Długoterminowe wahania populacji. Jakie znasz przykłady cyklicznych wahań liczby ludności? Okresowe wahania liczb
Wahania liczby ludności.
Populacja zakończyła swój wzrost i obecnie jej liczebność nieznacznie odbiega od jakiejś mniej więcej stałej wartości. Te niewielkie wahania liczb są związane z sezonowymi lub rocznymi zmianami temperatury, wilgotności i ilości pożywienia.
Przykłady sezonowych wahań liczebności populacji: letnie hordy komarów (jesienią ich nie ma), kwiaty pierwiosnka kwitną najwcześniej wiosną i wczesnym latem, a jesienią obumierają.
Zmieniając liczbę określonych gatunków roślin lub zwierząt, można ocenić sytuację ekologiczną w danym regionie.
Takie organizmy nazywane są bioindykatory, i proces ich obserwacji - monitoring biologiczny.
Przykładem cyklicznych wahań liczebności są trzy- i czteroletnie cykle gryzoni myszopodobnych (myszy, norniki, lemingi) i drapieżników (sowa śnieżna, lis polarny).
Znane są przypadki gwałtownego wzrostu liczebności lemingów w Europie, gdy ich zagęszczenie osiągnęło taką wartość, że zmuszone były do migracji; ich hordy ruszyły w stronę morza, po dotarciu do którego wielu z nich zginęło. Jest to przykład wzrostu populacji w kształcie litery J, a czynnikiem ograniczającym jest w tym przypadku morze.
Innym przykładem wahań populacji są informacje o inwazjach szarańczy na uprawy. Zwykle szarańcza żyje w swoich zwykłych siedliskach. Są jednak lata, kiedy gęstość populacji szarańczy osiąga monstrualne rozmiary. W związku z dużym zagęszczeniem zwiększa się liczba osobników, które rozwinęły dłuższe skrzydła, dzięki którym mogą latać na sąsiednie tereny rolnicze i niszczyć także wszelkie tam uprawy.
Mamy tu przykład wzrostu liczebności także typu J (parabolicznego), a każdemu takiemu przypadkowi towarzyszy migracja, czyli przesiedlenie na inne siedliska (np. szarańcza przelatuje 1200 km lub więcej z Afryki do Anglia).
Szczyty liczby owadów - ćmy sosnowej i motyli ćmy modrzewiowej, które powtarzają się A-10 lat, towarzyszą wahania liczebności ptaków żerujących na tych owadach i odpowiadająca im dynamika biomasy drzew. Drzewa o największej biomasie i te, które są bardziej wrażliwe na owady, są atakowane i w dużym stopniu niszczone. Resztki martwego drewna rozkładają się i wzbogacają glebę w składniki odżywcze, dzięki czemu zaczynają się rozwijać młode drzewa, które są mniej podatne na owady. Ponadto wzrost młodych drzew ułatwia wzrost oświetlenia w wyniku śmierci dużych drzew z puszystą koroną. Jednocześnie zmniejsza się liczba owadów z powodu ich niszczenia przez ptaki, rosną młode drzewa (w rzeczywistości proces ten trwa kilka lat), ich korona osiąga maksimum i wszystko zaczyna się od nowa. W ten sposób owady zwijające liście wydają się odmładzać ekosystem lasu iglastego.
Ale w niektórych przypadkach przyczyny powodujące wahania liczby ludności leżą same w sobie. Zatem w warunkach przeludnienia niektóre ssaki doświadczają nagłych zmian w swoim stanie fizjologicznym, które wpływają na układ neuroendokrynny. Wpływa to na zachowanie zwierząt, ich odporność na stres i zmiany w różnych chorobach, a także wzrasta śmiertelność. Na przykład zające białe często umierają z powodu „choroby szokowej” w okresach szczytowej populacji.
Mechanizmy takie jak regulatory wewnętrzne liczby są skonfigurowane na określone wartości progowe. Musimy jednak pamiętać, że mechanizmy regulacyjne to nie tylko awaryjne stabilizatory liczby ludności. Sezonowe wahania liczb są czasami zapewniane przez działanie tych samych mechanizmów.
Populacje gatunków są podstawowymi jednostkami funkcjonalnymi przyrody żywej.
Charakterystyczne dla nich wskaźniki populacji: liczba, gęstość, struktura płci i wieku, współczynnik urodzeń, współczynnik zgonów.
Procesy zmian populacji w czasie, tzw dynamika populacji,- wynik działania wielu czynników środowiskowych, a także wewnętrznych mechanizmów regulacji populacji.
Pytania i zadania do samokontroli
- 1. Zdefiniuj populację, wyjaśnij na konkretnych przykładach.
- 2. Opisać organizację przestrzenną i społeczną ludności.
- 3. Wyjaśnij pojęcia gęstości zaludnienia, płodności maksymalnej i ekologicznej. Dlaczego konieczne jest ich rozróżnianie? Daj przykłady.
- 4. Opisz dynamikę wzrostu populacji.
- 5. Wyjaśnij, czym są wskaźniki demograficzne populacji. Podaj przykłady cech demograficznych.
- 6. Wyjaśnij, jak zachodzi samoregulacja liczebności populacji.
- 7. Wyjaśnij, dlaczego zakłócanie stabilności populacji zwierząt, roślin, grzybów i innych organizmów jest niebezpieczne.
- 8. Przeanalizuj, jak krzywe przeżycia są powiązane z opieką nad potomstwem.
Stabilna populacja charakteryzuje się w przybliżeniu stałą liczebnością w pewnym okresie czasu i kształtuje się przy tej samej intensywności wskaźników urodzeń i zgonów. Jednakże w niektórych momentach tego okresu wielkość populacji może odbiegać od wartości średniej. W tym przypadku warunki zewnętrzne są stosunkowo stabilne, a stan samej populacji również w przybliżeniu stabilny.
W rosnącej populacji wskaźnik urodzeń przewyższa współczynnik zgonów, więc liczba ta wzrasta do takiej wartości, że może nastąpić wybuch masowej reprodukcji. Wraz z gwałtownym wzrostem populacji następuje jej nadmierne zagęszczenie, warunki życia pogarszają się, wzrasta śmiertelność, a wielkość populacji zaczyna spadać.
