Dlouhodobé populační výkyvy. Jaké příklady cyklických výkyvů v počtu obyvatel znáte? Periodické kolísání čísel
Kolísání počtu obyvatel.
Populace dokončila svůj růst a nyní se její počet mírně odchyluje od nějaké víceméně konstantní hodnoty. Tyto malé výkyvy v počtu jsou spojeny se sezónními nebo ročními změnami teploty, vlhkosti a množství potravy.
Příklady sezónních výkyvů v počtu obyvatel: letní hordy komárů (na podzim žádní nejsou), květy prvosenky kvetou nejdříve na jaře a začátkem léta a na podzim odumírají.
Změnou počtu určitých druhů rostlin nebo živočichů lze posuzovat ekologickou situaci v daném regionu.
Takové organismy se nazývají bioindikátory, a proces jejich pozorování - biologické sledování.
Příkladem cyklického kolísání počtu jsou tří- a čtyřleté cykly severských myších hlodavců (myši, hraboši, lumíci) a predátorů (sova sněžná, liška polární).
Jsou známy případy explozivního nárůstu počtu lumíků v Evropě, kdy jejich hustota dosáhla takové hodnoty, že byli nuceni migrovat; jejich hordy se přesunuly k moři, po jehož dosažení mnoho z nich zemřelo. Toto je příklad nárůstu velikosti populace ve tvaru písmene J a moře je v tomto případě limitujícím faktorem.
Dalším příkladem populačních výkyvů jsou informace o invazích sarančat na plodiny. Kobylky normálně žijí ve svých obvyklých stanovištích. Jsou ale roky, kdy hustota populace sarančat dosahuje obludných rozměrů. Kvůli velkému shlukování se zvyšuje počet jedinců, kteří mají vyvinutá delší křídla, což jim umožňuje létat do sousedních zemědělských oblastí a ničit veškerou úrodu i tam.
Zde máme příklad nárůstu počtu i u typu ve tvaru písmene J (parabolický) a každý takový případ je doprovázen migrací, tedy přemístěním do jiných biotopů (kobylky například přelétají 1200 km a více z Afriky do Anglie).
Špičky v počtu hmyzu - zavíječe borového a zavíječe modřínového, které se opakují přes A-10 let, jsou doprovázeny kolísáním počtu ptáků živících se tímto hmyzem a odpovídající dynamikou stromové biomasy. Stromy s nejvyšší biomasou a stromy citlivější na hmyz jsou napadány a z velké části ničeny. Mrtvé zbytky dřeva se rozkládají a obohacují půdu živinami, takže se začínají vyvíjet mladé stromky, které jsou méně náchylné k hmyzu. Kromě toho je růst mladých stromů usnadněn zvýšením osvětlení v důsledku smrti velkých stromů s načechranou korunou. Zároveň se snižuje počet hmyzu kvůli jeho ničení ptáky, rostou mladé stromky (ve skutečnosti proces trvá několik let), jejich koruna je na maximu a vše začíná znovu. Zdá se tedy, že hmyz na smotávání listů omlazuje ekosystém jehličnatých lesů.
V některých případech však důvody, které způsobují kolísání počtu obyvatel, leží v nich samotných. V podmínkách přemnožení tedy u některých savců dochází k náhlým změnám jejich fyziologického stavu, které ovlivňují neuroendokrinní systém. To ovlivňuje chování zvířat, jejich odolnost vůči stresu a různým chorobným změnám a zvyšuje se úmrtnost. Například bílí zajíci často umírají na „šokovou nemoc“ v obdobích populačních špiček.
Mechanismy jako např vnitřní regulátoryčísla jsou nakonfigurována na určité prahové hodnoty. Musíme si ale uvědomit, že regulační mechanismy nejsou jen nouzové stabilizátory počtu obyvatel. Sezónní výkyvy v počtu jsou někdy zajištěny působením stejných mechanismů.
Druhové populace jsou základními funkčními jednotkami živé přírody.
Charakteristické ukazatele populací, které jsou pro ně jedinečné: počet, hustota, pohlaví a věková struktura, porodnost, úmrtnost.
Procesy změny populace v čase, tzv populační dynamika,- výsledek působení mnoha faktorů prostředí, ale i vnitřních mechanismů regulace populace.
Otázky a úkoly pro sebeovládání
- 1. Definujte populaci, vysvětlete na konkrétních příkladech.
- 2. Popište prostorovou a sociální organizaci obyvatelstva.
- 3. Vysvětlete pojmy hustota obyvatelstva, maximální a ekologická plodnost. Proč je nutné mezi nimi rozlišovat? Uveďte příklady.
- 4. Popište dynamiku růstu populace.
- 5. Vysvětlete, co jsou demografické ukazatele populace. Uveďte příklady demografických charakteristik.
- 6. Vysvětlete, jak dochází k samoregulaci velikosti populace.
- 7. Vysvětlete, proč je nebezpečné narušovat stabilitu populací živočichů, rostlin, hub a jiných organismů.
- 8. Analyzujte, jak souvisí křivky přežití s péčí o potomky.
Stabilní populace se vyznačuje přibližně konstantními počty v určitém časovém období a tvoří se při stejné intenzitě porodnosti a úmrtnosti. V určitých bodech během tohoto časového období se však velikost populace může od průměrné hodnoty lišit. Vnější podmínky jsou v tomto případě relativně stabilní a samotný stav populace je také přibližně stabilní.
