Fluctuații ale numărului populației.

Populația și-a încheiat creșterea, iar acum numărul ei se abate ușor de la o valoare mai mult sau mai puțin constantă. Aceste mici fluctuații ale numărului sunt asociate cu schimbări sezoniere sau anuale ale temperaturii, umidității și cantității de alimente.

Exemple de fluctuații sezoniere ale numărului populației: hoardele de țânțari de vară (toamna nu există), florile de primulă înfloresc cel mai devreme primăvara și începutul verii, iar până în toamnă mor.

Schimbând numărul anumitor specii de plante sau animale, se poate judeca situația ecologică dintr-o anumită regiune.

Astfel de organisme sunt numite bioindicatori,și procesul de observare a acestora - monitorizarea biologică.

Un exemplu de fluctuații ciclice ale numărului sunt ciclurile de trei și patru ani ale rozătoarelor nordice asemănătoare șoarecilor (șoareci, volei, lemmings) și ale prădătorilor (bufniță de zăpadă, vulpi arctice).

Sunt cunoscute cazuri de creștere explozivă a numărului de lemmings în Europa, când densitatea acestora a atins o asemenea valoare încât au fost nevoiți să migreze; hoardele lor s-au deplasat spre mare, ajungând la care mulți dintre ei au murit. Acesta este un exemplu de creștere în formă de J a dimensiunii populației, iar marea în acest caz este factorul limitativ.

Un alt exemplu de fluctuații ale populației sunt informațiile despre invaziile de lăcuste în culturi. În mod normal, lăcustele trăiesc în habitatele lor obișnuite. Dar sunt ani în care densitatea populațiilor de lăcuste atinge proporții monstruoase. Datorită aglomerației mari, se înregistrează o creștere a numărului de indivizi care au dezvoltat aripi mai lungi, permițându-le să zboare în zonele agricole învecinate și să distrugă toate culturile și acolo.

Avem aici un exemplu de creștere a numărului și de tipul în formă de J (parabolic), și fiecare astfel de caz este însoțit de migrație, adică de mutare în alte habitate (lacustele, de exemplu, zboară 1200 km sau mai mult din Africa către Anglia).

Vârfuri ale numărului de insecte - fluturi de molii de pin și de zada, care se repetă prin A-10 ani, sunt însoțite de fluctuații ale numărului de păsări care se hrănesc cu aceste insecte și de dinamica corespunzătoare a biomasei arborilor. Copacii cu cea mai mare biomasă și cei care sunt mai sensibili la insecte sunt atacați și în mare măsură distruși. Resturile de lemn mort se descompune și îmbogățesc solul cu substanțe nutritive, astfel încât copacii tineri care sunt mai puțin sensibili la insecte încep să se dezvolte. În plus, creșterea copacilor tineri este facilitată de o creștere a iluminării din cauza morții copacilor mari cu o coroană pufoasă. În același timp, numărul insectelor scade din cauza distrugerii lor de către păsări, copacii tineri cresc (de fapt, procesul durează câțiva ani), coroana lor atinge maximul și totul începe de la capăt. Astfel, insectele care se rostogolesc frunzele par să întinerească ecosistemul pădurii de conifere.

Dar, în unele cazuri, motivele care provoacă fluctuații ale numărului populației se află în sine. Astfel, în condiții de suprapopulare, unele mamifere experimentează schimbări bruște în starea lor fiziologică care afectează sistemul neuroendocrin. Acest lucru afectează comportamentul animalelor, rezistența acestora la stres și diferite boli se modifică, iar mortalitatea crește. De exemplu, iepurii albi mor adesea din cauza „boală șoc” în perioadele de vârf ale populației.

Mecanisme precum reglementatorii interni numerele sunt configurate la anumite valori de prag. Dar trebuie să ne amintim că mecanismele de reglementare nu sunt doar stabilizatori de urgență ai numărului populației. Fluctuațiile sezoniere ale numărului sunt uneori asigurate de acțiunea acelorași mecanisme.

Populațiile de specii sunt unitățile funcționale de bază ale naturii vii.

Indicatori caracteristici ai populațiilor care le sunt unice: număr, densitate, structura pe sex și vârstă, natalitate, mortalitate.

Procesele populației se modifică în timp, numite dinamica populatiei,- rezultatul acțiunii multor factori de mediu, precum și a mecanismelor interne de reglare a populației.

Întrebări și sarcini pentru autocontrol

• 1. Definiți populația, explicați cu exemple specifice.
• 2. Descrieți organizarea spațială și socială a populației.
• 3. Oferă o explicație a conceptelor de densitate a populației, maximă și fertilitate ecologică. De ce este necesar să se facă diferența între ele? Dă exemple.
• 4. Descrieți dinamica creșterii populației.
• 5. Explicați ce sunt indicatorii demografici ai unei populații. Dați exemple de caracteristici demografice.
• 6. Explicați cum are loc autoreglementarea mărimii populației.
• 7. Explicați de ce este periculos să perturbați stabilitatea populațiilor de animale, plante, ciuperci și alte organisme.
• 8. Analizați modul în care curbele de supraviețuire sunt legate de îngrijirea urmașilor.

O populație stabilă se caracterizează prin numere aproximativ constante pe o anumită perioadă de timp și se formează la aceeași intensitate a ratelor natalității și mortalității. Cu toate acestea, în anumite momente în această perioadă de timp, dimensiunea populației se poate abate de la valoarea medie. În acest caz, condițiile externe sunt relativ stabile și starea populației în sine este, de asemenea, aproximativ stabilă.

Într-o populație în creștere, rata natalității depășește rata mortalității, astfel încât numărul crește până la o astfel de valoare încât poate apărea un focar de reproducere în masă. Odată cu o creștere bruscă a populației, are loc supradensificarea acesteia, condițiile de viață se înrăutățesc, mortalitatea crește, iar dimensiunea populației începe să scadă.

