Сожительство популяций разных видов на определенной территории. Типы отношений между организмами
Конспект по экологии
Все живые организмы в природе существуют непременно в форме популяций.
Популяция (от лат. - население ) – это совокупность особей одного вида, длительно населяющих определённое пространство, имеющих общий генофонд, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида. Популяция является элементарной формой существования вида в природе. Популяции эволюционируют и являются единицами эволюции видов и видообразования. Обладая всеми признаками биологической системы, популяция, тем не менее, представляет собой совокупность организмов, как бы выделенную из природной системы, так как в природе особи одного вида всегда сожительствуют с особями других видов. Основными характеристиками популяции являются численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, распределение по занимаемой территории и тип роста.
Численность популяций различна у разных видов и не может быть ниже некоторых пределов, ниже которых наступает вымирание популяции.
Плотность популяции определяется числом особей, приходящихся на единицу занимаемой площади или объёма. Каждому виду присуща определённая плотность, отклонения от которой также отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.
Рождаемость и смертность – это количество родившихся и погибших особей за определённый период. Эти показатели во многом определяются биологией вида, обеспеченностью кормом, климатическими условиями.
Возрастной состав имеет большое значение для существования популяции. При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы и их соотношение поддерживается на более или менее стабильном уровне. В быстро растущих популяциях доминируют интенсивно размножающиеся молодые особи, а в сокращающихся – старые, уже не способные к интенсивному размножению.
Характер распределения особей по территории может быть равномерным, скученным или случайным.
Изменение численности и плотности популяций имеют особенности для каждого вида и определяются как состоянием окружающей среды, так и закономерностями взаимоотношений между организмами, т. е. совокупностью абиотических и биотических факторов. Численность и плотность популяций не остается постоянной и колеблется в более или менее широких пределах. Значение закономерностей динамики численности и плотности популяций имеет важное значение для прогнозирования возможных нежелательных явлений.
Соотношение показателей рождаемости и смертности в популяции определяет баланс популяции. Если рождаемость выше чем смертность, то популяция числено растёт, и наоборот. Однако на практике для экологов более важны не сами количественные изменения популяций, а их скорость.
Под рождаемостью (Р ) понимают числено выраженную способность популяции к увеличению. Рождаемость может быть лишь положительной или нулевой величиной, но не может быть величиной отрицательной. Однако скорость роста популяции может быть любой. Смертность (С ) популяции выражают количеством особей, погибших за определённый срок.
Долю особей в популяции, доживших до определенного момента времени или до возраста размножения, называют выживаемостью популяции.
Теоретическая скорость естественного роста популяции в неограниченной какими-либо факторами среде характеризуется экспоненциальным законом роста:
где N 0 и N t – начальное и определённое в момент t – число особей в популяции; r = Р – C – прирост численности популяции.
Ясно, что идеальный закон в реальных условиях не выполним и беспредельный рост популяции невозможен. Всегда существуют некоторые значения предельно низкой (M ) и предельно высокой (K ) численности или плотности популяции. Практически возможны два варианта динамики популяции.
Первый вариант заключается в том, что численность популяции с течением времени стабилизируется и её динамика характеризуется так называемой логистической кривой, выражаемой уравнением:
Отношение (K – М)/K иногда называют «сопротивлением среды», под которым понимают совокупность факторов, препятствующих неограниченному росту численности популяции.
Второй вариант динамики популяции заключается в том, что после достижения верхнего предела численности (К ) наступает массовая гибель особей, в результате численность популяции возвращается к некоторому нижнему пределу, после чего рост численности популяции может начаться вновь.
Колебания численности популяций могут быть периодическими и непериодическими. Циклические динамики численности популяции типичны для более или менее крупных организмов, а логистический тип роста характерен лишь для мелких организмов или для организмов с очень простыми жизненными циклами. Любые флуктуации численности популяции являются результатом изменения среды существования, а также могут возникать в результате внутрипопуляционных и межпопуляционных взаимоотношений.
Любая совокупность популяций разных видов организмов, населяющих определённую территорию с однородными абиотическими свойствами (биотоп) , представляет биотическое сообщество или биоценоз . Например, можно говорить о биоценозе древесного ствола, о биоценозе тайги или о биоценозе океана.
Биоценоз – это надорганизменная система, в которой отдельные виды, популяции и группы видов могут заменяться соответственно другими без особого ущерба для содружества, а сама система существует за счет уравновешивания сил антагонизма между видами. Стабильность биотического сообщества определяется количественной регуляцией численности одних видов другими, а его размеры зависят от внешних причин – от величины территории с однородными абиотическими свойствами, т.е. биотопа.
Биоценоз – это более высокий уровень организации, чем популяция, которая является его составной частью. Биоценоз обладает сложной внутренней структурой, из которой выделяют видовую и пространственную структуры.
Все биотические сообщества можно разделить на основные сообщества, которые характеризуются большими размерами и завершённостью организации и не зависят от соседних сообществ, и мелкие сообщества, в той или иной степени зависящие от соседних сообществ. Сообщества обладают определённой структурой связей, функциональным и композиционным единством, что обеспечивает возможность сосуществования различных видов организмов.
Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда факторов. Для существования сообщества важна не только величина численности организмов, но еще важнее видовое разнообразие, которое является основой биологического разнообразия в живой природе. Богатство видового состава биоценозов определяется числом видов. Природные биоценозы считаются бедными, если они содержат десятки и сотни видов растений и животных, богатыми – несколько тысяч или десятки тысяч видов. Видовое разнообразие взаимосвязано с разнообразием условий среды обитания. Чем больше организмов найдут в данном биотопе подходящих для себя условий по экологическим требованиям, тем больше видов в нем поселится.