V rostoucí populaci porodnost převyšuje úmrtnost, takže se počet zvyšuje na takovou hodnotu, že může dojít k propuknutí masové reprodukce. Při prudkém nárůstu populace dochází k jejímu přehuštění, zhoršují se životní podmínky, zvyšuje se úmrtnost a velikost populace začíná klesat.
Pokud úmrtnost převyšuje porodnost, pak populace klesá.
Hustota populace je počet jedinců na jednotku plochy nebo objemu. Změna hustoty obyvatelstva nám umožňuje učinit závěr o vztahu mezi porodností a úmrtností, ale pouze za podmínek, kdy se rozloha obyvatelstva nemění a nedochází k emigraci nebo imigraci jednotlivců. Pokud jako kritérium pro změny velikosti populace použijeme čistou míru reprodukce r0, která se rovná průměrnému počtu potomků vyprodukovaných daným jedincem druhu za celý jeho život, pak když:
- r > 1 – počet obyvatel roste
- r = 1 - stabilní populace
- r< 1 — популяция сокращающаяся
Kolísání počtu jedinců v jakékoli populaci se nazývá životní vlny nebo populační vlny. Mohou být sezónní (periodické), tedy geneticky podmíněné, i nesezónní (aperiodické), tedy způsobené přímým působením biotických a abiotických faktorů na populaci.
Délka životní vlny je přímo úměrná délce vývojového cyklu organismu.
Velikost populace závisí na mnoha faktorech, které lze rozdělit do 2 skupin:
- Odpovídá případu, kdy tempo růstu populace klesá s nárůstem její velikosti. To je společné pro většinu rostlinných a živočišných populací a projevuje se dvěma způsoby:
- s nárůstem hustoty obyvatelstva - poklesem plodnosti;
— s rostoucí hustotou obyvatelstva se věk v pubertě mění. - Odpovídá maximální míře růstu populace při střední, nikoli nízké hustotě. Po dosažení maximální hodnoty se však tempo růstu populace začíná snižovat s dalším nárůstem hustoty obyvatelstva. Charakteristické pro některé ptáky, hmyz a druhy, které se vyznačují skupinovým efektem.
- Pozoruje se, když je rychlost růstu populace při vysokých hustotách přibližně konstantní. Po dosažení maximální hustoty osídlení tempo růstu výrazně klesá. Charakteristické pro druhy se silným kolísáním počtu (hlodavci podobní myším, hmyz).
Studium populačních výkyvů u kůrovce Dendroctonus pseudotsugae v přirozeném a laboratorním prostředí vedlo McMullen a Atkins (1961) k závěru, že tento druh zažívá konkurenční vztahy, když na 9,3 m2 stromové kůry připadá více než 4-8 hnízd. V důsledku konkurenčních vztahů se počet brouků v potomstvu snižuje.[...]
Povaha kolísání počtu hmyzu. Základní teorie populační dynamiky. Druhová specifičnost reakcí těla hmyzu na komplex faktorů prostředí při různých populačních hustotách. Principy matematického modelování populačních fluktuací. Různé matematické modely populačních fluktuací a možnosti jejich využití k vysvětlení mechanismu fluktuací. Idealistické názory v oblasti matematického modelování populací a jejich kritika.[...]
Zaznamenané výkyvy v počtu a struktuře populace planktonních korýšů se vyznačují tím, že nejsou spojeni s žádnými vnějšími oscilačními procesy, protože podle podmínek kybernetického experimentu je zásoba potravy, tlak predátorů a prostředí teplota se v průběhu času neměnila. Výskyt samooscilací populace je spojen výhradně se zhoršováním životních podmínek populace. To jsou samozřejmě přesně ty výkyvy velikosti populace, které jsou spojeny s urychlením evolučního procesu (Molchanov, 1966; Shmalhausen, 1968).
U ostatních druhů má kolísání počtu populací pravidelný cyklický charakter (křivka 2). Příklady sezónních výkyvů čísel jsou dobře známé. Mraky komárů; pole zarostlá květinami; lesy plné ptactva - to vše je typické pro teplé období ve středním pásmu a v zimě mizí téměř do prázdna.[...]
K periodickým výkyvům v počtu obyvatel dochází obvykle během jedné sezóny nebo několika let. Cyklické změny s nárůstem počtu v průměru po 4 letech byly zaznamenány u zvířat žijících v tundře - lumíci, polární sovy, polární lišky. Sezónní výkyvy v počtu jsou také charakteristické pro mnoho hmyzu, myších hlodavců, ptáků a malých vodních organismů.[...]
Vilenkin B. Ya 1966. Fluktuace v populacích zvířat. Věda", M [...]
Omezení případných populačních výkyvů má velký význam nejen pro jejich vlastní prosperitu, ale i pro udržitelnou existenci komunit. Úspěšné soužití organismů různých druhů je možné pouze s jejich určitými kvantitativními poměry. Proto přírodní výběr zafixoval celou řadu překážek katastrofického nárůstu počtu obyvatel, regulační mechanismy mají mnohočetnou povahu.
Z hlediska času jsou výkyvy velikosti populace neperiodické a periodické. Ty lze rozdělit na výkyvy s obdobím několika let a sezónní výkyvy. Neperiodické výkyvy jsou neočekávané povahy.[...]
Zjištěná vlastnost modelu populace okouna do jisté míry potvrzuje úvahy a závěry T. F. Dementieva (1953) o „důležitosti rozhodujícího faktoru ve světle ročních a dlouhodobých výkyvů velikosti populace“. Pokud totiž nastavíte změnu v 1Uk v průběhu času podle nějakého konkrétního zákona, pak velikost populace bude tyto změny opakovat se známými zkresleními.[...]
