, розмножуються простим розподілом, за наявності умов реалізації біотичного потенціалу могли б освоїти все простір земної кулі протягом кількох годин; гриб дощовики, який приносить самі до 7,5 млрд. суперечка, вже у другому поколінні освоїв б усю земну кулю. Великим організмам з низьким потенціалом розмноження потрібно було при цьому кілька десятиріч чи столетий.

Проте биотический потенціал реалізується організмами зі значною ступенем повноти лише у окремих випадках і протягом коротких проміжків часу. Наприклад, якщо быстроразмножающиеся організми (комахи, мікроорганізми) освоюють будь-якої субстрат або середу, де немає конкурентів. Такі умови створюються, зокрема, під час освоєння екскрементів великих тварин комахами, при розмноженні організмів у середовищах, багатих поживою, наприклад, в забруднених органічними і біогенними речовинами водоймах тощо. І тут збільшення кількості йде з J-образной кривою. Такий тип зростання носить назва експоненційного. Близький до експонентному тип зростання характерний нині для популяції людини. Воно зумовлене колись всього різкого зниження смертності у дитячому віці. Для людини характерна крива виживання потомства першого типу (рис. 3). [pic].

Рис. 3. Экспоненциальная (А) і логістична (Б) криві зростання популяций.

А для більшості популяцій і деяких видів виживання характеризується кривою другого типу, який означає високу смертність молодих особин чи їх зачатків (яйця, ікринки, суперечки, насіння тощо.). За такої типі виживання (смертності) чисельність популяції зазвичай виражається P. Sобразною кривою (див. рис. 3). Така крива називається логістичній. Але й у разі періодичні коливання чисельності особин значні. Такі відхилення середньої чисельності мають сезонний (як в багатьох комах), вибуховий (як в деяких гризунів — лемінги, білки) чи поступовий (як в великих ссавців) характер. Чисельність у своїй може суттєво відрізнятимуться від середніх значень: для комах — в 107 — 108 раз, для хребетних тварин, наприклад, гризунів, — в 105 — 106 раз.

Періоди різкої зміни чисельності звуться «популяційних хвиль », «хвиль життя », «хвиль чисельності «. Причини таких коливань остаточно незрозумілі. У одних випадках їх пов’язують із харчовим чинником, за іншими — з погодними (кліматичними) явищами (наприклад, для лемінгів — з кількістю тепла, приносимого Гольфстримом), по-третє, — із сонячною активністю чи комплексом взаємозалежних чинників, що вероятно.

Різкі зміни чисельності щодо середніх значень мають зазвичай негативні наслідки життю популяцій: за високої чисельності - зза ослаблення всіх особин внаслідок нестачі їжі, самоотруєння середовища, можливих масових захворювань, і т.п.; при низькою чисельності - зза перевищення порога її мінімальних значений.

У цілому виділити динаміку популяцій незалежну від щільності (чисельності) її особин і яка від щільності. Для першого типу характерна відзначена вище экспоненциальная крива зростання. Для другого — логістична крива. Відповідно різняться і механізми (чинники), мають вплив на щільність (чисельність) особин. При незалежному від щільності типі зміни чисельності зумовлюються переважно абиотическими чинниками (погодні явища, наявність їжі, різноманітних катастрофи тощо.). Ці чинники можуть забезпечувати умови і для необмеженого, хоч і короткочасного, зростання популяцій, так зниження їх чисельності до нульової. Групи цих факторів зазвичай називають модифицирующими (латів. модификацио — изменение).

Залежна щільності динаміка популяцій забезпечується биотическими чинниками. Їх називають регулюючими. Вони «працюють «за принципом зворотної негативною зв’язку: що глибші чисельність, тим більше спрацьовують механізми, що зумовлюють її зниження, і навпаки — при низькою чисельності сила саме цих механізмів слабшає і створюють умови ще повної реалізації біотичного потенціалу. Чинники подібного типу лежать у основі популяционного гомеостазу, забезпечує підтримку чисельності в певних межах значений.