Jeśli śmiertelność przekracza wskaźnik urodzeń, wówczas populacja maleje.
Gęstość zaludnienia to liczba osobników na jednostkę powierzchni lub objętości. Zmiana gęstości zaludnienia pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat zależności pomiędzy współczynnikiem urodzeń i zgonów, ale tylko w warunkach, gdy powierzchnia zaludnienia pozostaje niezmieniona i nie ma emigracji ani imigracji jednostek. Jeżeli jako kryterium zmian liczebności populacji przyjmiemy współczynnik reprodukcji netto r0, równy średniej liczbie potomstwa wydanego przez danego osobnika gatunku w ciągu całego jego życia, to gdy:
- r > 1 — liczba ludności rośnie
- r = 1 - populacja stabilna
- R< 1 — популяция сокращающаяся
Wahania liczby osobników w dowolnej populacji nazywane są falami życia lub falami populacji. Mogą mieć charakter sezonowy (okresowy), czyli uwarunkowany genetycznie, jak i niesezonowy (aperiodyczny), czyli spowodowany bezpośrednim oddziaływaniem czynników biotycznych i abiotycznych na populację.
Długość fali życiowej jest wprost proporcjonalna do czasu trwania cyklu rozwojowego organizmu.
Wielkość populacji zależy od wielu czynników, które można podzielić na 2 grupy:
- Odpowiada to przypadkowi, w którym tempo wzrostu populacji maleje wraz ze wzrostem jej liczebności. Jest to zjawisko powszechne dla większości populacji roślin i zwierząt i objawia się na dwa sposoby:
- wraz ze wzrostem gęstości zaludnienia - spadek dzietności;
— wraz ze wzrostem gęstości zaludnienia zmienia się wiek dojrzewania. - Odpowiada maksymalnemu tempu wzrostu populacji przy średniej, a nie niskiej gęstości. Jednak po osiągnięciu maksymalnej wartości tempo wzrostu populacji zaczyna spadać wraz z dalszym wzrostem gęstości zaludnienia. Charakterystyka niektórych ptaków, owadów i gatunków charakteryzujących się efektem grupowym.
- Obserwuje się to, gdy tempo wzrostu populacji jest w przybliżeniu stałe przy dużych gęstościach. Po osiągnięciu maksymalnej gęstości zaludnienia tempo wzrostu znacznie spada. Charakterystyka gatunków o silnych wahaniach liczebności (gryzonie myszopodobne, owady).
Badania fluktuacji populacji kornika Dendroctonus pseudotsugae w warunkach naturalnych i laboratoryjnych doprowadziły McMullena i Atkinsa (1961) do wniosku, że gatunek ten doświadcza relacji konkurencyjnych, gdy na 9,3 m2 kory drzewa przypada więcej niż 4-8 gniazd. W wyniku relacji konkurencyjnych zmniejsza się liczba chrząszczy w potomstwie.[...]
Charakter wahań liczby owadów. Podstawowe teorie dynamiki populacji. Specyfika gatunkowa reakcji organizmów owadów na zespół czynników środowiskowych przy różnym zagęszczeniu populacji. Zasady matematycznego modelowania fluktuacji populacji. Różne modele matematyczne fluktuacji populacji i możliwości ich wykorzystania do wyjaśnienia mechanizmu fluktuacji. Idealistyczne poglądy w zakresie matematycznego modelowania populacji i ich krytyka.[...]
Zaobserwowane wahania liczebności i struktury populacji skorupiaków planktonowych charakteryzują się tym, że nie są one związane z żadnymi zewnętrznymi procesami oscylacyjnymi, gdyż zgodnie z warunkami eksperymentu cybernetycznego, podaż pożywienia, presja drapieżników i warunki środowiskowe temperatura nie zmieniała się w czasie. Występowanie samooscylacji ludności wiąże się wyłącznie z pogorszeniem warunków życia ludności. Są to oczywiście dokładnie te wahania wielkości populacji, które wiążą się z przyspieszeniem procesu ewolucyjnego (Molchanov, 1966; Shmalhausen, 1968). [...]
U pozostałych gatunków wahania liczebności populacji mają regularny charakter cykliczny (krzywa 2). Przykłady sezonowych wahań liczb są dobrze znane. Chmury komarów; pola porośnięte kwiatami; lasy pełne ptaków - wszystko to jest typowe dla ciepłej pory roku w strefie środkowej, a zimą prawie zanika.[...]
Okresowe wahania liczebności populacji występują zwykle w ciągu jednego sezonu lub kilku lat. Cykliczne zmiany wraz ze wzrostem liczebności średnio po 4 latach notuje się u zwierząt żyjących w tundrze – lemingów, sów polarnych i lisów polarnych. Sezonowe wahania liczebności są także charakterystyczne dla wielu owadów, gryzoni myszopodobnych, ptaków i małych organizmów wodnych.[...]
Vilenkin B. Ya. 1966. Wahania populacji zwierząt. Nauka”, M. […]
Ograniczanie ewentualnych wahań liczebności populacji ma ogromne znaczenie nie tylko dla ich własnego dobrobytu, ale także dla zrównoważonego istnienia społeczności. Pomyślne współżycie organizmów różnych gatunków jest możliwe tylko przy ich określonych stosunkach ilościowych. Dlatego dobór naturalny zapewnił szeroką gamę barier dla katastrofalnego wzrostu liczby populacji; mechanizmy regulacyjne mają różnorodny charakter. […]
Pod względem czasu wahania liczebności populacji mają charakter nieokresowy i okresowy. Te ostatnie można podzielić na wahania trwające kilka lat oraz wahania sezonowe. Wahania nieokresowe mają charakter nieoczekiwany.[...]
Zidentyfikowana właściwość modelu populacji okoni w pewnym stopniu potwierdza rozważania i wnioski T. F. Dementievy (1953) o „znaczeniu czynnika decydującego w świetle rocznych i długoterminowych wahań liczebności populacji”. Rzeczywiście, jeśli ustawisz zmianę w 1 Wielkiej Brytanii w czasie zgodnie z jakimś konkretnym prawem, wówczas wielkość populacji powtórzy te zmiany ze znanymi zniekształceniami. [...]