Наиболее благоприятные условия для существования множества видов характерны для переходных зон между сообществами, которые называют экотонами , а тенденцию к увеличению здесь видового разнообразия называют краевым эффектом. Экотон богат видами, прежде всего потому, что они попадают сюда из всех приграничных сообществ, но, кроме того, он может содержать и свои характерные виды, которых нет в этих сообществах. Ярким примером этого является лесная «опушка», на которой пышнее и богаче растительность, гнездится значительно больше птиц, больше насекомых и т.п., чем в глубине леса.
Виды, которые преобладают по численности, называют доминантными, или просто – доминантами данного сообщества. Но и среди них есть такие, без которых другие виды существовать не могут. Их называют эдификаторами (лат. – «строители»). Они определяют микросреду (микроклимат) всего сообщества и их удаление грозит полным разрушением биоценоза. Как правило, эдификаторами выступают растения – ель, сосна, кедр, ковыль и лишь изредка – животные.
Отношения с другими организмами своего же вида играют важную роль в жизни растений или животных. Такие отношения складываются в малых группах, которые в биологии называются популяциями. Популяция обозначает совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и имеет общую территорию. Экологи определяют ее как первую надорганизменную биологическую систему. Более точное определение популяции дал русский академик Станислав Семенович Шварц. Он определил, что популяция — группировка особей, которая является формой существования вида и способна самостоятельно развиваться неопределенно долгое время. Термин "популяция" ввел Вильгельм Людвиг Иогансен в 1903 г.
Просмотр содержимого презентации
«37.Структура популяций. Типы взаимодействия разных видов»
Отношения с другими организмами своего же вида играют важную роль в жизни растений или животных. Такие отношения складываются
в малых группах, которые
в биологии называются популяциями.
Популяция обозначает совокупность особей одного вида, которая обладает общим генофондом и имеет общую территорию.
Более точное определение популяции дал русский академик Станислав Семёнович Шварц. Он определил, что популяция - группировка особей, которая является формой существования вида и способна самостоятельно развиваться неопределённо долгое время.
Термин "популяция" ввёл Вильгельм Людвиг Иогансен
Популяция является биологической системой
и имеет свойство постоянно меняться.
Вильгельм Людвиг Иогансен
1877–1939 гг.
Для каждой популяции характерны определённые генетические и экологические признаки. Наука, которая объединяет генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяций, называется популяционной биологией .
Типы популяций
Географическая
Элементарная
Экологическая
Элементарная , или локальная популяция - это совокупность особей одного вида, которая занимает небольшой участок одинаковой по условиям территории. Между этими особями постоянно происходит обмен генетической информацией.
Медуница
Экологическая популяция составляет совокупность элементарных популяций. Это внутривидовые группировки , которые приспособлены
к условиям конкретной экологической системы.
Географическая популяция представляет совокупность экологических популяций, которые заселили географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко.
Так в природе сформировались географические популяции лиственницы даурской и лиственницы курильской .
Лиственница курильская
Лиственница даурская
Берёза, которая расселилась и удалилась от первоначального места обитания, образовала две географические популяции. Сейчас известна берёза бородавчатая и берёза шерстистая .
Берёза бородавчатая
Берёза шерстистая
Белка обыкновенная расселилась на очень большой территории. В настоящее время насчитывается около 20 географических популяций белки.
Основными характеристиками популяций являются численность и плотность .
Белка обыкновенная
Численность популяции определяется общим количеством особей
на определённой территории.
Плотность - это количество особей на единице площади. Изменение численности и плотности популяции зависит
от рождаемости, смертности и миграции.
Одуванчик за 10 лет может расселиться по всей планете, если все его семена прорастут. Бактерии размножаются быстро, и за 3 дня могут сплошным слоем покрыть всю планету. Высокая плодовитость наблюдается у многих видов насекомых.
Одуванчик
Бактерии
Смертность характеризует скорость снижения численности популяции. Причины смертности - болезнь, старость, хищники, недостаток корма.
Структуры популяций
Пространственная
Демографическая
Под демографической структурой популяции понимают её половой и возрастной состав .
Соотношение полов
в популяциях определяется
у некоторых видов условиями жизни.
У тлей, например, летом сменяют друг друга поколения, которые состоят только
из самок. При неблагоприятных условиях появляются самцы.
У ряда брюхоногих моллюсков, многощетинковых червей, ракообразных особи меняют пол с возрастом.
Улитка
Пространственная структура популяции отражает характер размещения особей
в пространстве.
Организмы разных популяций расселяются в пространстве
по-разному.
Например, двудомная крапива
в пределах своего ареала встречается во влажных тенистых местах
с плодородными почвами, образует заросли в поймах рек, ручьёв, вокруг озёр,
по окраинам топей. Капустные белянки обитают там, где выращивают капусту -
на огородах и полях.
Двудомная крапива
Белянка
Европейский крот
Такое равномерное распределение встречается
в природе редко и чаще всего вызвано острой внутривидовой конкуренцией, которая наблюдается
у хищных рыб и у колюшек
с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером.
Также пространственное распределение может быть случайным. Случайное распределение особей происходит только в однородной среде и только
у видов, которые не стремятся
к созданию групп.
С сосновом лесу деревья вначале расселяются группами, а в дальнейшем
их размещение становится равномерным. Групповое распределение обеспечивает более высокую устойчивость по отношению
к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью.