Řada odborníků vysvětluje kolísání počtu obyvatel tím, že v podmínkách přemnožení vzniká stres, který ovlivňuje reprodukční potenciál, odolnost vůči chorobám a další vlivy.
Moderní teorie populační dynamiky považuje populační fluktuace za autoregulovaný proces. Existují dva zásadně odlišné aspekty populační dynamiky: modifikace a regulace.[...]
Cyklická dynamika je způsobena kolísáním počtu obyvatel se střídavými vzestupy a poklesy v určitých intervalech od několika let až po deset nebo více. Mnoho vědců psalo o frekvenci propuknutí masové reprodukce zvířat. S.S. Chetverikov (1905) na příkladu hmyzu mluvil o existenci „vln života“ s „odlivy života“ a „odlivy života“.
Jak se zvyšují hodnoty b a (nebo) /? Velikost populace nejprve vykazuje tlumené fluktuace, které postupně vedou k rovnovážnému stavu, a poté ke „stabilním limitním cyklům“, podle kterých populace kolísá kolem rovnovážného stavu, opakovaně prochází stejnými dvěma, čtyřmi nebo dokonce více body. A konečně, při nejvyšších hodnotách b a r jsou výkyvy ve velikosti populace zcela nepravidelné a chaotické.[...]
PLOVÁK - viz Čl. Koagulace. KOLÍSÁNÍ VELIKOSTI OBYVATEL [z lat. fluctuatio fluktuace] - kolísání velikosti populace způsobené Ch. arr. vnější faktory [...]
Existuje řada příkladů získaných z přirozených populací, ve kterých lze detekovat pravidelné kolísání počtu predátorů a kořisti. O výkyvech stavů zajíců diskutovali ekologové už od dvacátých let našeho století, myslivci je objevili o 100 let dříve. Například zajíc horský (Lepus americanus) v boreálních lesích Severní Ameriky má „10letý populační cyklus“ (i když ve skutečnosti se jeho délka pohybuje od 8 do 11 let; obr.[...]
Stejně jako v tundře se zde projevuje sezónní periodicita a kolísání počtu obyvatel. Klasickým příkladem je populační cyklus zajíce a rysa (obr. 88). V jehličnatých lesích se vyskytuje také výskyt kůrovce a listožvýkavého hmyzu, zejména pokud je porost tvořen jedním nebo dvěma dominantními druhy. Popis biomu jehličnatého lesa v Severní Americe lze nalézt v Shelford a Olson (1935).[...]
Dříve jste se seznámil s vývojem biosféry. Kolísání populace už znáte. Ekosystém také podléhá změnám. Některé změny ekosystému jsou krátkodobé a lze je snadno obnovit, jiné jsou významné a dlouhodobé.[...]
Při přechodu na pobřežní červený rybolov střední a vysoké intenzity čtyřletá složka ve výkyvech populace lipnice téměř zcela mizí a dominantní postavení začíná zaujímat složka s periodou T = 8 let (obr. 7.16). . Je charakteristické, že spektrální funkce se v tomto případě tvarem podobá spektrální funkci početnosti červených mláďat (obr. 7.15) při stejné intenzitě pobřežního rybolovu. To není překvapivé, protože korelační koeficient mezi počty těchto populací za těchto podmínek je poměrně vysoký. Cyklické kolísání počtu nedospělých okouníků, ke kterým dochází při přerybnění a mají čtyřleté období, nenacházejí ve spektrálním rozkladu kolísání populace lipnice odpovídající obdobu nápadné intenzity.[...]
Při vysokých intenzitách rybolovu spojených s významnými úlovky jejich výkyvy v čase celkem rychle odezní, např. iri sítě (5+), /’=0,9 (obr. 4. 4). Pokles kolísání úlovků je způsoben snížením kolísání velikosti populace, což je vidět na fázovém diagramu (obr. 4. 5). U sítě (5+) pokračuje proces snižování fluktuace populace až do nejvyšší intenzity rybolovu, zatímco u sítě (2+) probíhá podobný proces pouze do =0,4.[...]
Model naznačuje, že vnitrodruhová konkurence může vést k velmi rozdílným fluktuacím ve velikosti populace. - Časová prodleva předcházející změně čísel.[...]
Je zřejmé, že i když relativně, přirozeně se měnící faktory životního prostředí mohou určovat stejné výkyvy v počtu obyvatel. V řadě případů totiž můžeme konstatovat změny v nejdůležitějších potravních zdrojích lesní zvěře. Jedná se o kolísání výnosu lesních semen (smrk, sibiřský cedr, borovice, dub atd.), bobulovin (borůvky, brusinky atd.), jakož i hlavního krmiva kožešinových zvířat (hraboš lesní, lumíci , zajíci na sněžnicích , protein atd.).[...]
Dlouhé, velké sucho je katastrofa, která vede k vážným ekologickým důsledkům: degradaci přírodních ekosystémů, prudkým výkyvům v populacích zvířat, úhynu rostlin, katastrofální neúrodě a za určitých ekonomických podmínek k hromadné smrti lidí hladem. Podobná sucha byla v Rusku v letech 1891, 1911, 1921, 1946 a 1972[...]