Wielu ekspertów tłumaczy wahania liczebności populacji faktem, że w warunkach przeludnienia powstaje stres, który wpływa na potencjał rozrodczy, odporność na choroby i inne wpływy.[...]
Współczesna teoria dynamiki populacji uważa fluktuacje populacji za proces samoregulowany. Istnieją dwa zasadniczo różne aspekty dynamiki populacji: modyfikacja i regulacja.[...]
Dynamika cykliczna jest spowodowana wahaniami liczby ludności z naprzemiennymi wzrostami i spadkami w określonych odstępach czasu od kilku lat do dziesięciu lub więcej. Wielu naukowców pisało o częstotliwości wybuchów masowego rozmnażania zwierząt. I tak S.S. Czetwerikow (1905) na przykładzie owadów mówił o istnieniu „fal życia” z „przypływami życia” i „odpływami życia”.
W miarę wzrostu wartości b i (lub) /? Liczebność populacji wykazuje najpierw tłumione wahania, stopniowo prowadzące do stanu równowagi, a następnie do „stabilnych cykli granicznych”, zgodnie z którymi populacja oscyluje wokół stanu równowagi, wielokrotnie przechodząc przez te same dwa, cztery, a nawet więcej punktów. I wreszcie przy najwyższych wartościach b i r wahania wielkości populacji są całkowicie nieregularne i chaotyczne. [...]
PŁYWACZ - patrz art. Koagulacja. Wahania liczebności populacji [od łac. fluctuatio fluduction] - wahania liczebności populacji spowodowane Ch. przyr. czynniki zewnętrzne.[...]
Istnieje wiele przykładów uzyskanych z populacji naturalnych, w których można wykryć regularne wahania liczebności drapieżników i ofiar. Wahaniami populacji zajęcy zajmują się ekolodzy już od lat dwudziestych naszego stulecia, a myśliwi odkryli je 100 lat wcześniej. Na przykład zając górski amerykański (Lepus americanus) występujący w lasach borealnych Ameryki Północnej ma „10-letni cykl populacyjny” (choć w rzeczywistości jego czas trwania waha się od 8 do 11 lat; ryc. [...]
Podobnie jak w tundrze, tutaj wyraźna jest sezonowość i wahania liczby ludności. Klasycznym przykładem jest cykl populacyjny zająca i rysia (ryc. 88). W borach iglastych obserwuje się także ogniska korników i owadów przeżuwających liście, zwłaszcza jeśli drzewostan składa się z jednego lub dwóch gatunków dominujących. Opis biomu lasów iglastych Ameryki Północnej można znaleźć w pracy Shelford i Olson (1935).[...]
Wcześniej zapoznałeś się z ewolucją biosfery. Znasz już wahania populacji. Zmianom podlega także ekosystem. Niektóre zmiany ekosystemu są krótkotrwałe i łatwe do przywrócenia, inne są znaczące i długotrwałe.[...]
W okresie przejścia do przybrzeżnego rybołówstwa czerwonego o średniej i dużej intensywności, w wahaniach populacji ciernika prawie całkowicie zanika składowa czteroletnia, a pozycję dominującą zaczyna zajmować komponent o okresie T = 8 lat (ryc. 7.16). . Charakterystyczne jest, że funkcja widmowa w tym przypadku przypomina kształtem funkcję widmową liczebności młodych osobników czerwonych (ryc. 7.15) przy tej samej intensywności połowów przybrzeżnych. Nie jest to zaskakujące, ponieważ współczynnik korelacji między liczebnością tych populacji w tych warunkach jest dość wysoki. Cykliczne wahania liczebności młodych osobników czerwonych, występujące podczas przełowienia i trwające cztery lata, nie znajdują odpowiednika o zauważalnej intensywności w rozkładzie widmowym wahań populacji ciernika.[...]
Przy dużych intensywnościach połowów, związanych ze znacznymi połowami, ich wahania w czasie dość szybko zanikają, np. sieci iri (5+), /’=0,9 (ryc. 4. 4). Spadek wahań połowowych wynika ze zmniejszenia się wahań liczebności populacji, co widać na wykresie fazowym (ryc. 4.5). Dla sieci (5+) proces ograniczania wahań populacji trwa aż do największej intensywności połowów, natomiast dla sieci (2+) podobny proces zachodzi tylko do =0,4.[...]
Model sugeruje, że konkurencja wewnątrzgatunkowa może prowadzić do bardzo zróżnicowanych wahań wielkości populacji. - Opóźnienie czasowe poprzedzające zmianę liczb.[...]
Oczywiście, choć stosunkowo, naturalnie zmieniające się czynniki środowiskowe mogą determinować te same wahania liczebności populacji. Rzeczywiście, w wielu przypadkach można stwierdzić zmiany w najważniejszych zasobach pożywienia leśnych zwierząt łownych. Są to wahania w plonach nasion leśnych (świerk, cedr syberyjski, sosna, dąb itp.), Jagód (borówki, borówki itp.), A także głównej paszy zwierząt futerkowych (norniki leśne, lemingi , zające w rakietach śnieżnych, białko itp.). [...]