Животные, которые ведут подвижный образ жизни, распределяются активно, что приводит к интенсивному перемешиванию популяций и стиранию границ между ними. Популяции разных видов, которые живут на одной территории, вступают
в различные взаимоотношения между собой.
Но чаще всего организмы разных популяций на одной территории вступают друг
с другом в конкурентную борьбу. Конкуренция разгорается за одни и те же ресурсы. Например, растения борются за свет.
Между популяциями могут возникать и симбиотические связи. К ним относятся полезные для всех приспособления и тесное сожительство организмов.
Эвглена зелёная
Термиты
на теле носорога, а
их взлёт - сигнал об опасности для носорога.
Бывают взаимосвязи, при которых один вид получает преимущество, выгоду,
не принося другому ни вреда,
ни пользы. Так приспособились друг к другу популяции гиен, грифов, львов. Гиены подбирают остатки недоеденной львами добычи, затем к трапезе приступают грифы.
Гиена
Грифы
Понятие «популяция» должно ассоциироваться в нашем сознании не с застывшей музейной коллекцией, а с оживленным аэропортом, куда постоянно одни люди прибывают, а другие убывают.
А.М.Гиляров
Экспериментальный материал, накопленный в экологии к первой четверти двадцатого века привел к формированию нового подхода при его анализе. Постепенно экологи, наряду с изучением морфологии, физиологии и поведения отдельных организмов и видов (аутэкология), перешли к исследованию свойств группировок совместно обитающих особей того или иного вида, положив начало развитию нового направления в экологии.
Совокупность особей одного вида, обитающая длительное время на определенной территории, носит название популяции. Направление экологии, изучающее динамику популяций, описываемую рядом характеристик, называется демэкология .
Хотя термин "популяция" получил широкое распространение в первой половине XX в., корни этого понятия обнаруживаются еще в древних литературных источниках. Уже в трудах Аристотеля можно найти указания на связи между организмами, сожительства животных и формы группировок. Он выделял группы животных кочевых и оседлых, ведущих одиночный и групповой образ жизни. "Отец ботаники" Теофраст описывал естественные сообщества растений как совокупность видов, приуроченных к определенным ландшафтам. Не останавливаясь на истории развития понятия популяции, отметим, что этот термин укоренялся в экологии довольно медленно, и до 1930 г. (выход в свет книги К.Фридерикса, переведенной на русский язык в 1932 г. под названием "Экологические основы прикладной зоологии и энтомологии") в научной литературе почти не применялся. До этого времени представление о популяции как особом явлении органического мира отсутствовало. Уточнение понятия "популяция" связано с бурным развитием в XX в. таких биологических наук, как генетика и экология.
4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПУЛЯЦИИ
Термин «популяция» был заимствован из демографии, где он обозначал народ, население (от лат. populus). Под популяцией понимается любая совокупность особей одного вида, проживающая длительное время на определенной территории, свободно скрещивающаяся друг с другом и дающая плодовитое потомство.
Множество биологов посвятило себя изучению тех или иных популяций животных, растений, микроорганизмов. Каждый из них хорошо знал, что он понимает под словом "популяция", но само определение популяции у многих исследователей различно. Связано это прежде всего и главным образом с теми задачами, которые каждый исследователь ставил перед собой. Можно изучать популяцию колорадского жука, населяющего отдельный лист картофеля, исследовать совокупность всех колорадских жуков на кусте картофеля в целом, или же изучать этих насекомых на всем картофельном поле.
Существует множество определений популяции, что говорит о неоднозначности понятия этого термина разными биологами и экологами. Приведем несколько из них. Прежде всего, одно из классических определений С.С.Шварца – эколога животных. В его определении популяция – это элементарная группировка особей одного вида, занимающая определенную территорию и обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания стабильности длительное время в меняющихся условиях среды. Нетрудно заметить, что он определял популяцию с эволюционно-экологических понятий.
С позиции современной генетики популяция – это совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих определенное пространство, с относительно однородными условиями обитания (Н.Ф.Реймерс).
Экологический аспект популяционной биологии в отличие от генетико-эволюционного направлен на изучение «повседневной» жизни популяции как формы существования вида в конкретных экосистемах. С этих позиций характерно определение популяции, данное И.С.Шиловым: популяция – это группировка особей одного вида, населяющих определенную территорию и характеризующихся общностью морфобиологического типа, специфичностью генофонда и системой устойчивых функциональных взаимосвязей.
Таким образом, представление о популяции микробиолога, изучающего бактерии, может отличаться от того, что вкладывает в это понятие ботаник, исследующий луговую или лесную растительность, или зоолог, изучающий естественные группировки львов, миграцию птиц или колонии прикрепленных животных океана. Нередко экологи вообще не задумываются над определением популяции, а пользуются этим термином для обозначения любой совокупности особей одного вида, населяющих какую-то более или менее однородную территорию или содержащихся в лабораторных условиях. Например, для генетиков обитающая в пробирке общность мушек дрозофил будет являться такой же популяцией, что и штаммы различных бактерий в чашках Петри у микробиологов. И тем не менее, несмотря на разночтения, определению понятия "популяция" и ее основных свойств должно быть уделено пристальное внимание.
В наиболее общем виде популяцию можно определить как группу организмов одного определенного вида, обитающих совместно на отдельной территории и обладающих общими свойствами. Исходя из такого определения популяцией можно назвать всех дроздов, живущих в каком-то лесном массиве, всех дафний, населяющих отдельный пруд или лужу, всех мучных жуков, живущих в одной банке. К общим свойствам, объединяющим все эти организмы в особую систему, прежде всего следует отнести свойство общего родства (конкретнее, генетическое родство организмов, составляющих популяцию) и обитание видов в сходных условиях.