Ekologie studiem jedinců zjišťuje, jak jsou ovlivněni abiotickým a biotickým prostředím a jak sami ovlivňují prostředí. Zabývá se populací, řeší otázky o přítomnosti či nepřítomnosti jednotlivých druhů, míře jejich početnosti či vzácnosti, o stabilních změnách a kolísání populací. Při studiu na populační úrovni jsou možné dva metodologické přístupy. První vychází ze základních vlastností jednotlivých jedinců a teprve poté hledá formy kombinace těchto vlastností, které předurčují vlastnosti populace jako celku. Druhý odkazuje přímo na vlastnosti populace a snaží se tyto vlastnosti propojit s parametry prostředí. Oba přístupy jsou užitečné a v následujícím použijeme oba. Mimochodem, stejné dva přístupy jsou vhodné i při studiu komunit. Komunitní ekologie zkoumá složení nebo strukturu společenstev a také průchod energie, živin a dalších látek společenstvy (tedy to, co se nazývá komunitní fungování). Můžete se pokusit porozumět všem těmto vzorcům a procesům tím, že vezmete v úvahu populace, které tvoří komunitu; ale je také možné studovat společenstva přímo se zaměřením na jejich charakteristiky, jako je druhová diverzita, rychlost tvorby biomasy atd. Opět platí, že oba přístupy jsou vhodné. Ekologie zaujímá ústřední místo mezi ostatními biologickými disciplínami, a tak není divu, že se s řadou z nich překrývá – především genetikou, evolučními studiemi, etologií a fyziologií. Ale hlavní věcí v ekologii jsou ty procesy, které ovlivňují distribuci a počet organismů, tj. procesy narození jedinců, jejich smrt a migrace.
Stabilizační účinek heterogenity byl diskutován již při popisu Huffakerova experimentu na klíšťatech (oddíl 9.9). Je také důležité poznamenat, že v populacích zajíce horského, které se vyznačují „cykly“ (str. 476-477), nejsou nikdy pozorovány cyklické výkyvy v podmínkách, které představují mozaiku vhodných a nevhodných stanovišť. V horských oblastech a v oblastech oddělených zemědělskou půdou se vyskytují relativně stabilní a necyklické populace zajíce polního (Keith, 1983). Zdá se však, že účinky agregačních odpovědí lze snáze pochopit, vezmeme-li v úvahu vlastnosti a povahu faktorů biologické kontroly.[...]
[ ...]
Podle tradičního ekologického myšlení složitost (více druhů a/nebo více interakcí) implikuje stabilitu (nižší populační fluktuace, odolnost nebo schopnost zotavit se z poruch). Empirické důkazy jsou však smíšené. Pokud složitost skutečně dodává stabilitu ekosystému, pak bychom očekávali, že populace budou odolnější v tropech než v mírných nebo polárních oblastech; v tomto ohledu však mezi tropickými a mírnými oblastmi nejsou žádné jasné rozdíly. Studium hmyzích populací například ukázalo, že v těchto dvou zónách je jejich meziroční variabilita v průměru stejná. Nechybí ani příklady stability jednoduchých přírodních systémů a nestability složitých. Nedávné studie několika sladkovodních ekosystémů ukázaly, že stabilní a zdánlivě složitější prostředí jsou ve skutečnosti méně odolná vůči narušení než méně stabilní a jednodušší prostředí.[...]
Zavedení poměrně intenzivního rybolovu (/’=0,70 a /’=0,75 při рф=0,20) nesníží stabilní cyklus na jeden stacionární stav, jako tomu bylo u druhého modelu této sekce. Naopak kolísání počtu obyvatel se zostřuje, jejich perioda se zkracuje na 4–5 let při /’=0,70 a na 2–3 roky při P=0,75. Průměrná velikost populace je výrazně snížena v důsledku dopadu rybolovu ve srovnání s výše popsanou nelovenou populací.
Ze vzorců (10.26) a (10.30) vyplývá, že ačkoliv stejně jako v deterministickém případě roste průměrná hodnota N(t) exponenciálně, exponenciálně rostou i odchylky od průměrné hodnoty. V průběhu času se tak populační výkyvy stávají stále dramatičtějšími. To odráží skutečnost, že deterministický systém nemá stacionární stav, navíc pro určité vztahy mezi a a a se pravděpodobnost jeho zániku blíží jedné.[...]
ZÁKON PYRAMIDY ENERGIÍ (PRAVIDLO DESETI PROCENT): v průměru se ne více než 10/0 energie přesune z jedné trofické úrovně ekologické pyramidy do další úrovně. ZÁKON SYSTÉMU „Dravec-oběť“ (V. VOLTERRA): proces ničení kořisti predátorem často vede k periodickým výkyvům ve velikosti populace obou druhů v závislosti pouze na rychlosti růstu populací predátora. a kořisti a na počátečním poměru jejich počtu.[...]
Odečtením na pravé straně rovnice obsahující LG2 je možné předpovědět okamžik, kdy systém opustí rovnovážný stav v případech, kdy je doba zpoždění relativně velká ve srovnání s dobou relaxace (1/r) systému. V důsledku toho, jak se prodlužuje doba zpoždění v systému, místo asymptotického přiblížení k rovnovážnému stavu počet organismů kolísá vzhledem k teoretické křivce ve tvaru „¿“ . V případech, kdy jsou zdroje potravy omezené, nedosahuje populace stabilní rovnováhy, protože velikost jedné generace závisí na velikosti další, což ovlivňuje rychlost reprodukce a vede k predaci a kanibalismu. Kolísání velikosti populace, která se vyznačuje velkými hodnotami r, krátkou dobou reprodukce t a jednoduchým regulačním mechanismem, může být velmi významné.[...]