Długa, dotkliwa susza to katastrofa, która prowadzi do poważnych konsekwencji dla środowiska: degradacji naturalnych ekosystemów, gwałtownych wahań populacji zwierząt, śmierci roślin, katastrofalnych nieurodzajów, a w pewnych warunkach ekonomicznych masowej śmierci ludzi z głodu. Podobne susze miały miejsce w Rosji w latach 1891, 1911, 1921, 1946 i 1972 […]
Badając jednostki, ekologia dowiaduje się, jaki wpływ ma na nie środowisko abiotyczne i biotyczne oraz jak one same wpływają na środowisko. Zajmując się populacjami, rozwiązuje pytania o obecność lub brak poszczególnych gatunków, stopień ich liczebności lub rzadkości, o stabilne zmiany i wahania liczebności populacji. W przypadku badania na poziomie populacji możliwe są dwa podejścia metodologiczne. Pierwsza wychodzi od podstawowych właściwości poszczególnych jednostek, a dopiero potem poszukuje form kombinacji tych właściwości, które determinują cechy populacji jako całości. Druga odnosi się bezpośrednio do właściwości populacji, próbując powiązać te właściwości z parametrami środowiskowymi. Obydwa podejścia są przydatne i będziemy je stosować w dalszej części. Nawiasem mówiąc, te same dwa podejścia są również właściwe w badaniu społeczności. Ekologia społeczności bada skład lub strukturę społeczności, a także przepływ energii, składników odżywczych i innych substancji przez społeczności (co nazywa się funkcjonowaniem społeczności). Możesz spróbować zrozumieć wszystkie te wzorce i procesy, biorąc pod uwagę populacje tworzące społeczność; ale możliwe jest również bezpośrednie badanie zbiorowisk, koncentrując się na ich cechach charakterystycznych, takich jak różnorodność gatunkowa, tempo tworzenia biomasy itp. Ponownie oba podejścia są odpowiednie. Ekologia zajmuje centralne miejsce wśród innych dyscyplin biologicznych, nic więc dziwnego, że pokrywa się z wieloma z nich - przede wszystkim genetyką, badaniami ewolucyjnymi, etologią i fizjologią. Ale nadal najważniejsze w ekologii są te procesy, które wpływają na rozmieszczenie i liczbę organizmów, tj. Procesy narodzin osobników, ich śmierci i migracji. [...]
Stabilizujący wpływ heterogeniczności był już omawiany przy opisie doświadczenia Huffakera na kleszczach (rozdział 9.9). Warto również zauważyć, że w populacjach zająca górskiego, które charakteryzują się „cyklami” (s. 476-477), nigdy nie obserwuje się wahań cyklicznych w warunkach stanowiących mozaikę odpowiednich i nieodpowiednich obszarów siedliskowych. Na obszarach górskich oraz na terenach oddzielonych gruntami rolnymi występują stosunkowo stabilne i niecykliczne populacje zająca górskiego (Keith, 1983). Jednakże skutki agregacji odpowiedzi wydają się być łatwiejsze do zrozumienia, jeśli weźmie się pod uwagę właściwości i charakter biologicznych czynników kontroli.[...]
[ ...]
Zgodnie z tradycyjnym myśleniem ekologicznym złożoność (więcej gatunków i/lub więcej interakcji) implikuje stabilność (mniejsze wahania populacji, odporność lub zdolność do regeneracji po zakłóceniach). Jednak dowody empiryczne są mieszane. Jeśli złożoność rzeczywiście zapewnia stabilność ekosystemu, wówczas spodziewalibyśmy się, że populacje będą bardziej odporne w tropikach niż w regionach umiarkowanych lub polarnych; jednakże nie ma wyraźnych różnic pod tym względem między regionami tropikalnymi i umiarkowanymi. Badania populacji owadów wykazały np., że w tych dwóch strefach ich zmienność z roku na rok jest średnio taka sama. Istnieją również przykłady stabilności prostych systemów naturalnych i niestabilności złożonych. Niedawne badania kilku ekosystemów słodkowodnych wykazały, że stabilne i pozornie bardziej złożone środowiska są w rzeczywistości mniej odporne na zakłócenia niż mniej stabilne i prostsze środowiska.[...]
Wprowadzenie dość intensywnego połowu (/’=0,70 i /’=0,75 przy рф=0,20) nie sprowadza cyklu stabilnego do jednego stanu stacjonarnego, jak miało to miejsce w drugim modelu tego rozdziału. Wręcz przeciwnie, wahania liczebności ludności stają się ostrzejsze, ich okres ulega skróceniu do 4-5 lat przy /’=0,70 i do 2-3 lat przy P=0,75. Średnia liczebność populacji ulega znacznemu zmniejszeniu w wyniku oddziaływania rybołówstwa w porównaniu z omówionym powyżej przypadkiem populacji niełowionej.[...]
Ze wzorów (10.26) i (10.30) wynika, że choć podobnie jak w przypadku deterministycznym wartość średnia N(t) rośnie wykładniczo, to odchylenia od wartości średniej również rosną wykładniczo. Zatem z biegiem czasu wahania populacji stają się coraz bardziej dramatyczne. Odzwierciedla to fakt, że system deterministyczny nie ma stanu stacjonarnego, ponadto dla pewnych zależności między a i a prawdopodobieństwo jego wygaśnięcia zbliża się do jedności.[...]
PRAWO PIRAMIDY ENERGII (ZASADA DZIESIĘCIU PROCENTÓW): średnio nie więcej niż 10/0 energii przemieszcza się z jednego poziomu troficznego piramidy ekologicznej na inny poziom. PRAWO SYSTEMU „PREDATOR-OFIara” (V. VOLTERRA): proces niszczenia ofiary przez drapieżnika często prowadzi do okresowych wahań liczebności obu gatunków, zależnych jedynie od tempa wzrostu populacji drapieżnika i ofiar oraz na początkowym stosunku ich liczebności. [...]
Odejmując prawą stronę równania zawierającego LG2, można przewidzieć moment wyjścia układu ze stanu równowagi w przypadkach, gdy czas opóźnienia jest stosunkowo duży w porównaniu z czasem relaksacji (1/r) układu. W rezultacie, wraz ze wzrostem czasu opóźnienia w układzie, zamiast asymptotycznego podejścia do stanu równowagi, liczba organizmów waha się względem teoretycznej krzywej w kształcie „ż”. W przypadkach, gdy zasoby żywności są ograniczone, populacja nie osiąga stabilnej równowagi, ponieważ liczebność jednego pokolenia zależy od liczebności następnego, co wpływa na tempo reprodukcji i prowadzi do drapieżnictwa i kanibalizmu. Wahania liczebności populacji, która charakteryzuje się dużymi wartościami r, krótkim czasem reprodukcji t oraz prostym mechanizmem regulacyjnym, mogą być bardzo znaczące. [...]