Для генетиков такого определения популяции как любой группы организмов одного вида на определенной территории уже недостаточно. Ведь в этом случае популяция - это и колония мышей в клетке, и видовое население целых ландшафтных зон, например белки в Евразии. Поэтому вместе с развитием понятия популяция экологи все в большей мере учитывают определенную внутреннюю структуру популяции, ее гетерогенность, несхожесть особей одного вида. Популяция предстала как сложное эволюционное образование со своей внутренней структурой и определенными законами организации и функционирования.
Эколога, изучающего отдельные популяции, не устраивает то упрощенное определение, которое удовлетворяло бы эколога, специализирующегося на изучении экосистем. Во-первых, нередки случаи, когда в течение своей жизни особи какого-либо вида переходят из одной экосистемы в другую (например, у стрекоз личинки развиваются в воде). Во-вторых, возможны ситуации, когда на большой территории, занятой одной экосистемой, обитают несколько генетически изолированных популяций, каждая из которых может иметь свои экологические особенности. Поэтому при изучении отдельных популяций необходимо пристально следить за всеми жизненными стадиями изучаемого вида, независимо от того, в состав каких экосистем они входят.
В некоторых случаях эколог трактует изучаемую совокупность особей как популяцию, тогда как генетик выделяет в ее пределах группы особей, не родственных друг другу и не обменивающихся между собой генами. Так, среди дафний одного вида, населяющих небольшой пруд, генетики обнаружили несколько различных партеногенетически размножающихся семей. Эколог же при решении определенных задач этими генетическими различиями может пренебречь.
Важнейшим признаком популяции является занимаемая ею общая территория. Но в пределах популяции могут быть более или менее изолированные по разным причинам группировки. Поэтому дать исчерпывающее определение популяции затруднительно из-за размытости границ между отдельными группами особей.
Среди множества видов живых организмов есть такие, которые в течение длительного времени держатся на одной территории, сохраняя более или менее постоянную численность. Другим видам свойственны сильные колебания численности, нередко сопровождаемые значительными изменениями площади занимаемой территории. Классическим примером могут служить некоторые саранчовые, образующие мигрирующую "стадную" фазу и дающие настоящие вспышки численности. Так, например, у обитающей в Африке красной саранчи в период образования "стадной" фазы область распространения увеличивается в тысячи раз по сравнению с той областью, где она живет постоянно. Так, в 1962 году на юге Марокко саранча за пять дней уничтожила 7 тыс. т апельсинов (по 60 т в час). Это цифра превышает годовое потребление цитрусовых в такой стране, как Франция.
В 125 году до нашей эры саранча уничтожила все посевы пшеницы и ячменя в римских провинциях Киренаике и Нумидии (в Северной Африке), и население этих стран - 800 тысяч человек! - умерло от голода.
Явления, когда стаи саранчи покрывают воздушное пространство на площади в 5-12 квадратных километров, совсем не редки. В такой стае насчитывается от 700 млн до 2 млрд насекомых, а общий их вес составляет около 3 тыс. т (2,5 т на гектар). Мало того, известны случаи, когда стаи саранчи сплошь затмевали небо на 250 км 2 . Приблизительные подсчеты показывают, что примерно 35 млрд насекомых, составляющих эту стаю, весят 50 тыс. т. Предполагается, что все насекомые в подобных чудовищных стаях весят, по-видимому, лишь вчетверо меньше, чем все люди на планете! В это с трудом верится...
Оценить влияние саpанчи на пpиpоду Малой Азии и Сpедиземномоpья можно, опиpаясь на цитату В.И.Веpнадского, в котоpой он пишет: "Я несколько лет тому назад попpобовал более понятно выpазить вес одной тучи саpанчи, наблюдавшейся доктоpом Кpаутеpом над Кpасным моpем в 1889 г. до оpганизации междунаpодной боpьбы с саpанчей. Вес этой тучи отвечал 4,4*10 7 т. Он был почти pавен весу меди, цинка и свинца вместе взятых, выpаботанных человечеством в течение (XIX в. прим. авт.) столетия. Туча саpанчи - как бы гоpная поpода в движении". Добавим к этому, масса, обладающая колоссальным потенциалом биологического обмена!
Такую вот стаю саранчи, улетевшую по ветру на тысячи километров от места своего постоянного обитания, эколог скорее посчитает популяцией, но генетики и эволюционисты остерегаются применять этот термин к подобным группировкам.
Таким образом, резюмируя, можно сказать, что популяция – это часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая относительно однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности. Каждый вид в пределах занимаемой территории, таким образом, распадается на популяции, т.е. состоит из одной или нескольких популяций, и популяция, таким образом, - это форма существования вида, его наименьшая эволюционирующая единица.
Любая популяция характеризуется показателями, присущими только им, имеет определенную организацию и структуру. Такие признаки могут выражаться статистическими функциями, т.е. популяцию и ее свойства можно описать с использованием математического аппарата. Таковы, например, структура, плотность, численность, рождаемость, смертность. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность определяет структуру, рождаемость - плотность и т.д.
Следует подчеркнуть, что между отдельным организмом и популяцией организмов существует принципиальная разница. Как капля воды не отражает свойства реки, озера, океана, так и организм, взятый в отдельности, не может характеризовать всю популяцию в целом.