Dacă rata mortalității depășește rata natalității, atunci populația este în scădere.

Densitatea populației este numărul de indivizi pe unitate de suprafață sau de volum. O modificare a densității populației ne permite să tragem o concluzie despre relația dintre natalitatea și mortalitatea, dar numai în condițiile în care aria populației rămâne neschimbată și nu există emigrare sau imigrare de indivizi. Dacă, ca criteriu de modificare a mărimii populației, folosim rata netă de reproducere r0, egală cu numărul mediu de descendenți produs de un anumit individ al speciei pe întreaga sa viață, atunci când:

• r > 1—populația în creștere
• r = 1 - populație stabilă
• r< 1 — популяция сокращающаяся

Fluctuațiile ale numărului de indivizi din orice populație se numesc valuri de viață sau valuri de populație. Ele pot fi sezoniere (periodice), adică determinate genetic, precum și non-sezoniere (aperiodice), adică cauzate de impactul direct al factorilor biotici și abiotici asupra populației.

Durata valului de viață este direct proporțională cu durata ciclului de dezvoltare al organismului.

Mărimea populației depinde de mulți factori, care pot fi împărțiți în 2 grupuri:

1. Corespunde cazului în care rata de creștere a populației scade pe măsură ce dimensiunea acesteia crește. Acest lucru este comun pentru majoritatea populațiilor de plante și animale și se manifestă în două moduri:
   - cu o crestere a densitatii populatiei - o scadere a fertilitatii;
   — odată cu creșterea densității populației, vârsta la pubertate se modifică.
2. Corespunde ratei maxime de creștere a populației la densități medii și nu mici. Cu toate acestea, după ce a atins valoarea maximă, rata de creștere a populației începe să scadă odată cu o creștere suplimentară a densității populației. Caracteristic unor păsări, insecte și specii care se caracterizează printr-un efect de grup.
3. Se observă când rata de creștere a populației este aproximativ constantă la densități mari. După atingerea densității maxime a populației, rata de creștere scade semnificativ. Caracteristic speciilor cu fluctuații puternice de număr (rozătoare asemănătoare șoarecilor, insecte).

Un studiu al fluctuațiilor populației la gândacul Dendroctonus pseudotsugae în medii naturale și de laborator a condus McMullen și Atkins (1961) la concluzia că această specie se confruntă cu relații competitive atunci când există mai mult de 4-8 cuiburi la 9,3 m2 de scoarță de copac. Ca urmare a relațiilor de concurență, numărul de gândaci la urmași scade.[...]

Natura fluctuațiilor numărului de insecte. Teorii de bază ale dinamicii populației. Specificitatea speciei a reacțiilor organismelor insecte la un complex de factori de mediu la diferite densități de populație. Principii de modelare matematică a fluctuațiilor populației. Diverse modele matematice ale fluctuațiilor populației și posibilitatea utilizării acestora pentru a explica mecanismul fluctuațiilor. Vederi idealiste în domeniul modelării matematice a populațiilor și critica acestora.[...]

Fluctuațiile observate ale numărului și structurii populației de crustacee planctonice se caracterizează prin faptul că nu sunt asociate cu niciun proces oscilator extern, deoarece, în conformitate cu condițiile experimentului cibernetic, aprovizionarea cu alimente, presiunea prădătorilor și mediul înconjurător. temperatura nu s-a schimbat în timp. Apariția auto-oscilațiilor populației este asociată exclusiv cu deteriorarea condițiilor de viață ale populației. Acestea, evident, sunt tocmai acele fluctuații ale dimensiunii populației care sunt asociate cu accelerarea procesului evolutiv (Molchanov, 1966; Shmalhausen, 1968).

La alte specii, fluctuațiile numărului populației au o natură ciclică regulată (curba 2). Sunt bine cunoscute exemple de fluctuații sezoniere ale numerelor. Nori de țânțari; câmpuri pline de flori; păduri pline de păsări - toate acestea sunt tipice pentru sezonul cald din zona de mijloc și dispar aproape deloc în timpul iernii.[...]

Fluctuațiile periodice ale numărului populației apar de obicei în decursul unui sezon sau mai multor ani. Schimbări ciclice cu o creștere a numărului în medie după 4 ani au fost înregistrate la animalele care trăiesc în tundra - lemingi, bufnițe polare și vulpi arctice. Fluctuațiile sezoniere ale numărului sunt, de asemenea, caracteristice multor insecte, rozătoare asemănătoare șoarecilor, păsări și organisme acvatice mici.[...]

Vilenkin B. Ya 1966. Fluctuații în populațiile animale. Știință”, M.[...]

Limitarea posibilelor fluctuații ale populației este de mare importanță nu numai pentru propria lor prosperitate, ci și pentru existența durabilă a comunităților. Coabitarea cu succes a organismelor din diferite specii este posibilă numai cu anumite rapoarte cantitative ale acestora. Prin urmare, selecția naturală a fixat o mare varietate de bariere în calea unei creșteri catastrofale a numărului populației, mecanismele de reglementare sunt de natură multiple.

Din punct de vedere al timpului, fluctuațiile dimensiunii populației sunt neperiodice și periodice. Acestea din urmă pot fi împărțite în fluctuații cu o perioadă de câțiva ani și fluctuații sezoniere. Fluctuațiile neperiodice sunt de natură neașteptată.[...]

Proprietatea identificată a modelului populației de biban confirmă într-o anumită măsură considerațiile și concluziile lui T. F. Dementieva (1953) despre „importanța factorului decisiv în lumina fluctuațiilor anuale și pe termen lung ale dimensiunii populației”. Într-adevăr, dacă setați o modificare a 1Uk în timp în conformitate cu o anumită lege, atunci dimensiunea populației va repeta aceste modificări cu distorsiuni cunoscute.[...]