V. Volterra, jak wspomniano wcześniej, zaproponowano przez nich niezależnie od siebie w latach 1925 i 1926-1931. Stosowani matematycy środowiska dosłownie zaatakowali te równania. Stworzyli ogromną literaturę. Jeszcze na początku lat 30. Wyrażany przez nie wzór został zweryfikowany eksperymentalnie przez G. F. Gause'a (1934), który uzyskał eksperymentalne dowody słuszności równania A. Lotki - V. Volterry. Ten ostatni sformułował trzy prawa układu „drapieżnik-ofiara”. Prawo cyklu okresowego: proces niszczenia ofiary przez drapieżnika często prowadzi do okresowych wahań liczebności obu gatunków, zależnych jedynie od tempa wzrostu populacji drapieżnika i ofiary oraz od początkowego stosunku ich liczebności. liczby. Prawo zachowania średnich oznacza, że średnia wielkość populacji dla każdego gatunku jest stała niezależnie od poziomu początkowego, pod warunkiem, że określone tempo wzrostu populacji i efektywność drapieżnictwa są stałe. Prawo naruszenia średnich wartości: przy podobnym naruszeniu populacji drapieżników i ofiar (na przykład ryb podczas połowów proporcjonalnie do ich liczby) średnia wielkość populacji ofiar wzrasta, a populacja drapieżników maleje. [. ..]
Obecnie prace nad stworzeniem systemów podtrzymywania życia toczą się w dwóch kierunkach – mechanicznym i biologicznym. Złożony system mechanicznej chemioterapii, który regeneruje gazy i wodę (ale nie żywność) oraz usuwa odpady, jest już prawie gotowy do działania. Jest to dość niezawodny system, który może wspierać życie przez dość długi czas. W przypadku bardzo długich lotów układ regeneracji chemicznej staje się zbyt „ciężki”; Ponieważ jego metalowe części mają dużą objętość i masę, wymaga dużych ilości energii, a także zapasów żywności i niektórych gazów, które należy uzupełnić. Dodatkowe komplikacje wynikają z faktu, że do usunięcia CO2 wymagana jest wysoka temperatura; Ponadto podczas długich lotów w organizmie stopniowo gromadzą się substancje toksyczne (np. tlenek węgla), o co w przypadku krótkich lotów nie ma się czym martwić. Podczas bardzo długich misji kosmicznych, gdy uzupełnienie zasobów i chemioregeneracja nie są możliwe, należy zastosować inną alternatywę – ekosystem biologiczny, który zapewnia częściową lub całkowitą regenerację. W takich systemach opartych na procesach biologicznych obecnie starają się wykorzystywać w charakterze „producentów” bakterie chemosyntetyzujące, małe organizmy fotosyntetyzujące, takie jak Chlorella, czy niektóre wyższe rośliny wodne, gdyż jak wskazano powyżej, względy inżynieryjne wykluczają. Najwyraźniej zastosowanie większych organizmów do tych celów. Innymi słowy, przy wyborze biologicznego „wymiennika gazowego” ponownie pojawia się problem „masy czy wydajności”. Efektywność ta odbywa się jednak kosztem indywidualnej długowieczności (kolejny przejaw wspomnianego wcześniej kontrastu pomiędzy wskaźnikami P/B i B/P). Im krótsze życie jednostki, tym trudniej jest zapobiec wahaniom wielkości populacji i puli genowej lub je złagodzić. Jeden kilogram bakterii chemosyntetycznych może usunąć więcej CO2 z atmosfery statku kosmicznego niż jeden kilogram alg Chlorella, ale rozwój bakterii jest trudniejszy do uregulowania. Z kolei Chlorella masowo jest skuteczniejszym wymiennikiem gazowym niż rośliny wyższe, ale jednocześnie jest trudniejsza w regulacji.
Szczegółowe rozwiązanie paragrafu § 80 z biologii dla uczniów 10. klasy, autorzy Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. 2014
1. Jakie czynniki wpływają na wielkość populacji?
Odpowiedź. W systemach naturalnych o niskim poziomie różnorodności gatunkowej na wielkość populacji duży wpływ mają czynniki abiotyczne i antropogeniczne. Zależy to od pogody, składu chemicznego środowiska i stopnia zanieczyszczenia. W systemach o wysokim poziomie różnorodności gatunkowej wahania populacji są kontrolowane głównie przez czynniki biotyczne.
Wszystkie czynniki środowiskowe, w zależności od charakteru ich wpływu na wielkość populacji, można podzielić na dwie grupy.
Czynniki niezależne od gęstości zaludnienia zmieniają wielkość populacji w jednym kierunku, niezależnie od liczby w nich osobników. Czynniki abiotyczne i antropogeniczne (z wyjątkiem działalności człowieka w środowisku) wpływają na liczebność osobników, niezależnie od gęstości zaludnienia. Tym samym ostre zimy zmniejszają liczebność populacji zwierząt poikilotermicznych (węży, żab, jaszczurek). Gruba warstwa lodu i brak wystarczającej ilości tlenu pod lodem zmniejszają populację ryb zimą. Suche lata i jesienie, po których następują mroźne zimy, zmniejszają liczebność populacji stonki ziemniaczanej. Niekontrolowane odstrzał zwierząt lub połowy zmniejszają możliwości odbudowy ich populacji. Wysokie stężenia substancji zanieczyszczających w środowisku negatywnie wpływają na liczebność wszystkich gatunków na nie wrażliwych.
Pojemność środowiska (maksymalna wielkość populacji) jest określana przez zdolność środowiska do zapewnienia ludności niezbędnych zasobów: pożywienia, schronienia, osobników płci przeciwnej itp. Kiedy wielkość populacji zbliża się do pojemności środowiska, niedobór żywności występuje w wyniku jej zwiększonego spożycia. Następnie aktywowany jest mechanizm regulacji wielkości populacji poprzez wewnątrzgatunkową konkurencję o zasoby. Jeśli gęstość zaludnienia jest wysoka, jest ona regulowana wzrostem śmiertelności w wyniku zwiększonej konkurencji. Niektóre osoby umierają z powodu braku pożywienia (roślinożercy) lub w wyniku wojny biologicznej lub chemicznej. Zwiększona śmiertelność prowadzi do zmniejszenia gęstości. Jeśli gęstość zaludnienia jest niska, jest ona uzupełniana ze względu na wzrost wskaźnika urodzeń w wyniku odnowienia zasobów żywności i osłabienia konkurencji.
