Экология популяцій

Экология популяций

Балина Светлана Основное поняття екології - екосистема (термін А. Тенсли, 1935): будь-яке співтовариство живих істот та середовища їхнього життя, об'єднаних у єдиний функціональне ціле. Основні властивості екосистем — здатність здійснювати круговорот речовин, протистояти зовнішнім впливам, виробляти біологічну продукцію. Екосистеми бувають різного рангу: від мікро- (невеличкий водойму) до глобальної (біосфера загалом).

Синоним — біогеоценоз (термін В.Н.Сукачева); зазвичай належить до сухопутним природним системам з фитоценозом (рослинним співтовариством) як основне ланки. Елементарний біогеоценоз — має однорідні сукупності живих організмів (фитоі зооценоз) і однорідні умови довкілля (грунту, гідрологічні умови, микроклимат).

Экосистемы (біогеоценози) складаються з 2 блоків: біоценозу (взаємозалежних організмів різних видів) і біотопу (экотопа) — середовища проживання. Мал.1. Схема біогеоценозу (екосистеми) по В. М. Сукачеву.

1. Визначення популяции

Виды організмів входить у біоценоз не окремими особами, а популяціями чи його частинами.

Популяция — це частина виду (складається з особин одного виду), що становить щодо однорідне простір і здатна до саморегулированию та підтриманню певної чисельності. Кожен вид не більше займаній території розпадається на популяции.

Если розглядати вплив чинників довкілля на окремо узятий організм, то, при певному рівні чинника (наприклад, температури) досліджувана особина або виживе, або загине. Картина змінюється щодо 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.

Поэтому можна надати ще одну постанову популяції: все 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.

Важнейшим 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.

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

2. Критичні значення чисельності популяции

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.

Остается, проте, безсумнівним факт, що замість дрібніший від особини, тим більша критичні значення це чисельності. Для мікроорганізмів це мільйони особин, для комах — десятки і сотні тисяч, а великих ссавців — кілька десятків.

Численность має зменшуватися нижче меж, за якими 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 відбутися 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 голів.

3. Вікова структура популяций

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

Различают статеву, вікову, територіальну і решта видів структури. У теоретичному і прикладному планах найважливіші даних про вікову структуру — співвідношення особин (часто об'єднаних в групи) різних возрастов.

У тварин виділяють такі вікові группы:

ювенильная група (детская) сенильная група (стареча, не що у воспроизводстве) взрослая група (особини, здійснюють репродукцию) Обычно найбільшої життєздатністю відрізняються нормальні популяції, де всі віку представлені щодо рівномірно. У регресивною (вимираючої) популяції переважають старечі особини, що свідчить про наявності негативних факторів, що порушують воспроизводительные функції. Потрібні термінових заходів з виявлення й усунення такої стану. Внедряющиеся (инвазионные) популяції представлені у основному молодими особами. 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, якщо це популяція видів, раніше відсутніх на цій території. У разі популяції зазвичай знаходять підтримки та займають вільну екологічну нішу та реалізовують свій потенціал розмноження, інтенсивно збільшуючи численность.

Если популяція перебуває у нормальному чи близький до нормальному стані, то вона може вилучати з її кількість особин (у тварин) чи біомасу (рослин), яка приростає за проміжок часу між вилученнями. Вилучатися мають насамперед особини послепродуктивного віку (закінчили розмноження). Якщо переслідується мету отримання певного продукту, то вік, підлогу та інші характеристики популяцій коригуються з урахуванням поставленої задачи.

Эксплуатация популяцій рослинних співтовариств (напр., щоб одержати деревини), зазвичай приурочується на період вікового уповільнення приросту (накопичення продукції). Цей період зазвичай збігаються з максимальним накопиченням деревної маси на одиниці площади.

4. Статева структура популяций

Популяции властиво також певне співвідношення статей, причому співвідношення самці та самок не одно 1:1. Відомі ситуації різкого переважання тієї чи іншої статі, чергування поколінь із повною відсутністю самців.

5. Просторова структура популяций

Каждая популяція може мати і складну просторову структуру (мал.2), подразделяясь більш більш-менш великі ієрархічні групи — від географічної до елементарної (микропопуляции).

.

Рис. 3. Просторові підрозділи популяций.

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

6. Динаміка популяцій. Типи зростання.