V. Volterra, jak již bylo zmíněno dříve, jimi nezávisle na sobě navrhl v letech 1925 a 1926-1931. Aplikovaní environmentální matematici na tyto rovnice doslova zaútočili. Vytvořili obrovskou literaturu. Zpátky na začátku 30. let. vzor, který vyjádřili, experimentálně ověřil G. F. Gause (1934), který získal experimentální důkaz platnosti rovnice A. Lotka - V. Volterra. Ten formuloval tři zákony systému „predátor-kořist“. Zákon periodického cyklu: proces ničení kořisti predátorem často vede k periodickým výkyvům v počtu populací obou druhů v závislosti pouze na rychlosti růstu populací predátora a kořisti a na počátečním poměru jejich populací. čísla. Zákon zachování průměrů, průměrná velikost populace pro každý druh je konstantní bez ohledu na počáteční úroveň, za předpokladu, že konkrétní míry nárůstu populace, stejně jako účinnost predace, jsou konstantní. Zákon porušení průměrných hodnot: s podobným porušením populací dravců a kořisti (například ryb během rybolovu v poměru k jejich počtu) se průměrná velikost populace kořisti zvyšuje a populace dravců klesá [. ..]
V současné době se práce na vytváření systémů podpory života ubírají dvěma směry - mechanickým a biologickým. Komplexní mechanický chemoregenerační systém, který regeneruje plyny a vodu (ale ne potraviny) a odstraňuje odpad, je téměř funkční. Jedná se o poměrně spolehlivý systém, který dokáže udržet život po poměrně dlouhou dobu. Pro velmi dlouhé lety se systém chemické regenerace stává příliš „těžkým“; Vzhledem k tomu, že jeho kovové části mají velký objem a hmotnost, vyžaduje velké množství energie, stejně jako zásoby potravin a některé plyny, které je třeba doplňovat. Další komplikace vznikají v důsledku skutečnosti, že k odstranění CO2 je nutná vysoká teplota; Při dlouhých letech se navíc v systému postupně hromadí toxické látky (např. oxid uhelnatý), čehož se při krátkých letech není třeba obávat. Na velmi dlouhých vesmírných misích, kdy doplňování a chemoregenerace není možné, bude nutné uchýlit se k jiné alternativě – biologickému ekosystému, který zajišťuje částečnou nebo úplnou regeneraci. V takových systémech založených na biologických procesech se v současnosti pokoušejí využít jako „producenty“ chemosyntetické bakterie, malé fotosyntetické organismy, jako je Chlorella, nebo některé vyšší vodní rostliny, protože, jak je uvedeno výše, technické úvahy vylučují, Zjevně, použití větších organismy pro tyto účely. Jinými slovy, při výběru biologického „výměníku plynu“ opět vyvstává problém „hmotnosti nebo účinnosti“. Tato účinnost je však za cenu individuální dlouhověkosti (další projev dříve zmíněného kontrastu mezi poměry P/B a B/P). Čím kratší je život jedince, tím obtížnější je zabránit nebo zmírnit výkyvy ve velikosti populace a genofondu. Jeden kilogram chemosyntetických bakterií dokáže odstranit z atmosféry kosmické lodi více CO2 než jeden kilogram řasy Chlorella, ale bakteriální růst je obtížnější regulovat. Chlorella je zase z hlediska hmotnosti účinnější jako výměník plynu než vyšší rostliny, ale zároveň je obtížnější regulovat.
Podrobné řešení paragraf § 80 v biologii pro žáky 10. ročníku, autoři Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. 2014
1. Jaké faktory ovlivňují velikost populace?
Odpověď. V přírodních systémech s nízkou úrovní druhové diverzity je velikost populace silně ovlivněna abiotickými a antropogenními faktory. Záleží na počasí, chemickém složení prostředí a míře jeho znečištění. V systémech s vysokou úrovní druhové diverzity jsou populační výkyvy primárně řízeny biotickými faktory.
Všechny faktory prostředí, v závislosti na povaze jejich vlivu na velikost populace, lze rozdělit do dvou skupin.
Faktory nezávislé na hustotě populace mění velikost populací jedním směrem, bez ohledu na počet jedinců v nich. Abiotické a antropogenní faktory (s výjimkou environmentálních aktivit člověka) ovlivňují počet jedinců bez ohledu na hustotu populace. Tuhé zimy tak snižují velikost populace poikilotermních živočichů (hadů, žab, ještěrek). Silná vrstva ledu a nedostatek dostatečného kyslíku pod ledem snižují v zimě populace ryb. Suchá léta a podzimy následované mrazivými zimami snižují velikost populace mandelinky bramborové. Nekontrolovaný odstřel zvířat nebo rybolov snižuje obnovovací schopnosti jejich populací. Vysoké koncentrace znečišťujících látek v životním prostředí negativně ovlivňují početnost všech druhů citlivých na ně.
Kapacita prostředí (maximální velikost populace) je dána schopností prostředí poskytnout populaci potřebné zdroje: potravu, úkryt, jedince opačného pohlaví atd. Když se velikost populace přiblíží kapacitě prostředí, může se stát, že se velikost populace přiblíží kapacitě životního prostředí. v důsledku její zvýšené konzumace dochází k nedostatku potravy. A pak se aktivuje mechanismus pro regulaci velikosti populace prostřednictvím vnitrodruhové soutěže o zdroje. Pokud je hustota populace vysoká, je regulována zvýšenou úmrtností v důsledku zvýšené konkurence. Někteří jedinci umírají buď v důsledku nedostatku potravy (býložravci) nebo v důsledku biologického či chemického boje. Zvýšená mortalita vede ke snížení hustoty. Pokud je hustota osídlení nízká, dochází k jejímu doplňování z důvodu zvýšení porodnosti v důsledku obnovy potravinových zdrojů a oslabení konkurence.