Единственным носителем признаков популяции является группа особей, но не отдельные особи в этой группе. Отдельный организм в популяции рождается, живет, умирает, но экологов это интересует только как возможность посредством исследования поведения отдельного индивидуума познать свойства группы в целом. Особые свойства, присущие популяции, отражают состояние ее как группы организмов в целом, а не отдельных особей, т.е. свойство популяции как группы организмов не есть механическая сумма свойств каждой слагающей ее особи.
Популяции присущи как пространственные (статические) , так и временные (динамические) характеристики. К пространственным характеристикам относятся общая численность, плотность, пространственное распределение (дисперсия), а также различные характеристики популяционной структуры - возрастной (соотношение количества особей различного возраста), половой (соотношение полов). Они характеризуют состояние популяции в какой-то определенный момент времени t. Из временных (динамических) характеристик отметим рождаемость, смертность, скорость роста, кривую роста. Данные показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за некоторый промежуток времени D t . Кроме этого, для популяции характерно наличие сложных взаимоотношений с окружающей ее средой.
4.2. Пространственная структура популяций.
Типы пространственного распределения
Под пространственной структурой популяции понимаются особенности и характер размещения особей популяции в пространстве.
Пространственная структура имеет важное экологическое значение. Прежде всего, определенный тип использования территории позволяет популяции эффективно использовать ресурсы среды и снизить внутривидовую конкуренцию. Эффективность использования среды и снижение конкуренции между представителями популяции позволяют ей укрепить свои позиции по отношению к другим видам, населяющим данную экосистему.
Другое важное значение пространственной структуры популяции состоит в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции. Без определенного уровня внутрипопуляционных контактов популяция не сможет выполнять как свои видовые функции (размножение, расселение), так и функции, связанные с участием в экосистеме (участие в круговоротах веществ, создание биологической продукции и так далее).
Одним из важных параметров, определяющих пространственную структуру, является численность особей в популяции. Наблюдая за свойствами различных популяций, будь то популяции животных или растений, можно видеть, что численность их бывает очень различной. Это может быть и сотня деревьев, встречающихся на гектаре соснового леса, и миллионы одноклеточных водорослей в экосистеме пруда или озера, и несколько грифов, живущих на недоступных скалах, и тучи скворцов над только что засеянным ржаным полем.
Численность особей в популяции - одна из важных характеристик при экологических исследованиях, особенно когда речь идет об исчезающих видах растений и животных. Здесь приходится решать вопрос о допустимых минимальных размерах популяции, при которых она способна к самовоспроизведению. Под численностью популяции понимается общее количество особей в популяции.
Проявляя заботу о сохранении вида, человек должен прежде всего думать о сохранении популяции. Для популяций различных видов существуют допустимые пределы снижения численности особей, за которыми существование популяции становится невозможным. Точных данных о критических значениях численности популяций в литературе нет. Приводимые значения разноречивы. Остается, однако, несомненным факт, что чем мельче особи, тем выше критические значения их численности. Для микроорганизмов это миллионы особей, для насекомых – десятки и сотни тысяч, а для крупных млекопитающих – несколько десятков. Численность не должна уменьшаться ниже пределов, за которыми резко снижается вероятность встречи половых партнеров. Критическая численность также зависит от других факторов. Например, для некоторых организмов специфичен групповой образ жизни (колонии, стаи, стада). Группы внутри популяции относительно обособлены. Могут иметь место такие случаи, когда численность популяции в целом еще достаточно велика, а численность отдельных групп уменьшена ниже критических пределов. Например, колония (группа) перуанского баклана должна иметь численность не менее 10 тыс. особей, а стадо северных оленей – 300 – 400 голов.
Определение численности популяции кажется простым только на первый взгляд. Хорошо, если мы имеем дело с особями, постоянно проживающими на данной территории: растения, оседлые, малоподвижные или крупные животные. В этом случае используется наиболее простой способ определения численности - простой подсчет всех особей.
В этом случае все особи можно учесть визуально без особой погрешности. Так, дикие северные олени Кольского полуострова в конце зимы - начале весны скапливаются на небольших горных возвышенностях, где благодаря более тонкому снежному покрову могут докопаться до лишайников, служащих им в это время основным кормом. Зоологи могут облететь на самолете места скоплений животных и подсчитать поголовье оленей в стаде. В этом случае можно провести довольно точный подсчет особей, слагающих популяцию.
Еще легче подсчитать все деревья на определенной лесной площади или травянистые растения на луговой делянке. А как быть, к примеру, с мигрирующими или кочующими животными, рыбным населением водоемов, планктонными организмами и т.п.?
Здесь практикуются другие оценки численности популяции. Для этого используются различные способы. Один из них - мечение или кольцевание. При отлове животных часть из них помечают (случайная выборка) и затем выпускают обратно, чтобы они смешались с остальными членами популяции. Через некоторое время производят повторный отлов, получают еще одну случайную выборку и устанавливают ту долю, которую составляют меченые особи от общего числа пойманных. Затем по величине этой доли устанавливают численность популяции.
Гидробиологи, изучающие мелких и мельчайших придонных животных, употребляют дночерпатель, который позволяет оценить количество особей на определенной поверхности слоя грунта. Изучающие планктон, пользуются особым прибором – батометром, захватывающим определенный объем воды с находящимися там мелкими организмами.
В тех же случаях, когда оценить непосредственно общую численность популяций, растений или микроорганизмов невозможно, прибегают к закладке так называемых пробных учетных площадок (круглых или квадратных) или к отбору отдельных проб и дальнейшему подсчету числа особей в полученных выборках. Полученные таким образом данные позволяют оценить плотность популяции.