O serie de experți explică fluctuațiile numărului populației prin faptul că, în condiții de suprapopulare, apare stres, care afectează potențialul de reproducere, rezistența la boli și alte influențe.[...]

Teoria modernă a dinamicii populației consideră fluctuațiile populației ca un proces autoreglat. Există două aspecte fundamental diferite ale dinamicii populației: modificarea și reglarea.[...]

Dinamica ciclică este cauzată de fluctuațiile numărului populației cu creșteri și scăderi alternative la anumite intervale de la câțiva ani la zece sau mai mult. Mulți oameni de știință au scris despre frecvența focarelor de reproducere în masă a animalelor. Astfel, S.S. Chetverikov (1905), folosind exemplul insectelor, a vorbit despre existența „valurilor vieții” cu „refluxuri ale vieții” și „refluxuri ale vieții”.[...]

Pe măsură ce valorile lui b și (sau) /? Mărimea populației prezintă mai întâi fluctuații amortizate, ducând treptat la o stare de echilibru și apoi la „cicluri limită stabile”, conform cărora populația fluctuează în jurul stării de echilibru, trecând în mod repetat prin aceleași două, patru sau chiar mai multe puncte. Și, în sfârșit, la cele mai mari valori ale lui b și r, fluctuațiile dimensiunii populației sunt complet neregulate și haotice [...]

FLOTATOR - vezi art. Coagulare. FLUCTUAȚII ÎN DIMENSIUNEA POPULAȚIEI [din lat. fluctuatio fluctuation] - fluctuații ale dimensiunii populației datorate Ch. arr. factori externi.[...]

Există o serie de exemple obținute de la populații naturale în care pot fi detectate fluctuații regulate ale numărului de prădători și pradă. Fluctuațiile populațiilor de iepuri au fost discutate de ecologisti încă din anii douăzeci ai secolului nostru, iar vânătorii le-au descoperit cu 100 de ani mai devreme. De exemplu, iepurele american de munte (Lepus americanus) din pădurile boreale din America de Nord are un „ciclu de populație de 10 ani” (deși de fapt durata acestuia variază de la 8 la 11 ani; Fig. [...]

Ca și în tundra, periodicitatea sezonieră și fluctuațiile numărului populației sunt pronunțate aici. Un exemplu clasic este ciclul populației de iepure și râs (Fig. 88). Pădurile de conifere se confruntă, de asemenea, cu focare de gândaci de scoarță și insecte care mestecă frunzele, mai ales dacă arborele este format din una sau două specii dominante. O descriere a biomului pădurii de conifere din America de Nord poate fi găsită în Shelford și Olson (1935).[...]

Anterior, ați făcut cunoștință cu evoluția biosferei. Sunteți deja familiarizați cu fluctuațiile populației. Ecosistemul este, de asemenea, supus schimbării. Unele schimbări ale ecosistemului sunt de scurtă durată și sunt ușor de restaurat, altele sunt semnificative și de lungă durată.[...]

În timpul trecerii la pescuitul roșu de coastă de intensitate medie și mare, componenta de patru ani dispare aproape complet în fluctuațiile populației de spinici și componenta cu o perioadă de T = 8 ani începe să ocupe o poziție dominantă (Fig. 7.16) . Este caracteristic că funcția spectrală în acest caz seamănă ca formă cu funcția spectrală a abundenței de puieți roșii (Fig. 7.15) la aceeași intensitate a pescuitului de coastă. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece coeficientul de corelație între numărul acestor populații în aceste condiții este destul de mare. Fluctuațiile ciclice ale numărului de puieți roșii, care apar în timpul pescuitului excesiv și au o perioadă de patru ani, nu găsesc un analog corespunzător de intensitate vizibilă în descompunerea spectrală a fluctuațiilor populației de spinici.[...]

La intensități mari de pescuit asociate cu capturi semnificative, fluctuațiile acestora în timp se estompează destul de repede, de exemplu, plasele de iri (5+), /’=0,9 (Fig. 4. 4). Scăderea fluctuațiilor de captură se datorează unei scăderi a fluctuațiilor dimensiunii populației, ceea ce poate fi observat în diagrama de fază (Fig. 4. 5). Pentru rețea (5+), procesul de reducere a fluctuațiilor populației continuă până la cea mai mare intensitate de pescuit, în timp ce pentru rețea (2+) un proces similar are loc doar până la =0,4.[...]

Modelul sugerează că competiția intraspecifică poate duce la fluctuații foarte variate în dimensiunea populației. - Decalaj de timp care precede o modificare a numerelor.[...]

Evident, deși relativ, factorii de mediu în schimbare naturală pot determina aceleași fluctuații ale numărului populației. Într-adevăr, într-o serie de cazuri putem stabili schimbări în cele mai importante resurse alimentare ale animalelor de vânat de pădure. Acestea sunt fluctuații ale randamentului semințelor de pădure (molid, cedru siberian, pin, stejar etc.), fructe de pădure (afine, lingonberries etc.), precum și hrana principală a animalelor purtătoare de blană (voluri de pădure, lemmings). , iepuri cu rachete de zăpadă , proteine ​​etc.).[...]

O secetă lungă și severă este un dezastru care duce la consecințe grave asupra mediului: degradarea ecosistemelor naturale, fluctuații bruște ale populațiilor de animale, moartea plantelor, eșecul catastrofal al recoltei și, în anumite condiții economice, moartea în masă a oamenilor din cauza înfometării. Au fost secete similare în Rusia în 1891, 1911, 1921, 1946 și 1972[...]