Biologická válka je zabíjení konkurentů v rámci populace přímým útokem (predátoři stejného druhu). Prudký pokles potravinových zdrojů může vést ke kanibalismu (požírání vlastního druhu). Chemická válka je uvolňování chemických látek, které zpomalují růst a vývoj nebo zabíjejí mladé jedince (rostliny, vodní živočichové). Projev chemického boje lze pozorovat ve vývoji pulců. Při vysokých hustotách větší pulci uvolňují do vody látky, které brzdí růst malých jedinců. Svůj vývoj proto dokončují pouze velcí pulci. Poté začnou růst malí pulci.
Regulace velikosti populace prostřednictvím množství potravinových zdrojů je jasně patrná na příkladu interakce mezi populacemi predátorů a kořisti. Vzájemně se ovlivňují počty a hustoty, což způsobuje opakované nárůsty a poklesy počtu obou populací. Navíc v tomto systému oscilací nárůst počtu predátorů fázově zaostává za nárůstem počtu kořisti.
Důležitým mechanismem pro regulaci počtu v přelidněné populaci je stresová reakce. Zvýšení hustoty populace vede ke zvýšení frekvence setkávání mezi jednotlivci, což u nich vyvolává fyziologické změny vedoucí buď ke snížení plodnosti, nebo ke zvýšení úmrtnosti, což způsobí snížení velikosti populace. Stres nezpůsobuje nevratné změny v těle, ale vede pouze k dočasnému zablokování některých tělesných funkcí. Po odstranění přemnožení se rychle obnoví schopnost reprodukce.
Všechny mechanismy populační regulace závislé na hustotě obyvatelstva jsou aktivovány dříve, než dojde k úplnému vyčerpání zdrojů životního prostředí. Díky tomu dochází v populacích k samoregulaci počtu.
2. Jaké znáte příklady cyklického kolísání počtu obyvatel?
Odpověď. V přírodě velikost populace kolísá. Počet jednotlivých populací hmyzu a malých rostlin tak může dosáhnout stovek tisíc a milionů jedinců. Naopak populace zvířat a rostlin mohou být relativně malé.
Žádná populace nemůže sestávat z méně jedinců, než je nutné pro zajištění stabilní realizace tohoto prostředí a odolnosti populace vůči faktorům prostředí – princip minimální velikosti populace.
Minimální velikost populace je specifická pro různé druhy. Překročení minima vede populaci ke smrti. Další křížení tygrů na Dálném východě tak nevyhnutelně povede k vyhynutí, protože zbývající jednotky, které si nenajdou partnery pro chov s dostatečnou frekvencí, během několika generací vymřou. To ohrožuje i vzácné rostliny (pantoflíček pantoflíček atd.).
Regulace hustoty obyvatelstva se provádí při plném využití zdrojů energie a prostoru. Další nárůst hustoty obyvatelstva vede ke snížení nabídky potravin a následně i ke snížení plodnosti.
V počtu přirozených populací dochází k neperiodickým (zřídka pozorovaným) a periodickým (konstantním) výkyvům.
Periodické (cyklické) výkyvy počtu obyvatel. Obvykle se konají v průběhu jedné sezóny nebo několika let. Cyklické změny s nárůstem počtu v průměru po 4 letech byly zaznamenány u zvířat žijících v tundře - lumíci, polární sovy, polární lišky. Sezónní výkyvy v počtu jsou také charakteristické pro mnoho hmyzu, myších hlodavců, ptáků a malých vodních organismů.
"Existují určité horní a dolní hranice průměrné velikosti populace, které existují v přírodě nebo které by teoreticky mohly existovat po libovolně dlouhou dobu."
Příklad. U sarančat stěhovavých, když je jejich počet nízký, mají jednofázové larvy jasně zelenou barvu, zatímco dospělci mají barvu šedozelenou. Během let masové reprodukce se kobylky dostávají do fáze stadionů. Larvy se stanou jasně žlutými s černými skvrnami, zatímco dospělí se stanou citrónově žlutými. Mění se i morfologie jedinců.
Otázky za § 80
1. Co je populační dynamika?
Odpověď. Populační dynamika jsou procesy změn jejích základních biologických ukazatelů v čase. Hlavní význam při studiu populační dynamiky je kladen na změny počtu, biomasy a struktury populace. Populační dynamika je jedním z nejvýznamnějších biologických a ekologických jevů. Dá se říci, že život populace se projevuje v její dynamice.
Populace nemůže existovat bez neustálých změn, díky kterým se přizpůsobuje měnícím se životním podmínkám. Ukazatele jako plodnost, úmrtnost a věková struktura jsou velmi důležité, ale žádný z nich nelze použít k posouzení dynamiky populace jako celku.
Důležitým procesem v populační dynamice je populační růst (nebo jednoduše „populační růst“), ke kterému dochází, když organismy kolonizují nová stanoviště nebo po katastrofě. Povaha růstu se liší. Populace s jednoduchou věkovou strukturou mají rychlý, explozivní růst. V populacích se složitou věkovou strukturou probíhá plynule, postupně se zpomaluje. V každém případě se hustota zalidnění zvyšuje, dokud nezačnou působit faktory omezující růst populace (omezení může být spojeno s plným využitím zdrojů spotřebovávaných obyvatelstvem nebo s jinými druhy omezení). Nakonec je rovnováha dosažena a udržována.