До регулюючих чинників належить, зокрема, взаємини організмів типу хижак — жертва. Висока чисельність жертви створює умови (харчові) для розмноження хижака. Останній, своєю чергою, збільшивши чисельність, знижує кількість жертви. Чисельність обох видів в результаті носить синхронно-колебательный характер. Регулюючі чинники, на відміну модифицирующих, будь-коли доводять чисельність популяцій до нульових значень через те, що сила їхні діяння зменшується у міру зменшення чисельності популяций.

Взагалі дію регулюючих чинників так можна трактувати лише на рівні міжвидових і внутривидовых (внутрипопуляционных) взаємовідносин організмів. До межвидовым механізмам гомеостазу ставлятьсязазначені вище взаємовідносини типу хижак — жертва. У такій плані діють взаємовідносини паразит — господар. При високої чисельності створюються умови збільшення кількості паразитів і паразитарних захворювань, як і результаті скупченості, і внаслідок ослаблення організмів. До межвидовым механізмам належить і конкуренція, гострота якої перебуває у прямої залежності від чисельності организмов.

Конкуренція лежить основу внутрипопуляционного гомеостазу. Вона тут може виявлятися у жорстких і пом’якшених формах. Жорсткі форми зазвичай закінчуються загибеллю частини особин. У рослинному світі виявляється в явищах з так званого самоизреживания фітоценозів. Наприклад, на станції сходів і молодих рослин, у лісових співтовариствах однією гектарі налічується за кілька сотень тисяч деревних рослин. До віку спілості (100 — 120 років на хвойних видів тварин і 50 — 70 років на листяних) число примірників звичайно перевищує 1000 на 1 га, але частіше обчислюється кількома сотнями. Інші гинуть внаслідок гострої конкурентної боротьби (рис. 11). Внаслідок цього процесу, з одного боку, звільняється простір для залишених сильніших особин, з другого — ослаблені і погибающие особини виконують позитивну роль для збереження популяції через включення до процеси круговороту, збагачення грунту мінеральними речовинами і гумусом. Частина ослаблених особин іще за життя стає донорами для харчування сильніших примірників. Це можливим внаслідок має місце зрощення коренів. Приватним підтвердженням таких явищ служать непоодинокі випадки наростання річних кілець на пнях дерев («ростучі пні «).

У тваринний світ результат гострої внутрішньовидовий боротьби проявляється часто у вигляді канібалізму (поїдання масі собі подібних). Такі явища найбільш часті серед хижаків. Наприклад, дорослі окуні за високої чисельності популяції, особливо у невеликих водоймах, починають харчуватися мальками свого виду. Явища канібалізму характерні також і деяких гризунів, личинок комах, особливо у випадках існування в обмеженому просторі. Поїдання потомства домашніми тваринами, очевидно, одне із випадків атавізму цього явища, що раніше відбувалося у природних популяциях.

Пом’якшені форми внутрішньовидовий конкуренції виявляються зазвичай через ослаблення частини особин, вимикання їх із процесів розмноження. Випадки загибелі особин при таких формах боротьби менш імовірні. До таких механізмам внутрипопуляционного гомеостазу ставляться гнобителі (ингибирующие) виділення в навколишнє середовище сильнішими особами, стресові явища, розмежування територій (территориальность), міграції між популяциями.

Виділення в навколишнє середовище характерні як рослинних, так тварин організмів. Показано, зокрема, що молоде покоління лісу не з’являється під материнським пологом, або перебуває у сильно поганому стані тільки й результаті дефіциту світлового й інших чинників (мінеральну харчування, влагообеспеченность тощо.). Досвідченим шляхом було встановлено, що у цих процесах істотну роль грають ингибирующие виділення коренів, а деяких випадках атмосферні опади, збагачені хімічними елементами та сполуками, вымывающимися з надземних органів дорослих рослин. Перешкодою для покоління він може бути потужний шар слаборазложившемся мертвого органічного речовини (лісової підстилки), що перешкоджає проростанню насіння ріпаку і укор"нению сходів. У спілих лісах сила впливу цих факторів зазвичай зменшується, і молоде покоління поступово змінює втрачають конкурентну здатність особей.