Плотность популяции определяется как количество особей вида на единице площади (главным образом земной поверхности) или же в единице объема (водная среда, экспериментальная культура), например, 200 деревьев на 1 га, 50 человек на 1 км 2 , 20 головастиков на 1 м 3 воды. В некоторых случаях этот показатель оценивается через число встреч на маршруте движения животного (весенние учеты по пению самцов птиц, оценка популяций перелетных птиц, зимние учеты млекопитающих по следам на снегу и т.п.). Максимальная плотность для различных видов организмов и условий существования сильно варьирует. На одном гектаре земли может обитать значительно больше особей подорожников, чем, скажем, оленей или кабанов. Некоторые виды птиц (пингвины, чайки) образуют так называемые "птичьи базары". Нередки огромные скопления розовых фламинго на некоторых озерах экваториальной Африки. В то же время многие виды среднеевропейских лесных певчих птиц никогда не достигают и 1/10 такой плотности.
Различают среднюю плотность, т.е. количество особей на единице всего пространства, и экологическую плотность, т.е. количество особей на единице обитаемого пространства.
В чем различие между этими показателями можно понять из примера, приведенного Ю. Одумом для лесного аиста, обитающего в заповеднике во Флориде. "В этой местности плотность мелких рыб с падением уровня воды в течение сухого зимнего сезона в целом снижается, но экологическая плотность возрастает, так как по мере сокращения зеркала воды увеличивается число рыб, приходящихся на единицу водной поверхности. Аисты откладывают яйца в такое время, что вылупление птенцов приходится на период пика экологической плотности рыб. Это облегчает родителям ловлю рыбы, которая составляет основную пищу птенцов".
Особи живых организмов (растения, животные, микроорганизмы) обычно распределены в пространстве неравномерно. Причины здесь могут быть самые различные: влияние изменяющихся факторов среды, внутри- и межвидовые взаимоотношения организмов, влияние человека и т.п. Именно поэтому при исследовании отдельных популяций эколог должен всегда иметь в виду, что репрезентативность выборки (соответствие показательности наблюдения действительным характеристикам объекта в целом) зависит не только от размера и метода отбора проб, но и от того, как эти пробы размещаются в пространстве. Для этого необходимо знать закономерности пространственного распределения особей, составляющих популяции.
В общем виде можно выделить три типа распределения особей: случайное, регулярное (равномерное) и групповое (пятнистое, скученное, агрегированное).
Случайное распределение имеет место тогда, когда организмы распределяются в однородной среде. В этом случае сила и направление воздействия абиотических и биотических факторов случайно изменяются во времени и пространстве. Случайное распределение встречается в природе не очень часто, хотя само действие случайных природных факторов само по себе не редкость. Такое случайное распределение характерно, к примеру, для пауков, обитающих в лесной подстилке.
С данным типом размещения особей в популяции связана концепция "распределения риска" (spreading of risk ), Предложенная голландскими исследователями П. Буром и Я. Редингиусом. Она гласит, что численность любого вида в природе поддерживается на определенном уровне (точнее, в определенных границах) постольку, поскольку риск гибели особей от каких-либо неблагоприятных факторов случайно распределен во времени и пространстве. Таким образом, механизм воздействия на популяцию неблагоприятных факторов среды обусловлен случайными процессами. Поэтому популяция, даже если какая-либо ее часть погибнет в результате катастрофического воздействия, не уничтожится, потому что такие катастрофы не происходят сразу во всех или многих местах.
Групповое (пятнистое) распределение свойственно многим организмам, обитающим не только в наземных, но и в водных экосистемах. Это наиболее распространенный тип распределения особей в природных популяциях. Размещение особей группами обусловлено прежде всего микрокомплексностью среды и мозаичностью экологических условий ("пятнистость среды").
В результате скопления особей происходит образование групп разных размеров. Образование этих групп происходит по разным причинам: вследствие локальных различий в местообитаниях, под влиянием суточных и сезонных изменений погодных условий; в связи с процессами размножения, и т.д.
Примеров такого группового распределения можно привести множество. Огромными косяками передвигаются с место на место многие рыбы. В большие стаи собираются водоплавающие птицы, готовящиеся к дальним перелетам. Колонии бакланов, гнездящихся на островах возле побережья Перу, достигают численности 10 000 особей при средней плотности три гнезда на 1 м 2 . Северо-американские северные олени карибу в условиях тундры образуют огромные стада. В южноамериканских тропиках группы муравьев, вооруженные могучими челюстями и жалами, выстраиваются фронтом 20-метровой ширины и идут в атаку, истребляя по пути всех, кто замешкался и не в силах спастись бегством.
Такие же примеры можно привести и для растений: пятнистое размещение растений клевера на лугу, пятна мхов и лишайников в тундре, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых лесных опушках и т.п.
Групповое размещение организмов является своеобразным приспособительным фактором в жизни и функционировании популяций отдельных видов. К примеру, у насекомых, образующих большие группы, повышается активность, у особей происходят гормональные изменения, ускоряющие их половое созревание и повышающие плодовитость. Особям, образующим группировки, свойственна высокая выживаемость. Такая оптимизация физиологических процессов, ведущая к повышению жизнеспособности организмов, ведущая к повышению их жизнеспособности, получила названия «эффект группы».