2. Jaký je fenomén populační regulace? Jaký je jeho význam v ekosystému?
Odpověď. Když je růst populace dokončen, její počet začne kolísat kolem nějaké víceméně konstantní hodnoty. Často jsou tyto výkyvy způsobeny sezónními nebo ročními změnami životních podmínek (například změny teploty, vlhkosti, nabídky potravin). Někdy je lze považovat za náhodné.
U některých populací je kolísání počtu pravidelné a cyklické.
Mezi nejznámější příklady cyklického kolísání patří kolísání počtu některých druhů savců. Například cykly tří a čtyřleté periodicity jsou charakteristické pro mnoho myších hlodavců (myši, hraboši, lumíci) a jejich predátory (sova sněžná, polární lišky).
Nejznámějším příkladem cyklického kolísání počtu hmyzu jsou periodické výskyty sarančat. Informace o invazi potulných sarančat pocházejí z dávných dob. Saranče žijí v pouštích a oblastech s nízkou hladinou vody. Po mnoho let nemigruje, neškodí plodinám a nijak zvlášť nepřitahuje pozornost. Hustota populací sarančat však čas od času dosahuje obludných rozměrů. Hmyz pod vlivem shlukování prochází řadou změn ve svém vzhledu (například se mu vyvinou delší křídla) a začíná létat do zemědělských oblastí a pojídá vše, co mu přijde do cesty. Důvody pro takové populační exploze jsou zřejmě způsobeny nestabilitou podmínek prostředí.
3. Jakou roli hrají abiotické a biotické faktory ve změně hustoty osídlení?
Odpověď. Příčinou prudkých výkyvů v populačních počtech některých organismů mohou být různé abiotické a biotické faktory. Někdy jsou tyto výkyvy v dobrém souladu se změnami klimatických podmínek. V některých případech je však nemožné vysvětlit změny velikosti konkrétní populace vlivem vnějších faktorů. Příčiny kolísání počtu obyvatel mohou spočívat v nich samotných; pak hovoříme o vnitřních faktorech populační dynamiky.
Jsou známy případy, kdy v podmínkách přemnožení dochází u řady savců k náhlým změnám fyziologického stavu. Tyto změny postihují především orgány neuroendokrinního systému, ovlivňují chování zvířat, mění jejich odolnost vůči nemocem a různým druhům stresu.
Někdy to vede ke zvýšené úmrtnosti jedinců a poklesu hustoty obyvatelstva. Například zajíci na sněžnicích během období nejvyššího počtu často náhle umírají na takzvanou „šokovou nemoc“.
Takové mechanismy lze nepochybně zařadit mezi vnitřní regulátory čísel. Spouštějí se automaticky, jakmile hustota překročí určitou prahovou hodnotu.
Obecně se všechny faktory, které ovlivňují velikost populace (bez ohledu na to, zda omezují nebo podporují reprodukci populace), dělí do dvou velkých skupin:
– nezávislé na hustotě obyvatelstva;
– v závislosti na hustotě obyvatelstva.
Druhá skupina faktorů se často nazývá regulační nebo regulující hustotu.
Člověk by si neměl myslet, že přítomnost regulačních mechanismů by měla vždy čísla stabilizovat. V některých případech může jejich působení vést k cyklickému kolísání počtu i za stálých životních podmínek.
Řekněte nám o sezónních změnách v počtu populací zvířat a rostlin, které znáte (pamatujte na osobní pozorování).
Odpověď. U mnoha druhů živočichů a rostlin je kolísání počtu obyvatel způsobeno sezónními změnami životních podmínek (teplota, vlhkost, světlo, potravní nabídka atd.). Příklady sezónních výkyvů v populačních počtech demonstrují hejna komárů, stěhovavých ptáků, jednoletých trav - v teplém období, v zimě jsou tyto jevy prakticky redukovány na nic.
Největší zájem je o kolísání počtu obyvatel, ke kterým dochází rok od roku. Nazývají se meziroční, na rozdíl od intraročních, nebo sezónní. Meziroční dynamika počtu obyvatel může mít různý charakter a projevovat se v podobě plynulých vln změn (početnost, biomasa, struktura populace) nebo v podobě častých prudkých změn.
V obou případech mohou být tyto změny pravidelné, tedy cyklické, nebo nepravidelné, tedy chaotické. První na rozdíl od druhého obsahují prvky, které se v pravidelných intervalech opakují (např. každých 10 let populace dosáhne určité maximální hodnoty).
Kolísání počtu některých druhů ptáků (např. vrabec velkoměstský) nebo ryb (bleskovitý, vendace, gobies atd.) pozorované rok od roku je příkladem nepravidelných změn ve velikosti populace, obvykle spojených se změnami klimatu. podmínek nebo se změnami prostředí znečištění životního prostředí látkami, které mají škodlivý vliv na organismy.
Zajímavá pozorování kolísání počtu sýkor koňader ve městě. Jeho počet ve městě v zimě vzroste 10x ve srovnání s létem.
S využitím další literatury uveďte příklady cyklického kolísání počtu živočichů nebo rostlin.
Odpověď. Pro přirozené populace existují:
1) sezónní změny v počtu spojené se sezónními změnami faktorů prostředí,
2) výkyvy, které jsou způsobeny ročními změnami. Sezónní změny v početnosti jsou nejvýraznější u mnoha hmyzu, stejně jako u většiny jednoletých rostlin.