Studiind indivizii, ecologia află modul în care aceștia sunt influențați de mediul abiotic și biotic și cum influențează ei înșiși mediul. Ocupându-se de populații, ea rezolvă întrebări despre prezența sau absența speciilor individuale, gradul de abundență sau raritate a acestora, despre schimbările stabile și fluctuațiile numărului populației. Când studiem la nivel de populație, sunt posibile două abordări metodologice. Primul pleacă de la proprietățile de bază ale indivizilor individuali și abia apoi caută forme de combinare a acestor proprietăți care predetermină caracteristicile populației în ansamblu. Al doilea se referă direct la proprietățile populației, încercând să lege aceste proprietăți cu parametrii de mediu. Ambele abordări sunt utile și le vom folosi pe ambele în cele ce urmează. Apropo, aceleași două abordări sunt potrivite și atunci când studiem comunitățile. Ecologia comunitară examinează compoziția sau structura comunităților, precum și trecerea energiei, nutrienților și a altor substanțe prin comunități (ceea ce se numește funcționarea comunității). Puteți încerca să înțelegeți toate aceste tipare și procese luând în considerare populațiile care alcătuiesc comunitatea; dar este, de asemenea, posibil să se studieze comunitățile în mod direct, concentrându-se pe caracteristicile lor, cum ar fi diversitatea speciilor, rata de formare a biomasei etc. Din nou, ambele abordări sunt potrivite. Ecologia ocupă un loc central printre alte discipline biologice, așa că nu este de mirare că se suprapune cu multe dintre ele - în primul rând genetică, studii evoluționiste, etologie și fiziologie. Dar, totuși, principalul lucru în ecologie sunt acele procese care afectează distribuția și numărul de organisme, adică procesele de naștere a indivizilor, moartea și migrarea acestora.

Efectul stabilizator al eterogenității a fost deja discutat când s-a descris experimentul lui Huffaker pe căpușe (Secțiunea 9.9). De asemenea, este important de menționat că în populațiile de iepure de munte, care se caracterizează prin „cicluri” (pp. 476-477), fluctuațiile ciclice nu sunt observate niciodată în condiții care reprezintă un mozaic de zone de habitat adecvate și necorespunzătoare. În zonele muntoase și în zonele separate de terenuri agricole, există populații relativ stabile și neciclice de iepuri de munte (Keith, 1983). Cu toate acestea, efectele răspunsurilor agregate par a fi mai ușor de înțeles luând în considerare proprietățile și natura factorilor de control biologic.[...]

[ ...]

Conform gândirii ecologice tradiționale, complexitatea (mai multe specii și/sau mai multe interacțiuni) implică stabilitate (fluctuații mai mici ale populației, rezistență sau capacitatea de a se recupera după perturbări). Cu toate acestea, dovezile empirice sunt mixte. Dacă complexitatea conferă cu adevărat stabilitate unui ecosistem, atunci ne-am aștepta ca populațiile să fie mai rezistente la tropice decât în ​​regiunile temperate sau polare; cu toate acestea, nu există diferențe clare în acest sens între regiunile tropicale și cele temperate. Studiul populațiilor de insecte a arătat, de exemplu, că în aceste două zone variabilitatea lor de la un an la altul este în medie aceeași. Există, de asemenea, exemple de stabilitate a sistemelor naturale simple și instabilitatea celor complexe. Studii recente ale mai multor ecosisteme de apă dulce au arătat că mediile stabile și aparent mai complexe sunt de fapt mai puțin rezistente la perturbări decât mediile mai puțin stabile și mai simple.[...]

Introducerea pescuitului destul de intensiv (/’=0,70 și /’=0,75 la рф=0,20) nu reduce ciclul stabil la o stare staționară, așa cum a fost cazul în al doilea model al acestei secțiuni. Dimpotrivă, fluctuațiile numărului populației devin mai accentuate, perioada acestora se reduce la 4-5 ani la /’=0,70 și la 2-3 ani la P=0,75. Mărimea medie a populației este redusă semnificativ ca urmare a impactului pescuitului în comparație cu cazul unei populații nepescuite discutat mai sus.[...]

Din formulele (10.26) și (10.30) rezultă că, deși, ca și în cazul determinist, valoarea medie N(t) crește exponențial, abaterile de la valoarea medie cresc și ele exponențial. Astfel, în timp, fluctuațiile populației devin din ce în ce mai dramatice. Aceasta reflectă faptul că un sistem determinist nu are o stare staționară de altfel, pentru anumite relații dintre a și a, probabilitatea dispariției sale se apropie de una.[...]

LEGEA PIRAMIDEI ENERGIILOR (REGULA ZECE LA PROCENTE): în medie, nu mai mult de 10/0 energie se deplasează de la un nivel trofic al piramidei ecologice la un alt nivel. LEGEA SISTEMULUI „PRĂDATOR-VICTIME” (V. VOLTERRA): procesul de distrugere a prăzii de către un prădător duce adesea la fluctuații periodice ale mărimii populației ambelor specii, în funcție doar de rata de creștere a populațiilor de prădător. și pradă și pe raportul inițial al numărului lor.[...]

Scăzut din partea dreaptă a ecuației care conține LG2, este posibil să se prezică momentul în care sistemul iese din starea de echilibru în cazurile în care timpul de întârziere este relativ mare în comparație cu timpul de relaxare (1/r) al sistemului. Ca urmare, pe măsură ce timpul de întârziere în sistem crește, în loc de o abordare asimptotică a stării de echilibru, numărul de organisme fluctuează în raport cu curba teoretică în formă de ¿”. În cazurile în care resursele alimentare sunt limitate, populația nu ajunge la un echilibru stabil, deoarece dimensiunea unei generații depinde de mărimea următoarei, ceea ce afectează rata de reproducere și duce la prădare și canibalism. Fluctuațiile în dimensiunea populației, care se caracterizează prin valori mari ale lui r, timp scurt de reproducere t și un mecanism de reglare simplu, pot fi foarte semnificative.