Wojna biologiczna polega na zabijaniu konkurentów w obrębie populacji w drodze bezpośredniego ataku (drapieżników tego samego gatunku). Gwałtowny spadek zasobów żywności może prowadzić do kanibalizmu (zjadania własnego gatunku). Wojna chemiczna to uwalnianie substancji chemicznych, które opóźniają wzrost i rozwój lub zabijają młode osobniki (rośliny, zwierzęta wodne). Przejawy wojny chemicznej można zaobserwować w rozwoju kijanek. Przy większym zagęszczeniu większe kijanki uwalniają do wody substancje hamujące rozwój małych osobników. Dlatego tylko duże kijanki kończą swój rozwój. Następnie zaczynają rosnąć małe kijanki.
Regulacja liczebności populacji poprzez wielkość zasobów pożywienia jest wyraźnie widoczna na przykładzie interakcji populacji drapieżników i ofiar. Wzajemnie wpływają na liczebność i gęstość populacji, powodując powtarzające się wzrosty i spadki liczebności obu populacji. Co więcej, w tym układzie oscylacji wzrost liczby drapieżników jest opóźniony w fazie w stosunku do wzrostu liczby ofiary.
Ważnym mechanizmem regulującym liczebność populacji w przeludnionych populacjach jest reakcja na stres. Wzrost gęstości zaludnienia prowadzi do wzrostu częstotliwości spotkań między osobnikami, co powoduje w nich zmiany fizjologiczne, które prowadzą albo do spadku płodności, albo do wzrostu śmiertelności, co powoduje zmniejszenie liczebności populacji. Stres nie powoduje nieodwracalnych zmian w organizmie, a jedynie prowadzi do czasowego zablokowania niektórych funkcji organizmu. Po wyeliminowaniu przeludnienia zdolność do reprodukcji zostaje szybko przywrócona.
Wszystkie mechanizmy regulacji populacji zależne od gęstości zaludnienia zostają aktywowane zanim nastąpi całkowite wyczerpanie zasobów środowiska. Dzięki temu w populacjach następuje samoregulacja liczebności.
2. Jakie znasz przykłady cyklicznych wahań liczby ludności?
Odpowiedź. W przyrodzie wielkość populacji jest zmienna. Zatem liczba poszczególnych populacji owadów i małych roślin może sięgać setek tysięcy i milionów osobników. Wręcz przeciwnie, populacje zwierząt i roślin mogą być stosunkowo małe.
Żadna populacja nie może składać się z mniejszej liczby osobników, niż jest to konieczne do zapewnienia stabilnego funkcjonowania tego środowiska i odporności populacji na czynniki środowiskowe – zasada minimalnej liczebności populacji.
Minimalna wielkość populacji jest specyficzna dla różnych gatunków. Przekraczanie minimum prowadzi populację do śmierci. Tym samym dalsze krzyżowanie tygrysów na Dalekim Wschodzie nieuchronnie doprowadzi do wyginięcia, gdyż pozostałe jednostki, nie znajdując partnerów do rozrodu z odpowiednią częstotliwością, wymrą w ciągu kilku pokoleń. Zagraża to również rzadkim roślinom (orchidea pantoflowa itp.).
Regulacja gęstości zaludnienia odbywa się przy pełnym wykorzystaniu zasobów energii i przestrzeni. Dalszy wzrost gęstości zaludnienia prowadzi do zmniejszenia podaży żywności, a w konsekwencji do spadku dzietności.
Występują wahania nieokresowe (rzadko obserwowane) i okresowe (stałe) w liczebności populacji naturalnych.
Okresowe (cykliczne) wahania liczby ludności. Zwykle odbywają się one w ciągu jednego sezonu lub kilku lat. Cykliczne zmiany wraz ze wzrostem liczebności średnio po 4 latach notuje się u zwierząt żyjących w tundrze – lemingów, sów polarnych i lisów polarnych. Sezonowe wahania liczebności są także charakterystyczne dla wielu owadów, gryzoni myszopodobnych, ptaków i małych organizmów wodnych.
„Istnieją pewne górne i dolne granice średniej wielkości populacji, które istnieją w przyrodzie lub które teoretycznie mogą istnieć przez dowolny okres czasu”.
Przykład. U szarańczy wędrownej, gdy jest ich niewiele, larwy jednofazowe mają kolor jasnozielony, natomiast osobniki dorosłe mają kolor szarozielony. W latach masowej reprodukcji szarańcza wchodzi w fazę stadionów. Larwy stają się jasnożółte z czarnymi plamami, dorosłe osobniki stają się cytrynowożółte. Zmienia się także morfologia osobników.
Pytania po § 80
1. Jaka jest dynamika populacji?
Odpowiedź. Dynamika populacji to procesy zmian jej podstawowych wskaźników biologicznych w czasie. W badaniu dynamiki populacji największe znaczenie mają zmiany liczebności, biomasy i struktury populacji. Dynamika populacji jest jednym z najważniejszych zjawisk biologicznych i ekologicznych. Można powiedzieć, że życie populacji przejawia się w jej dynamice.
Populacja nie może istnieć bez ciągłych zmian, dzięki którym dostosowuje się do zmieniających się warunków życia. Wskaźniki takie jak dzietność, umieralność i struktura wieku są bardzo ważne, ale żadnego z nich nie można wykorzystać do oceny dynamiki populacji jako całości.
Ważnym procesem w dynamice populacji jest wzrost populacji (lub po prostu „wzrost populacji”), który ma miejsce, gdy organizmy kolonizują nowe siedliska lub po katastrofie. Charakter wzrostu jest zróżnicowany. Populacje o prostej strukturze wiekowej charakteryzują się szybkim i gwałtownym wzrostem. W populacjach o złożonej strukturze wiekowej przebiega ona gładko, stopniowo wyhamowując. W każdym przypadku gęstość zaludnienia wzrasta do czasu, aż zaczną działać czynniki ograniczające przyrost ludności (ograniczenie może wiązać się z pełnym wykorzystaniem zasobów konsumowanych przez ludność lub z innego rodzaju ograniczeniami). W końcu zostaje osiągnięta i utrzymana równowaga.
2. Na czym polega zjawisko regulacji populacji? Jakie jest jego znaczenie w ekosystemie?
Odpowiedź. Po całkowitym wzroście populacji jej liczba zaczyna oscylować wokół mniej więcej stałej wartości. Często wahania te są spowodowane sezonowymi lub rocznymi zmianami warunków życia (na przykład zmianami temperatury, wilgotności, zaopatrzenia w żywność). Czasami można je uznać za przypadkowe.