Příklady významného kolísání počtu ukazují některé druhy severních savců a ptáků, které vykazují buď 9-10 nebo 3-4leté cykly. Klasickým příkladem 9–10letých fluktuací je změna v početnosti zajíce polního a rysa v Kanadě, přičemž vrcholy početnosti zajíců předcházejí vrcholům početnosti rysa o rok nebo déle.
Pro posouzení dynamického stavu rostlinných populací je provedena analýza věkově podmíněných (ontogenetických) stavů. Nejsnáze určitelnou známkou stabilního stavu populace je kompletní ontogenetické spektrum. Taková spektra se nazývají základní (charakteristické); určují definitivní (dynamicky stabilní) stav populací.
Mezi nejznámější příklady cyklických fluktuací patří společné kolísání počtu některých druhů severních savců. Například cykly tří a čtyřleté periodicity jsou charakteristické pro mnoho severských myších hlodavců (myši, hraboši, lumíci) a jejich predátory (sova sněžná, polární lišky), stejně jako pro zajíce a rysy.
V Evropě někdy lumíci dosahují tak vysoké hustoty, že začnou migrovat ze svých přelidněných stanovišť. U lumíků i sarančat není každý nárůst populace doprovázen migrací.
Někdy lze cyklické výkyvy velikosti populace vysvětlit složitými interakcemi mezi populacemi různých živočišných a rostlinných druhů ve společenstvech.
Vezměme si jako příklad kolísání počtu určitých druhů hmyzu v evropských lesích, například zavíječe borového a zavíječe modřínového, jejichž larvy se živí listy stromů. Jejich populační vrcholy se opakují asi po 4-10 letech.
Kolísání početnosti těchto druhů je dáno jak dynamikou stromové biomasy, tak i kolísáním počtu ptáků živících se hmyzem. Jak se biomasa stromů v lese zvětšuje, největší a nejstarší stromy se stávají náchylnými k housenkám a často umírají na opakovanou defoliaci (ztráta listů).
Odumíráním a rozkladem dřeva se do lesní půdy vrací živiny. Ke svému vývoji je využívají mladé stromky méně citlivé na napadení hmyzem. Růst mladých stromů je také usnadněn zvýšením osvětlení v důsledku odumírání starých stromů s velkými korunami. Mezitím ptáci snižují počet pupalkových červů. V důsledku růstu stromů se však (počet) opět začne zvyšovat a proces se opakuje.
Uvážíme-li existenci jehličnatých lesů ve velkých časových obdobích, je zřejmé, že válec listový pravidelně omlazuje ekosystém jehličnatých lesů a je jeho nedílnou součástí. Nárůst počtu tohoto motýla tedy nepředstavuje katastrofu, jak se může zdát každému, kdo v určité fázi cyklu vidí mrtvé a odumírající stromy.
Příčinou prudkých výkyvů v početnosti některých populací mohou být různé abiotické a biotické faktory. Někdy jsou tyto výkyvy v dobrém souladu se změnami klimatických podmínek. V některých případech je však nemožné vysvětlit změny velikosti konkrétní populace vlivem vnějších faktorů. Příčiny kolísání počtu obyvatel mohou spočívat v nich samotných; pak hovoříme o vnitřních faktorech populační dynamiky
V přírodě velikost populace kolísá. Počet jednotlivých populací hmyzu a malých rostlin tak může dosáhnout stovek tisíc a milionů jedinců. Naopak populace zvířat a rostlin mohou být relativně malé.
Aktivace regulačních mechanismů může způsobit výkyvy v počtu obyvatel. Lze rozlišit tři hlavní typy populační dynamiky: stabilní, cyklickou a křečovitou (výbušnou).
Žádná populace nemůže sestávat z méně jedinců, než je nutné pro zajištění stabilní realizace tohoto prostředí a odolnosti populace vůči faktorům prostředí – princip minimální velikosti populace.
Minimální velikost populace specifické pro různé druhy. Překročení minima vede populaci ke smrti. Další křížení tygrů na Dálném východě tak nevyhnutelně povede k vyhynutí, protože zbývající jednotky, které si nenajdou partnery pro chov s dostatečnou frekvencí, během několika generací vymřou. To ohrožuje i vzácné rostliny (pantoflíček pantoflíček atd.).
Existuje také populační maximum. 1975, Odum, - pravidlo maximálního počtu obyvatel:
Regulace hustoty obyvatelstva se provádí při plném využití zdrojů energie a prostoru. Další nárůst hustoty obyvatelstva vede ke snížení nabídky potravin a následně i ke snížení plodnosti.
V počtu přirozených populací dochází k neperiodickým (zřídka pozorovaným) a periodickým (konstantním) výkyvům.
Stabilní typ se vyznačuje malým rozsahem kolísání (někdy se počet několikrát zvyšuje). Charakteristické pro druhy s dobře definovanými mechanismy populační homeostázy, vysokou mírou přežití, nízkou plodností, dlouhou očekávanou délkou života, složitou věkovou strukturou a rozvinutou péčí o potomstvo. Celý komplex efektivně fungujících regulačních mechanismů udržuje takové populace v určitých mezích hustoty.
Periodické (cyklické) výkyvy počtu obyvatel. Obvykle se konají v průběhu jedné sezóny nebo několika let. Cyklické změny s nárůstem počtu v průměru po 4 letech byly zaznamenány u zvířat žijících v tundře - lumíci, polární sovy, polární lišky. Sezónní výkyvy v počtu jsou také charakteristické pro mnoho hmyzu, myších hlodavců, ptáků a malých vodních organismů.