V. Volterra, așa cum am menționat mai devreme, propus de ei independent unul de celălalt în 1925 și 1926-1931. Matematicienii aplicați de mediu au atacat literalmente aceste ecuații. Au generat o literatură imensă. Pe la începutul anilor 30. modelul pe care l-au exprimat a fost verificat experimental de G. F. Gause (1934), care a obținut dovezi experimentale ale validității ecuației A. Lotka - V. Volterra. Acesta din urmă a formulat trei legi ale sistemului „prădător-pradă”. Legea ciclului periodic: procesul de distrugere a prăzii de către un prădător duce adesea la fluctuații periodice ale numărului populației ambelor specii, în funcție doar de rata de creștere a populațiilor de prădător și pradă și de raportul inițial dintre acestea. numere. Legea conservării mediilor, mărimea medie a populației pentru fiecare specie este constantă indiferent de nivelul inițial, cu condiția ca ratele specifice de creștere a populației, precum și eficiența prădării să fie constante. Legea încălcării valorilor medii: cu o încălcare similară a populațiilor de prădători și pradă (de exemplu, pești în timpul pescuitului proporțional cu numărul lor), dimensiunea medie a populației de pradă crește, iar populația de prădători scade [. ..]

În prezent, lucrările privind crearea sistemelor de susținere a vieții se desfășoară în două direcții - mecanic și biologic. Sistemul complex de chimiogenerare mecanică, care regenerează gazele și apa (dar nu alimentele) și elimină deșeurile, este aproape operațional. Acesta este un sistem destul de fiabil, care poate susține viața pentru o perioadă destul de lungă. Pentru zboruri foarte lungi, sistemul de regenerare chimică devine prea „greu”; Deoarece părțile sale metalice sunt mari ca volum și masă, necesită cantități mari de energie, precum și rezerve de alimente și unele gaze care trebuie completate. Complicații suplimentare apar din cauza faptului că este necesară o temperatură ridicată pentru a elimina CO2; În plus, în timpul zborurilor lungi, substanțele toxice (cum ar fi monoxidul de carbon) se acumulează treptat în sistem, ceea ce nu este un motiv de îngrijorare în timpul zborurilor scurte. În misiunile spațiale foarte lungi, când nu sunt posibile reaprovizionarea și chimiogenerarea, va trebui să se recurgă la o altă alternativă - un ecosistem biologic care asigură regenerarea parțială sau completă. În astfel de sisteme bazate pe procese biologice, se încearcă în prezent să se utilizeze bacterii chemosintetice, mici organisme fotosintetice, cum ar fi Chlorella, sau unele plante acvatice superioare ca „producători”, deoarece, după cum sa indicat mai sus, considerentele de inginerie exclud, aparent, utilizarea de organisme mai mari în aceste scopuri. Cu alte cuvinte, atunci când alegeți un „schimbător de gaz” biologic, apare din nou problema „masei sau eficienței”. Această eficiență, totuși, vine cu prețul longevității individuale (o altă manifestare a contrastului menționat anterior între rapoartele P/B și B/P). Cu cât viața unui individ este mai scurtă, cu atât este mai dificil să previi sau să atenuezi fluctuațiile în dimensiunea populației și a fondului genetic. Un kilogram de bacterii chemosintetice poate elimina mai mult CO2 din atmosfera unei nave spațiale decât un kilogram de alge Chlorella, dar creșterea bacteriilor este mai dificil de reglat. La rândul său, Chlorella, din punct de vedere al masei, este mai eficientă ca schimbător de gaze decât plantele superioare, dar în același timp este mai greu de reglat.

Soluție detaliată punctul 80 în biologie pentru elevii de clasa a 10-a, autori Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. 2014

1. Ce factori influențează dimensiunea populației?

Răspuns. În sistemele naturale cu niveluri scăzute de diversitate a speciilor, dimensiunile populației sunt puternic influențate de factori abiotici și antropici. Depinde de vreme, de compoziția chimică a mediului și de gradul de poluare. În sistemele cu niveluri ridicate de diversitate a speciilor, fluctuațiile populației sunt controlate în primul rând de factori biotici.

Toți factorii de mediu, în funcție de natura influenței lor asupra mărimii populației, pot fi împărțiți în două grupuri.

Factorii independenți de densitatea populației modifică dimensiunea populațiilor într-o direcție, indiferent de numărul de indivizi din ele. Factorii abiotici și antropici (cu excepția activităților umane de mediu) influențează numărul de indivizi, indiferent de densitatea populației. Astfel, iernile aspre reduc dimensiunea populației animalelor poikiloterme (șerpi, broaște, șopârle). Un strat gros de gheață și lipsa de oxigen suficient sub gheață reduc populațiile de pești în timpul iernii. Verile și toamnele uscate, urmate de ierni geroase, reduc dimensiunea populației gândacului de cartof de Colorado. Împușcarea necontrolată a animalelor sau pescuitul reduce capacitățile de restaurare ale populațiilor acestora. Concentrațiile mari de poluanți din mediu afectează negativ abundența tuturor speciilor sensibile la aceștia.

Capacitatea mediului (mărimea maximă a populației) este determinată de capacitatea mediului de a asigura populației resursele necesare: hrană, adăpost, indivizi de sex opus etc. Când mărimea populației se apropie de capacitatea mediului, apare o penurie de alimente din cauza consumului crescut al acesteia. Și atunci se activează mecanismul de reglare a mărimii populației prin competiție intraspecifică pentru resurse. Dacă densitatea populației este mare, aceasta este reglementată de o creștere a mortalității ca urmare a concurenței crescute. Unii indivizi mor fie din cauza lipsei de hrană (erbivore), fie ca rezultat al războiului biologic sau chimic. Creșterea mortalității duce la scăderea densității. Dacă densitatea populației este scăzută, aceasta este reînnoită datorită creșterii natalității ca urmare a reînnoirii resurselor alimentare și a slăbirii concurenței.