Эффект группы выражается в оптимизации физиологических процессов, ведущей к повышению жизенеспособности при совместном существовании. Наиболее характерен он для животных и проявляется в ускорении темпов их роста, повышении плодовитости, более быстром образовании условных рефлексов, повышении средней продолжительности жизни т т.п. Например, у овец вне стада учащаются пульс и дыхание, а при виде приближающегося стада эти процессы нормализуются. У зимующих рыб, лягушек, моллюсков, насекомых наблюдается экономия энергетических затрат при скоплениях, что позволяет им наиболее комфортно перенести неблагоприятные условия. Таким образом, даже с учетом частных неблагоприятных отклонений эффект группы способствует процветанию, выживаемости и устойчивости группы организмов в целом.
Регулярное (равномерное) распределение может наблюдаться при сильном антагонизме особей (конкуренции), когда вероятность нахождения одной особи рядом с другой крайне мала. В природе такой тип распределения встретить трудно, хотя нередко можно наблюдать размещение организмов, отклоняющееся от случайного в сторону большей регулярности. Чаще всего при иллюстрации такого типа распределения ссылаются на размещение деревьев в лесу, где конкуренция за свет настолько высока, что они отстоят друг от друга на более или менее равномерное расстояние. Как хрестоматийный пример равномерного распределения, обычно приводят распределение жука Tribolium в муке. Однако, такие примеры «равномерного» распределения достаточно условно.
Регулярное распределение чаще всего можно наблюдать в искусственно созданных человеком сельскохозяйственных системах – садах, огородах. Так, при посадке, равномерно можно распределить яблоневые деревья в саду, используя мерную ленту. В огороде таким образом можно высадить кусты ягодных культур, некоторые овощные растения.
4.3. Половая структура популяций
Половая структура популяции определяет соотношение в ней особей разного пола. Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении, близком 1: 1. Это так называемое первичное соотношение полов. Оно определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом. Например, у человека XY-хромосомы определяют развитие мужского пола, а XX - женского. В этом случае первичное соотношение полов 1:1, то есть равновероятно.
Однако, в популяции соотношение полов, как правило, не равно 1: 1. т.е. количество самцов и самок различно. Это связано с тем, что сцепленные с полом признаки часто определяют значительные различия в физиологии, экологии и поведении самцов и самок. В связи с этим в популяциях часто наблюдается более высокая вероятность гибели представителей какого-либо пола, а значит соотношение полов в популяции изменяется.
Такое соотношение полов при рождении и на ранних стадиях развития организмов, когда на генетическую обусловленность накладываются различные экологические факторы, называется вторичным соотношением. Оно может существенно отличаться от первичного по целому ряду причин: избирательность яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X- или Y-хромосому, неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению, различными внешними факторами. Например, зоологами описано влияние температуры на вторичное соотношение полов у рептилий. Аналогичная закономерность характерна и для нек оторых насекомых. Так, у муравьев оплодотворение обеспечивается при температуре выше 20 о С, а при более низких температурах откладываются неоплодотворенные яйца. Из последних вылупляются самцы, а из оплодотворенных - преимущественно, самки.
У некоторых видов пол изначально определяется не генетическими, а экологическими факторами. Например, корнеплод из семейства ароидных аризема японская дает растения с женскими цветами только из самых крупных и хорошо развитых клубней. Из мелких и слабых клубней образуются растения с мужскими цветами.
У некоторых животных (например, амфибий) такие факторы среды, как температура, содержание и концентрация гормонов, могут влиять на развитие таким образом, что половые различия будут отличаться от первичного хромосомного набора. Так, в среднеевропейских популяциях травяной лягушки облик молодых животных отражает внешность самок. Лишь к концу второго года жизни половина из них превращается в самцов.
У муравьев, пчел и других общественных насекомых число цариц (самок, способных к половому размножению) в популяции регулируется рабочими особями посредством специфического питания.
Соотношение полов среди половозрелых, размножающихся особей, называется третичным соотношением . Половой состав на данной стадии развития организмов весьма динамичен и изменчив. Для человека и других млекопитающих отмечена общая закономерность, заключающаяся в уменьшении доли самцов в старших возрастных группах.
Например, у человека вторичное соотношение полов составляет 100 девочек на 106 мальчиков. По достижении 18-летнего возраста это соотношение выравнивается из-за повышенной мужской смертности. К 50 годам третичное соотношение составляет уже 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам – 50 мужчин на 100 женщин.
Следует отметить, что половая структура, то есть соотношение полов, имеет прямое отношение к воспроизводству популяции и ее устойчивости.
4.4. Возрастная структура популяций
Важной характеристикой при исследовании популяции является ее возрастная структура, влияющая как на рождаемость, так и на смертность. Соотношение разных возрастных групп в популяции определяет ее способность к размножению и показывает перспективу популяции. В быстрорастущих популяциях молодые особи составляют большую долю. Поэтому состояние популяции по прошествии определенного промежутка времени будет зависеть от ее нынешнего полового и возрастного состава.
Взаимодействие популяций разных видов - раздел Экология, Отдельные элементы среды обитания организмов называют экологическими факторами. Они делятся на три большие группы Обитая На Одной Территории, Популяции Обязательно Взаимодействуют Друг С Друг...
Конкуренция возникает в том случае, если различные виды обладают сходными потребностями к условиям жизни, пищи, пространству. Конкуренция - одно из проявлений борьбы за существование.
Хищничество - отношения, при которых особи одного вида поедают особей другого вида.
Симбиоз (мутуализм) - отношения, при которых каждый вид извлекает пользу из связи с другим видом. В последнее время под симбиозом понимают несколько форм взаимоотношений организмов (мутуализм - обоюдно полезное сожительство, комменсализм - нахлебничество, си- нойкия - квартирантство), а не только мутуализм.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Исторически сложившиеся сообщества популяций различных видов, населяющих определённую территорию или акваторию, связанных между собой, взаимно влияющих друг на друга, называются биоценозами.