W niektórych populacjach wahania liczebności mają charakter regularny i cykliczny.
Najbardziej znane przykłady wahań cyklicznych obejmują wahania liczebności niektórych gatunków ssaków. Na przykład cykle o trzy- i czteroletniej okresowości są charakterystyczne dla wielu gryzoni podobnych do myszy (myszy, norniki, lemingi) i ich drapieżników (sowa śnieżna, lis polarny).
Najbardziej znanym przykładem cyklicznych wahań liczebności owadów są okresowe wybuchy szarańczy. Informacje o inwazji wędrownej szarańczy sięgają czasów starożytnych. Szarańcza żyje na pustyniach i obszarach o niskim poziomie wody. Przez wiele lat nie migruje, nie szkodzi uprawom i nie przyciąga szczególnie uwagi. Jednak od czasu do czasu zagęszczenie populacji szarańczy osiąga monstrualne rozmiary. Pod wpływem stłoczenia owady przechodzą szereg zmian w swoim wyglądzie (np. wykształcają dłuższe skrzydła) i zaczynają latać na tereny rolne, zjadając wszystko, co stanie im na drodze. Przyczyną takich eksplozji demograficznych jest najwyraźniej niestabilność warunków środowiskowych.
3. Jaką rolę w zmianie gęstości zaludnienia odgrywają czynniki abiotyczne i biotyczne?
Odpowiedź. Przyczynami gwałtownych wahań liczebności niektórych organizmów mogą być różne czynniki abiotyczne i biotyczne. Czasami te wahania dobrze zgadzają się ze zmianami warunków klimatycznych. Jednak w niektórych przypadkach nie da się wytłumaczyć zmian w liczebności danej populacji wpływem czynników zewnętrznych. Przyczyny powodujące wahania liczby ludności mogą leżeć same w sobie; wtedy mówimy o wewnętrznych czynnikach dynamiki populacji.
Znane są przypadki, gdy w warunkach przeludnienia wiele ssaków doświadcza nagłych zmian w swoim stanie fizjologicznym. Zmiany takie wpływają przede wszystkim na narządy układu neuroendokrynnego, wpływając na zachowanie zwierząt, zmieniając ich odporność na choroby i różnego rodzaju stresy.
Czasami prowadzi to do zwiększonej śmiertelności osobników i zmniejszenia gęstości zaludnienia. Na przykład zające w rakietach śnieżnych w okresach największej liczebności populacji często umierają nagle z powodu tak zwanej „choroby szokowej”.
Mechanizmy takie niewątpliwie można zaliczyć do wewnętrznych regulatorów liczb. Uruchamiają się automatycznie, gdy tylko gęstość przekroczy określoną wartość progową.
Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie czynniki wpływające na wielkość populacji (niezależnie od tego, czy ograniczają, czy sprzyjają reprodukcji populacji) dzielą się na dwie duże grupy:
– niezależny od gęstości zaludnienia;
– zależne od gęstości zaludnienia.
Drugą grupę czynników często nazywa się regulacyjnymi lub kontrolującymi gęstość.
Nie należy sądzić, że obecność mechanizmów regulacyjnych powinna zawsze stabilizować liczby. W niektórych przypadkach ich działanie może prowadzić do cyklicznych wahań liczebności nawet przy stałych warunkach życia.
Opowiedz nam o sezonowych zmianach liczebności populacji zwierząt i roślin, które znasz (pamiętaj osobiste obserwacje).
Odpowiedź. U wielu gatunków zwierząt i roślin wahania liczebności populacji spowodowane są sezonowymi zmianami warunków życia (temperatura, wilgotność, światło, zaopatrzenie w żywność itp.). Przykładami sezonowych wahań liczebności populacji są roje komarów, ptaki wędrowne, trawy jednoroczne – w porze ciepłej, zimą zjawiska te praktycznie zostają zredukowane do zera.
Najbardziej interesujące są wahania liczby ludności, które występują z roku na rok. Nazywa się je międzyrocznymi, w przeciwieństwie do śródrocznych, czyli sezonowymi. Międzyroczna dynamika liczebności populacji może mieć różny charakter i objawiać się w postaci łagodnych fal zmian (liczba, biomasa, struktura populacji) lub w postaci częstych, gwałtownych zmian.
W obu przypadkach zmiany te mogą mieć charakter regularny, czyli cykliczny, lub nieregularny, czyli chaotyczny. Te pierwsze, w odróżnieniu od drugich, zawierają elementy powtarzające się w regularnych odstępach czasu (np. co 10 lat populacja osiąga określoną wartość maksymalną).
Obserwowane z roku na rok wahania liczebności niektórych gatunków ptaków (np. wróbel miejski) czy ryb (uklejka, sielawa, babka itp.) są przykładem nieregularnych zmian liczebności populacji, zwykle związanych ze zmianami klimatycznymi warunków środowiskowych lub ze zmianami w środowisku, w których występuje zanieczyszczenie środowiska substancjami mającymi szkodliwy wpływ na organizmy.
Ciekawe obserwacje wahań liczebności bogatek w mieście. Jego liczba w mieście zimą wzrasta 10-krotnie w porównaniu z latem.
Korzystając z dodatkowej literatury, podaj przykłady cyklicznych wahań liczebności zwierząt lub roślin.
Odpowiedź. Dla populacji naturalnych wyróżnia się:
1) sezonowe zmiany liczb związane z sezonowymi zmianami czynników środowiskowych,
2) wahania spowodowane zmianami rocznymi. Sezonowe zmiany liczebności są najbardziej widoczne u wielu owadów, a także u większości roślin jednorocznych.
Przykładami znacznych wahań liczebności są niektóre gatunki ssaków i ptaków północnych, które wykazują cykle 9-10 lub 3-4 letnie. Klasycznym przykładem wahań trwających 9–10 lat jest zmiana liczebności zająca w rakietach śnieżnych i rysia w Kanadzie, przy czym szczyt liczebności zajęcy poprzedza szczyt liczebności rysia o rok lub dłużej.