Războiul biologic este uciderea concurenților dintr-o populație prin atac direct (prădători din aceeași specie). O scădere bruscă a resurselor alimentare poate duce la canibalism (mâncând propriul lor fel). Războiul chimic este eliberarea de substanțe chimice care întârzie creșterea și dezvoltarea sau ucid indivizi tineri (plante, animale acvatice). Manifestarea războiului chimic poate fi observată în dezvoltarea mormolocilor. La densități mari, mormolocii mai mari eliberează în apă substanțe care inhibă creșterea indivizilor mai mici. Prin urmare, doar mormolocii mari își finalizează dezvoltarea. După aceasta, mormolocii mici încep să crească.

Reglarea mărimii populației prin cantitatea de resurse alimentare este clar vizibilă în exemplul interacțiunii dintre populațiile de prădători și de pradă. Ele influențează reciproc numărul și densitățile, provocând creșteri și scăderi repetate ale numărului ambelor populații. Mai mult, în acest sistem de oscilații, creșterea numărului de prădător întârzie în fază față de creșterea numărului de pradă.

Un mecanism important de reglare a numărului în populațiile supraaglomerate este răspunsul la stres. O creștere a densității populației duce la o creștere a frecvenței întâlnirilor dintre indivizi, ceea ce determină modificări fiziologice la acestea care duc fie la o scădere a fertilității, fie la o creștere a mortalității, ceea ce determină o scădere a dimensiunii populației. Stresul nu provoacă modificări ireversibile în organism, ci doar duce la o blocare temporară a anumitor funcții ale corpului. Când suprapopularea este eliminată, capacitatea de reproducere este restabilită rapid.

Toate mecanismele de reglare a populației dependente de densitatea populației sunt activate înainte de a se produce epuizarea completă a resurselor de mediu. Datorită acestui fapt, autoreglarea numerelor are loc în populații.

2. Ce exemple de fluctuații ciclice ale numărului populației cunoașteți?

Răspuns. În natură, mărimea populației fluctuează. Astfel, numărul populațiilor individuale de insecte și plante mici poate ajunge la sute de mii și milioane de indivizi. Dimpotrivă, populațiile de animale și plante pot avea dimensiuni relativ mici.

Orice populație nu poate consta din mai puțini indivizi decât este necesar pentru a asigura implementarea stabilă a acestui mediu și rezistența populației la factorii de mediu - principiul dimensiunii minime a populației.

Dimensiunea minimă a populației este specifică diferitelor specii. Depășirea minimului duce populația la moarte. Astfel, încrucișarea ulterioară a tigrilor în Orientul Îndepărtat va duce inevitabil la dispariție din cauza faptului că unitățile rămase, care nu găsesc parteneri de reproducere cu o frecvență suficientă, vor dispărea în câteva generații. Acest lucru amenință și plantele rare (orhideea papucii doamnei etc.).

Reglarea densității populației se realizează atunci când resursele de energie și spațiu sunt utilizate pe deplin. O creștere suplimentară a densității populației duce la o scădere a aprovizionării cu alimente și, în consecință, la o scădere a fertilităţii.

Există fluctuații neperiodice (observate rar) și periodice (constante) ale numărului de populații naturale.

Fluctuații periodice (ciclice) ale numărului populației. Ele au loc de obicei pe parcursul unui sezon sau mai multor ani. Schimbări ciclice cu o creștere a numărului în medie după 4 ani au fost înregistrate la animalele care trăiesc în tundra - lemingi, bufnițe polare și vulpi arctice. Fluctuațiile sezoniere ale numărului sunt, de asemenea, caracteristice multor insecte, rozătoare asemănătoare șoarecilor, păsări și organisme acvatice mici.

„Există anumite limite superioare și inferioare ale dimensiunilor medii ale populației care există în natură sau care ar putea exista teoretic pentru orice perioadă de timp”.

Exemplu. La lăcustele migratoare, când numărul lor este scăzut, larvele monofazate sunt de culoare verde strălucitor, în timp ce adulții sunt de culoare gri-verde. În anii reproducerii în masă, lăcustele intră în faza de stadii. Larvele devin galbene strălucitoare cu pete negre, în timp ce adulții devin galben lămâie. Se modifică și morfologia indivizilor.

Întrebări după § 80

1. Ce este dinamica populației?

Răspuns. Dinamica populației reprezintă procesele de modificări ale indicatorilor săi biologici de bază în timp. Importanța principală în studiul dinamicii populației este acordată modificărilor numărului, biomasei și structurii populației. Dinamica populației este unul dintre cele mai semnificative fenomene biologice și ecologice. Putem spune că viața unei populații se manifestă în dinamica ei.

O populație nu poate exista fără schimbări constante, datorită cărora se adaptează la condițiile de viață în schimbare. Indicatori precum fertilitatea, mortalitatea și structura pe vârstă sunt foarte importanți, dar niciunul dintre ei nu poate fi utilizat pentru a judeca dinamica populației în ansamblu.

Un proces important în dinamica populației este creșterea populației (sau pur și simplu „creșterea populației”), care are loc atunci când organismele colonizează noi habitate sau după un dezastru. Natura creșterii variază. Populațiile cu o structură de vârstă simplă au o creștere rapidă, explozivă. La populațiile cu o structură complexă de vârstă, este netedă, încetinind treptat. În orice caz, densitatea populației crește până când încep să acționeze factorii care limitează creșterea populației (limitarea poate fi asociată cu utilizarea integrală a resurselor consumate de populație sau cu alte tipuri de restricții). În cele din urmă, se atinge și se menține un echilibru.

2. Care este fenomenul de reglare a populației? Care este semnificația sa în ecosistem?

Răspuns. Când creșterea populației este completă, numărul acesteia începe să fluctueze în jurul unei valori mai mult sau mai puțin constante. Adesea, aceste fluctuații sunt cauzate de schimbări sezoniere sau anuale ale condițiilor de viață (de exemplu, modificări ale temperaturii, umidității, aprovizionării cu alimente). Uneori pot fi considerate aleatorii.