Среда и биоценоз связаны потоками вещества и энергии. Из среды организмы поглощают вещества и энергию, а ей возвращают продукты метаболизма и энергию в виде тепла. Таким образом, биоценоз и среда составляют неразрывное единство, одну сложную систему, которую называют экосистемой или биогеоценозом.
Биогеоценоз - комплекс взаимосвязанных популяций разных видов, обитающих на территории с более или менее однородными условиями существования. Размеры биогеноценоза от нескольких сотен м 2 до нескольких км 2 , а по вертикали от нескольких см (на скалах) до нескольких сотен метров (в лесу).
Связь между компонентами биогеоценоза возникает на основе пищевых взаимоотношений. Пищевые цепи бывают трех типов:
Цепь выедания: растения - растительноядные животные - хищники (трава → кузнечики → иволга → змея→ коршун).
Цепь разложения: растительные и животные остатки - мелкие трупоядные животные, грибы, бактерии.
Цепи питания не могут быть длинными, ибо каждый последующий потребитель, поедая предыдущего, значительную часть энергии тратит на свою жизнедеятельность. Только 5-20% энергии переходит во вновь построенное вещество тела потребителя. Поэтому обычно пищевая цепь имеет 3-5 звеньев. При переходе с одного уровня на другой численность особей уменьшается, а их размер увеличивается. Так, на 1 га луга растет примерно 9 млн. растений (I пищевой уровень); ими питаются 700 000 растительноядных насекомых (II уровень); их поедают 350 000 хищных насекомых и пауков (Ш уровень); являющихся пищей для трех птиц (IV уровень). Как видим, образовалась экологическая пирамида, основание которой в 3 млн. раз шире, чем вершина. Различают три типа экологических пирамид:
- пирамида чисел (на каждом уровне откладывается численность отдельных организмов);
- пирамида биомасс (характеризует общую массу организмов каждого уровня);
- пирамида энергии (показывает величину потока энергии или продуктивности на последовательных уровнях).
В целом для наземных биогеоценозов, где продуценты крупные и живут сравнительно долго, характерны относительно устойчивые пирамиды биомасс широким основанием. В водных же экосистемах, где продуценты невелики по размеру и имеют короткие жизненные циклы, пирамида биомасс может быть обращенной, или перевернутой (острием направлена вниз). Подобные пирамиды биомасс наблюдаются в океане. Фитопланктон океана имеет малые размеры и массу, но очень интенсивно размножается. Годовая продукция фитопланктона в сотни раз превышает урожай, т.е. фитомассу, отнесенную к данному моменту времени. Однако вся первичная продукция быстро съедается потребителями (зоопланктон, низшие ракообразные), и накопление биомассы практически не происходит. В тоже время в океане происходит накопление зоомассы, ибо эти организмы крупнее и медленно воспроизводятся. Таким образом на данный момент получается, что потребителей больше, чем продуцентов, и пирамида биомасс имеет перевернутый вид по сравнению с пирамидой биомасс суши.
Пирамида численности тоже может иметь перевернутый вид, например, на одном дереве может обитать и кормиться большое число насекомых.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Отдельные элементы среды обитания организмов называют экологическими факторами. Они делятся на три большие группы
Основы экологии.. экология наука о взаимоотношениях отдельных организмов или их сообществ и среды их обита ния экология исследует три..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
У этого термина существуют и другие значения, см. Конкуренция. Конкуренция в биологии, любые антагонистические отношения, связанные с борьбой за существование, за доминирование, за пищу, пространство и другие ресурсы между организмами или видами … Википедия
- (от лат. mensa трапеза) тип межвидовых взаимоотношений, при котором один вид, именуемый аменсалом, претерпевает угнетение роста и развития, а второй, именуемый ингибитором, таким испытаниям не подвержен. Антибиоз и… … Википедия
- (от лат. com «с», «вместе» и mensa «стол», «трапеза»; буквально «у стола», «за одним столом»; ранее сотрапезничество) способ совместного существования (симбиоза) двух разных видов живых организмов, при которых одна популяция извлекает пользу … Википедия
- (от др. греч. ἀντι против, βίος жизнь) антагонистические отношения видов, когда один организм ограничивает возможности другого, невозможность сосуществования организмов, например из за интоксикации одними организмами (антибиотиками,… … Википедия
У этого термина существуют и другие значения, см. Симбиоз (значения). Рыба клоун и морской анемон организмы, сосуществующие в мутуалистическом симбиозе … Википедия
- (позднелат. organismus от позднелат. organizo устраиваю, сообщаю стройный вид, от др. греч. ὄργανον орудие) живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи. Как отдельная особь организм… … Википедия
Запрос «Хищник» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Запрос «Хищники» перенаправляется сюда; см. также другие значения … Википедия
Между двумя муравьями вида Oecophylla longinoda. Таиланд. Трофаллаксис … Википедия
Совместная эволюция биологических видов, взаимодействующих в экосистеме. Изменения, затрагивающие какие либо признаки особей одного вида, приводят к изменениям у другого или других видов. Первым концепцию коэволюции ввёл Н. В. Тимофеев Ресовский… … Википедия
В данной статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из за отсутствия сносок … Википедия
Книги
- Семиотическая теория биологической жизни , Н. А. Заренков. Можно ли понять, что такое жизнь, ограничиваясь изучением плоти организмов - знаков жизни: молекул, хромосом, клеток, тканей и органов? В настоящей книге обосновывается отрицательный ответ на…