Важнейшее властивість популяцій — динаміка властивої їм чисельності особин і механізми для її регулювання. Будь-яке значне відхилення чисельності особин в популяціях від оптимальної призводить до негативних наслідків на її існування. Популяції зазвичай мають адаптаційні механізми, які б зниження чисельності (якщо вона значно перевищує оптимальну) чи його відновленню (при зменшенні нижче оптимальних значений).

Каждой популяції притаманний биотический потенціал (теоретично можливе нащадка однієї пари особин при реалізації здібності організмів збільшувати чисельність у геометричній прогресії). Зазвичай биотический потенціал то вище, що нижчий рівень організації організмів. Так, дріжджові клітини, розмножуються простим розподілом, за наявності умов реалізації біотичного потенціалу міг би освоїти все простір земного 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.

Однако биотический потенціал реалізується організмами зі значною мірою повноти лише у окремих випадках і протягом коротких проміжків часу. Наприклад, якщо быстроразмножающиеся організми освоюють будь-якої субстрат або середу, де немає конкурентів (під час освоєння екскрементів великих тварин комахами, розмноження мікроорганізмів на багатих нутрієнтами середовищах, наприклад, у эвтрофированных водоймах).

В цьому випадку збільшення кількості йде з J-образной експоненційною кривою. Близький до експонентному тип зростання характерний нині для популяції людини. Воно зумовлене передусім різкого зниження смертності у дитячому віці. Для людини характерна крива виживання потомства першого типу (рис. 3).

.

Рис. 3. Экспоненциальная (А) і логістична (Б) криві зростання популяций Для більшості популяцій і деяких видів виживання характеризується кривою другого типу, який означає високу смертність молодих особин чи його зачатків (яйця, ікринки, суперечки, насіння). За такої типі виживання (смертності) чисельність популяції зазвичай виражається S-образной логістичній кривою (див. рис. 3). Та й у цьому випадку існують значні періодичні коливання чисельності: сезонні (в багатьох комах), вибухові (в деяких гризунів — лемінгів, білок) чи поступові (у великих ссавців). Чисельність у своїй істотно відхиляється: у комах в 107 — 108 якщо в хребетних тварин (напр., гризунів) — в 105 — 106 раз.

Периоды 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), в третіх — із сонячною активністю чи комплексом взаємозалежних чинників (що найбільш вероятно).

Резкие коливання чисельності зазвичай негативно впливають життя популяцій: висока чисельність призводить до ослаблення всіх особин через брак їжі, самоотруєння середовища, можливих масових захворювань; низька чисельність — перевищує поріг її мінімальних значений.

7. Модифікують і регулюючі чинники

Выделяется динаміка популяцій незалежна від щільності (чисельності) її особин (экспоненциальная крива зростання) і залежна від щільності (логістична крива). Відповідно різняться і механізми (чинники), що впливають щільність (чисельність) особин. При незалежному від щільності типі зміни чисельності зумовлюються переважно абиотическими модифицирующими чинниками (погодні явища, наявність їжі, різноманітних катастрофи), здатними забезпечувати умови і для необмеженого (нехай короткочасного) зростання популяцій, так зниження їх чисельності до нульової. Залежна щільності динаміка популяцій забезпечується биотическими регулюючими чинниками, що працюють за принципу зворотної негативною зв’язку: ніж значніша чисельність, тим більше робота механізмів її зниження, і навпаки — при низькою чисельності сила саме цих механізмів слабшає і створюють умови ще повної реалізації біотичного потенціалу. Чинники такого типу лежать у основі популяционного гомеостазу, забезпечує підтримку чисельності у певних межах значений.

К числу регулюючих чинників належить, зокрема, взаємини організмів типу «хижак — жертва». (висока чисельність жертви створює харчові умови для розмноження хижака. Останній, збільшивши чисельність, знижує кількість жертви. Через війну чисельність обох видів одночасно коливається). 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.

Действие регулюючих чинників так можна трактувати на рівні міжвидових і внутривидовых (внутрипопуляционных) взаємовідносин організмів. До межвидовым механізмам гомеостазу ставляться взаємовідносини типу «хижак — жертва», «паразит — господар» (висока чисельність створює умови збільшення кількості паразитів і паразитарних захворювань у результаті скупченості і ослаблення організмів). До межвидовым механізмам належить і конкуренція, гострота якої у прямої залежності від чисельності организмов.