În unele populații, fluctuațiile numărului sunt regulate și ciclice.

Cele mai cunoscute exemple de fluctuații ciclice includ fluctuațiile numărului unor specii de mamifere. De exemplu, ciclurile cu periodicitate de trei și patru ani sunt caracteristice multor rozătoare asemănătoare șoarecilor (șoareci, volei, lemmings) și prădătorilor lor (bufniță de zăpadă, vulpi arctice).

Cel mai faimos exemplu de fluctuații ciclice ale numărului de insecte sunt focarele periodice de lăcuste. Informațiile despre invazia lăcustelor rătăcitoare datează din cele mai vechi timpuri. Lăcustele trăiesc în deșerturi și zone cu apă joasă. De mulți ani, nu migrează, nu dăunează culturilor și nu atrage în mod deosebit atenția. Cu toate acestea, din când în când densitatea populațiilor de lăcuste atinge proporții monstruoase. Sub influența aglomerației, insectele suferă o serie de modificări în aspectul lor (de exemplu, își dezvoltă aripi mai lungi) și încep să zboare în zonele agricole, mâncând tot ce le este în cale. Motivele unor astfel de explozii de populație se datorează aparent instabilității condițiilor de mediu.

3. Ce rol joacă factorii abiotici și biotici în schimbarea densității populației?

Răspuns. Motivele fluctuațiilor bruște ale numărului populației unor organisme pot fi diverși factori abiotici și biotici. Uneori, aceste fluctuații sunt în acord cu schimbările condițiilor climatice. Cu toate acestea, în unele cazuri, este imposibil de explicat schimbările în dimensiunea unei anumite populații prin influența factorilor externi. Motivele care cauzează fluctuații ale numărului populației pot fi în sine; apoi vorbim de factori interni ai dinamicii populaţiei.

Sunt cunoscute cazuri când, în condiții de suprapopulare, un număr de mamifere experimentează schimbări bruște în starea lor fiziologică. Astfel de modificări afectează în primul rând organele sistemului neuroendocrin, afectând comportamentul animalelor, modificându-le rezistența la boli și diferite tipuri de stres.

Uneori, acest lucru duce la creșterea mortalității indivizilor și la scăderea densității populației. Iepurii cu rachete de zăpadă, de exemplu, în perioadele de vârf mor adesea brusc din cauza așa-numitei „boală șoc”.

Astfel de mecanisme pot fi, fără îndoială, clasificate drept regulatori interni ai numerelor. Acestea sunt declanșate automat imediat ce densitatea depășește o anumită valoare de prag.

În general, toți factorii care influențează mărimea populației (indiferent dacă limitează sau favorizează reproducerea populației) sunt împărțiți în două mari grupe:

– independent de densitatea populației;

– depinde de densitatea populației.

Al doilea grup de factori este adesea numit de reglementare sau de control al densității.

Nu trebuie să ne gândim că prezența mecanismelor de reglementare ar trebui să stabilizeze întotdeauna cifrele. În unele cazuri, acțiunea lor poate duce la fluctuații ciclice ale numărului chiar și în condiții constante de viață.

Spuneți-ne despre schimbările sezoniere ale numărului de populații de animale și plante pe care le cunoașteți (amintiți-vă de observațiile personale).

Răspuns. La multe specii de animale și plante, fluctuațiile numărului populației sunt cauzate de schimbările sezoniere ale condițiilor de viață (temperatură, umiditate, lumină, aprovizionare cu alimente etc.). Exemple de fluctuații sezoniere ale numărului populației sunt demonstrate de roiuri de țânțari, păsări migratoare, ierburi anuale - în sezonul cald, iarna aceste fenomene sunt practic reduse la nimic.

De cel mai mare interes sunt fluctuațiile numărului populației care apar de la an la an. Ele sunt numite interanuale, spre deosebire de intraanuale, sau sezoniere. Dinamica interanuală a numărului populației poate avea un caracter diferit și se poate manifesta sub forma unor valuri line de schimbări (abundență, biomasă, structura populației) sau sub forma unor schimbări bruște frecvente.

În ambele cazuri, aceste modificări pot fi regulate, adică ciclice, sau neregulate, adică haotice. Primele, spre deosebire de cele din urmă, conțin elemente care se repetă la intervale regulate (de exemplu, la fiecare 10 ani populația atinge o anumită valoare maximă).

Fluctuațiile numărului unor specii de păsări (de exemplu, vrăbiuța orășenească) sau de pești (sumbră, corégon, gobi etc.) observate de la an la an oferă un exemplu de modificări neregulate ale dimensiunii populației, de obicei asociate cu schimbările climatice. condiţiile sau cu modificări ale habitatului de poluare a mediului cu substanţe care au un efect dăunător asupra organismelor.

Observații interesante ale fluctuațiilor numărului de țâțe mari din oraș. Numărul său în oraș iarna crește de 10 ori față de vara.

Folosind literatură suplimentară, dați exemple de fluctuații ciclice ale numărului de animale sau plante.

Răspuns. Pentru populațiile naturale există:

1) modificări sezoniere ale numărului asociate cu schimbări sezoniere ale factorilor de mediu,

2) fluctuații care sunt cauzate de schimbările anuale. Schimbările sezoniere ale abundenței sunt cele mai pronunțate la multe insecte, precum și la majoritatea plantelor anuale.

Exemple de fluctuații semnificative ale numărului sunt demonstrate de unele specii de mamifere și păsări nordice, care prezintă cicluri de 9-10 sau 3-4 ani. Un exemplu clasic de fluctuații de 9-10 ani este schimbarea abundenței iepurilor de zăpadă și a râului în Canada, cu vârfurile abundenței iepurilor precedând vârfurile abundenței râului cu un an sau mai mult.