Приклад лабораторних тварин (пацюках, мишах) показано, що повітря, подаваний з приміщень, де має місце перенаселеність, до приміщень, де тварини вільно розміщуються і нормально розвиваються, призводить до уповільнення розвитку і обмеження останніх. Аналогічні результати спостерігалися в дослідах з пуголовками жаб, як у акваріуми, де їх добре розвивалися, додавали воду з акваріумів, у яких щільність організмів була надзвичайно высокой.

Явища територіальності найчіткіше виражені в тваринний світ. Сюди ставляться різні способи охорони займаних територій. Наприклад, спів птахів — це передусім сигнал про зайнятості території у період розмноження і наступного вигодовування потомства. У котячих і собачих территориальиость проявляється через мечение кордонів ділянок виділенням залоз, сечею чи механічними мітками на деревах, грунті і т.п.

При високої скупченості особин в популяціях регулюючим механізмом чисельності можуть бути стресові явища. Вони найбільш характерними є для ссавців. При стресах зазвичай частина особин знижує чи втрачає репродукційні функції (вимикається з процесів розмноження). Більше сильні особини меншою мірою піддаються стресу та її слідством. При ослабленні чи припинення стресових явищ організми зазвичай відновлюють функції життєдіяльності і репродукційного процесса.

Міграції, як головний чинник гомеостазу, виявляються переважно у два види. Перший належить до масової результату особин з популяції при явищах перенаселеності (навали). Такі явища особливо притаманні лемінгів, білок та інших видів з вибуховим типом динаміки чисельності. Особи, залишаючи популяцію, (зазвичай, молодняк) звичайно повертаються на попереднє місце. Багато їх загинув за подібних перемещениях.

Другий вид міграцій пов’язані з більш поступовим (спокійним) відходом частини особин до інших популяції з не меншою щільністю населения.

Взагалі і за чисельності, близька до оптимальної, популяції обмінюються особами. Це важливо, як щоб уникнути чи зменшення ймовірності близкородственного схрещування, так обміну, має свою специфіку у різних популяциях.

Неоднозначні реакції популяцій на іммігрантів. У періоди високої чисельності перешкоджають вселению особин з деяких інших популяцій. При низькою чисельності має місце явище протилежного порядку: різко зменшується кількість особин, залишають популяції, знімаються механізми, що перешкоджають вселению особин з деяких інших популяцій (иммигрантов).

Серед комах выселительная здатність пов’язана часто з її появою специфічних особин, виділених зазвичай, у окрему фазу, що характеризуються більшої рухливістю, прагненням до переміщенням. У попелицею, наприклад, з’являється фаза із добре розвиненими крилами, у пустельній сарани, крім кращого розвитку літального апарату, рухливість збільшується з допомогою більш темній забарвлення й у з цим кращої прогреваемости тіла, що з холоднокровных організмів є найважливішим чинником якого посилення активности.

Зрозуміло, що гомеостаз повною мірою проявляється, якщо спрацьовують все механізми, які у його основі. Наприклад, не порушується різко співвідношення численностей хижаків і жертв, немає місця дію чинників, які ослаблюють популяції (забруднення, порушення местообитаний та інших.), не перевищено критичні межі чисельності та т.п.

Нині порушення гомеостатических механізмів викликаються здебільшого антропогенними чинниками. У зв’язку з цим однією з найважливіших завдань людини виняток чи різке зниження дії подібних чинників. Рішення питань цього плану належить, колись всього, до області прикладної экологии.

———————————;

Мікроорганізми (микробоценоз).

Биоценоз.

Тваринний світ (зооценоз).

Рослинність (фитоценоз).

Грунтові чинники (эдафотоп).

Кліматичні чинники (климатоп).

Экотоп (биотоп).

Гидрологические.

чинники (гидротоп).

БИОГЕОЦЕНОЗ.

(экосистема).