8. Конкуренція і гомеостаз

Конкуренция лежить основу внутрипопуляционного гомеостазу. Вона може виявлятися у жорстких і пом’якшених формах. Жорсткі форми зазвичай закінчуються загибеллю частини особин. У рослинному світі виявляється в самоизреживании фітоценозів. Напр., на станції сходів і молодих рослин, у лісових співтовариствах однією гектарі налічується за кілька сотень тисяч деревних рослин. До віку стиглості (100 — 120 років на хвойних і 50 — 70 років на листяних) число примірників звичайно перевищує 1000 на 1 га. Інші гинуть внаслідок гострої конкурентної боротьби. Внаслідок цього процесу звільняється простір для залишених сильніших особин; ослаблені і погибающие особини виконують позитивну роль задля збереження популяції через включення до процеси круговороту, збагачення грунту мінеральними речовинами і гумусом.

В тваринний світ результат гострої внутрішньовидовий боротьби проявляється часто у вигляді канібалізму (поїдання масі собі подібних), які зазвичай серед хижаків. Наприклад, дорослі окуні за високої чисельності популяції, особливо у невеликих водоймах, починають харчуватися мальками свого виду. Канібалізм характерний також і деяких гризунів, личинок комах, особливо у обмеженому просторі.

Смягченные 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.

Выделения в навколишнє середовище притаманні рослин i тварин. Молоде покоління лісу не з’являється під материнським пологом чи перебуває у сильно поганому стані тільки й результаті дефіциту світла, вологи і мінерального харчування, а й через що пригнічують виділень коренів і надземних органів дорослих рослин. Перешкодою для проростання насіння ріпаку та вкорінення сходів покоління є й потужне шар слаборазложившегося мертвого органічного речовини (лісової підстилки). У спілих лісах сила впливу цих факторів зазвичай зменшується, і молоде покоління поступово змінює втрачають конкурентну здатність особей.

У лабораторних тварин (пацюків, мишей) повітря, подаваний з перенаселених приміщень у приміщення з вільним розміщенням і розвитком тварин, уповільнює пригнічує їх зростання. Аналогічні результати були вже дослідах з пуголовками жаб, як у акваріуми, де їх добре розвивалися, додавали воду з акваріумів, у яких щільність організмів була надзвичайно высокой.

Явления територіальності найчіткіше виражені в тварину світі. До них належать різні способи охорони займаних територій (спів птахів — сигнал про зайнятості території у період розмноження і вигодовування потомства; у котячих і собачих — мечение кордонів ділянок виділенням залоз, сечею чи механічними мітками на деревах, почве).

При високої скупченості особин в популяціях (зазвичай у ссавців) стресові явища призводять до зниження чи втрати репродуктивних функцій, особливо в слабких особин. При ослабленні чи припинення стресових явищ організми зазвичай відновлюють функції життєдіяльності і репродукційного процесса.

Миграции, як головний чинник гомеостазу, виявляються частіше лише у два види. Перший — масовий результат (навала) особин з популяції при перенаселеності (у лемінгів, білок та інших видів з вибуховим типом динаміки чисельності). Залишаючи популяцію особини (зазвичай, молодняк) звичайно повертаються на попереднє місце. Багато їх загинув за подібних перемещениях.

Второй вид міграцій — поступовий (спокійний) те що частини особин до інших популяції з не меншою щільністю населения.

Даже при чисельності, близька до оптимальної, популяції обмінюються особами, це важливо зменшення ймовірності інбридингу (близкородственного схрещування) й у обміну інформацією між, специфічною для конкретних популяциях.

Неоднозначны реакції популяцій на іммігрантів: в періоди високої чисельності перешкоджають вселению особин з деяких інших популяцій; при низькою чисельності ці механізми знімаються.

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

Ясно, що гомеостаз повною мірою проявляється, якщо спрацьовують все механізми, які у його основі. Наприклад, не порушується різко співвідношення численностей хижаків і жертв, не діють ослабляющие чинники (забруднення, порушення местообитаний та інших.), не перевищено критичні межі численности.

В час порушення гомеостатических механізмів викликаються здебільшого антропогенними чинниками. Прикладна екологія переймається тим винятку чи зниження дії подібних факторов.

Список литературы

Воронков Н. А. Основи загальної екології. М.: Агар, 1997.

Стадницкий Г. В., Родіонов А.І. Екологія. СПб.: Хімія, 1997.

Человек і біосфера. Ростов-на-Дону, Вид. РГУ, 1977.

Ю. Одум. Основи екології. М.: Світ, 1975.

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.