Aby ocenić stan dynamiczny populacji roślin, przeprowadza się analizę stanów związanych z wiekiem (ontogenetycznych). Najprostszą do określenia oznaką stabilnego stanu populacji jest pełne spektrum ontogenetyczne. Widma takie nazywane są podstawowymi (charakterystycznymi), określają one ostateczny (dynamicznie stabilny) stan populacji.
Do najbardziej znanych przykładów wahań cyklicznych zaliczają się łączne wahania liczebności niektórych gatunków ssaków północnych. Na przykład cykle o trzy- i czteroletniej okresowości są charakterystyczne dla wielu gryzoni podobnych do myszy północnych (myszy, norniki, lemingi) i ich drapieżników (sowa śnieżna, lis polarny), a także zajęcy i rysie.
W Europie lemingi osiągają czasami tak duże zagęszczenie, że zaczynają migrować z przeludnionych siedlisk. Zarówno w przypadku lemingów, jak i szarańczy nie każdemu wzrostowi populacji towarzyszy migracja.
Czasami cykliczne wahania wielkości populacji można wytłumaczyć złożonymi interakcjami pomiędzy populacjami różnych gatunków zwierząt i roślin w zbiorowiskach.
Rozważmy na przykład wahania liczebności niektórych gatunków owadów w lasach europejskich, na przykład ćmy sosnowej i motyli modrzewiowej, których larwy żerują na liściach drzew. Szczyt ich populacji powtarza się po około 4-10 latach.
O wahaniach liczebności tych gatunków decyduje zarówno dynamika biomasy drzew, jak i wahania liczebności ptaków żerujących na owadach. Wraz ze wzrostem biomasy drzew w lesie największe i najstarsze drzewa stają się podatne na ataki gąsienic pączków i często umierają w wyniku powtarzającej się defoliacji (utraty liści).
Śmierć i rozkład drewna przywraca składniki odżywcze glebie leśnej. Wykorzystują je do swojego rozwoju młode drzewa, które są mniej wrażliwe na ataki owadów. Wzrost młodych drzew ułatwia również wzrost oświetlenia w wyniku śmierci starych drzew o dużych koronach. Tymczasem ptaki zmniejszają liczbę robaków pączkowych. Jednak w wyniku wzrostu drzew (liczba) zaczyna ponownie rosnąć i proces się powtarza.
Jeśli weźmiemy pod uwagę istnienie lasów iglastych w długich okresach czasu, staje się jasne, że zwój liściasty okresowo odmładza ekosystem lasu iglastego i stanowi jego integralną część. Dlatego wzrost liczebności tego motyla nie oznacza katastrofy, jak może się wydawać każdemu, kto na pewnym etapie cyklu widzi martwe i umierające drzewa.
Przyczyną gwałtownych wahań liczebności niektórych populacji mogą być różne czynniki abiotyczne i biotyczne. Czasami te wahania dobrze zgadzają się ze zmianami warunków klimatycznych. Jednak w niektórych przypadkach nie da się wytłumaczyć zmian w liczebności danej populacji wpływem czynników zewnętrznych. Przyczyny powodujące wahania liczby ludności mogą leżeć same w sobie; wtedy mówimy o wewnętrznych czynnikach dynamiki populacji
W przyrodzie wielkość populacji jest zmienna. Zatem liczba poszczególnych populacji owadów i małych roślin może sięgać setek tysięcy i milionów osobników. Wręcz przeciwnie, populacje zwierząt i roślin mogą być stosunkowo małe.
Aktywacja mechanizmów regulacyjnych może powodować wahania liczebności populacji. Można wyróżnić trzy główne typy dynamiki populacji: stabilną, cykliczną i spazmatyczną (wybuchową).
Żadna populacja nie może składać się z mniejszej liczby osobników, niż jest to konieczne do zapewnienia stabilnego funkcjonowania tego środowiska i odporności populacji na czynniki środowiskowe – zasada minimalnej liczebności populacji.
Minimalna wielkość populacji specyficzne dla różnych gatunków. Przekraczanie minimum prowadzi populację do śmierci. Tym samym dalsze krzyżowanie tygrysów na Dalekim Wschodzie nieuchronnie doprowadzi do wyginięcia, gdyż pozostałe jednostki, nie znajdując partnerów do rozrodu z odpowiednią częstotliwością, wymrą w ciągu kilku pokoleń. Zagraża to również rzadkim roślinom (orchidea pantoflowa itp.).
Istnieje również maksimum populacji. 1975, Odum, - zasada maksymalnej populacji:
Regulacja gęstości zaludnienia odbywa się przy pełnym wykorzystaniu zasobów energii i przestrzeni. Dalszy wzrost gęstości zaludnienia prowadzi do zmniejszenia podaży żywności, a w konsekwencji do spadku dzietności.
Występują wahania nieokresowe (rzadko obserwowane) i okresowe (stałe) w liczebności populacji naturalnych.
Typ stabilny charakteryzuje się niewielkim zakresem wahań (czasami liczba ta wzrasta kilkukrotnie). Charakterystyka gatunków o dobrze określonych mechanizmach homeostazy populacji, wysokim wskaźniku przeżywalności, niskiej płodności, długiej średniej długości życia, złożonej strukturze wiekowej i rozwiniętej opiece nad potomstwem. Cały zespół sprawnie działających mechanizmów regulacyjnych utrzymuje takie populacje w określonych granicach zagęszczenia.
Okresowe (cykliczne) wahania liczby ludności. Zwykle odbywają się one w ciągu jednego sezonu lub kilku lat. Cykliczne zmiany wraz ze wzrostem liczebności średnio po 4 latach notuje się u zwierząt żyjących w tundrze – lemingów, sów polarnych i lisów polarnych. Sezonowe wahania liczebności są także charakterystyczne dla wielu owadów, gryzoni myszopodobnych, ptaków i małych organizmów wodnych.
- „Kroniki Bursztynu”. Książki w porządku. Opinie. Roger Zelazny „Kroniki Amberu” Roger Zelazny „Dziewięciu książąt bursztynu” kontynuował
- Grzyb ryżowy: korzyści i szkody
- Energia ludzka: jak poznać swój potencjał energetyczny Ludzka energia życiowa według daty urodzenia
- Znaki zodiaku według żywiołów - Horoskop