Pentru a evalua starea dinamică a populațiilor de plante, se efectuează o analiză a stărilor (ontogenetice) legate de vârstă. Semnul cel mai ușor de determinat al unei stări stabile a unei populații este un spectru ontogenetic complet. Astfel de spectre sunt numite de bază (caracteristice), ele determină starea definitivă (stabilită dinamic) a populațiilor.

Cele mai faimoase exemple de fluctuații ciclice includ fluctuațiile comune ale numărului unor specii de mamifere nordice. De exemplu, ciclurile cu periodicitate de trei și patru ani sunt caracteristice multor rozătoare asemănătoare șoarecilor nordici (șoareci, volei, lemmings) și prădătorilor lor (bufniță de zăpadă, vulpi arctice), precum și iepuri de câmp și râși.

În Europa, lemmingii ating uneori densități atât de mari încât încep să migreze din habitatele lor supraaglomerate. Atât pentru lemmings, cât și pentru lăcuste, nu orice creștere a populației este însoțită de migrație.

Uneori, fluctuațiile ciclice ale dimensiunilor populației pot fi explicate prin interacțiuni complexe între populațiile diferitelor specii de animale și plante din comunități.

Luați în considerare, de exemplu, fluctuațiile numărului unor specii de insecte din pădurile europene, de exemplu, fluturii de molii de pin și de zada, ale căror larve se hrănesc cu frunzele copacilor. Vârfurile populației lor se repetă după aproximativ 4-10 ani.

Fluctuațiile în numărul acestor specii sunt determinate atât de dinamica biomasei arborilor, cât și de fluctuațiile numărului de păsări care se hrănesc cu insecte. Pe măsură ce biomasa copacilor dintr-o pădure crește, cei mai mari și mai bătrâni copaci devin sensibili la omizile de viermi muguri și adesea mor din cauza defolierii repetate (pierderea frunzelor).

Moartea și descompunerea lemnului returnează substanțele nutritive solului pădurii. Sunt folosiți pentru dezvoltarea lor de copaci tineri care sunt mai puțin sensibili la atacul insectelor. Creșterea copacilor tineri este facilitată și de o creștere a iluminării din cauza morții copacilor bătrâni cu coroane mari. Între timp, păsările reduc numărul de viermi muguri. Cu toate acestea, ca urmare a creșterii copacilor, acesta (numărul) începe să crească din nou și procesul se repetă.

Dacă luăm în considerare existența pădurilor de conifere pe perioade mari de timp, devine clar că tăvălugul de frunze întinerește periodic ecosistemul pădurii de conifere și reprezintă o parte integrantă a acestuia. Prin urmare, creșterea numărului acestui fluture nu reprezintă o catastrofă, așa cum ar putea părea oricui vede copaci morți și pe moarte la o anumită etapă a ciclului.

Motivele fluctuațiilor bruște ale numărului unor populații pot fi diverși factori abiotici și biotici. Uneori, aceste fluctuații sunt în acord cu schimbările condițiilor climatice. Cu toate acestea, în unele cazuri, este imposibil de explicat schimbările în dimensiunea unei anumite populații prin influența factorilor externi. Motivele care cauzează fluctuații ale numărului populației pot fi în sine; apoi vorbim de factori interni ai dinamicii populaţiei

În natură, mărimea populației fluctuează. Astfel, numărul populațiilor individuale de insecte și plante mici poate ajunge la sute de mii și milioane de indivizi. Dimpotrivă, populațiile de animale și plante pot avea dimensiuni relativ mici.

Activarea mecanismelor de reglare poate provoca fluctuații ale numărului populației. Se pot distinge trei tipuri principale de dinamică a populației: stabilă, ciclică și spasmodică (explozivă).

Orice populație nu poate consta din mai puțini indivizi decât este necesar pentru a asigura implementarea stabilă a acestui mediu și rezistența populației la factorii de mediu - principiul dimensiunii minime a populației.

Dimensiunea minimă a populației specifice diferitelor specii. Depășirea minimului duce populația la moarte. Astfel, încrucișarea ulterioară a tigrilor în Orientul Îndepărtat va duce inevitabil la dispariție din cauza faptului că unitățile rămase, care nu găsesc parteneri de reproducere cu o frecvență suficientă, vor dispărea în câteva generații. Acest lucru amenință și plantele rare (orhideea papucii doamnei etc.).

Există și un maxim de populație. 1975, Odum, - regula maxima populatiei:

Reglarea densității populației se realizează atunci când resursele de energie și spațiu sunt utilizate pe deplin. O creștere suplimentară a densității populației duce la o scădere a aprovizionării cu alimente și, în consecință, la o scădere a fertilităţii.

Există fluctuații neperiodice (observate rar) și periodice (constante) ale numărului de populații naturale.

Tipul stabil este caracterizat printr-un interval mic de fluctuații (uneori numărul crește de mai multe ori). Caracteristică speciilor cu mecanisme bine definite de homeostazie a populației, rată mare de supraviețuire, fertilitate scăzută, speranță lungă de viață, structură complexă de vârstă și îngrijire dezvoltată pentru descendenți. Un întreg complex de mecanisme de reglementare care funcționează eficient menține astfel de populații în anumite limite de densitate.

Fluctuații periodice (ciclice) ale numărului populației. Ele au loc de obicei pe parcursul unui sezon sau mai multor ani. Schimbări ciclice cu o creștere a numărului în medie după 4 ani au fost înregistrate la animalele care trăiesc în tundra - lemingi, bufnițe polare și vulpi arctice. Fluctuațiile sezoniere ale numărului sunt, de asemenea, caracteristice multor insecte, rozătoare asemănătoare șoarecilor, păsări și organisme acvatice mici.