Se determină structura sexuală primară a populației. Structura și caracteristicile populației
Structura populației este o anumită organizare care se formează, pe de o parte, pe baza proprietăților biologice ale speciei și, pe de altă parte, sub influența factori biotici mediul și populațiile altor specii. Structura populației nu este stabilă.
Există structuri spațiale (teritoriale), de vârstă, sexuale, genetice, comportamentale și de altă natură.
Structura spațială populatiilor— aceasta este o caracteristică a distribuției indivizilor populației în spațiu. Depinde atât de proprietățile habitatului, cât și de caracteristicile biologice ale speciei. Se poate schimba în timp, depinde de sezonul anului, de mărimea populației etc. Distribuția spațială a indivizilor în populații poate fi uniformă, aleatorie și de grup (Fig. 8).
Orez. 8. Distribuția spațială a indivizilor în populații
La uniformăÎntr-o distribuție (regulată), indivizii sunt plasați la intervale mai mult sau mai puțin egale, cum ar fi copacii într-o pădure de pini matură. În realitate, o distribuție uniformă a indivizilor este rară în natură.
La Aleatoriu distribuție (difuzie), indivizii sunt repartizați inegal și întâlnirile lor între ei sunt aleatorii. Acest tip de distribuție este larg răspândit printre plante și multe specii de animale. Dispersarea aleatorie are loc într-un mediu omogen.
La grup distribuție (mozaic), indivizii se găsesc în grupuri, cum ar fi roșii de rogoz într-o mlaștină joasă, turme de mamifere sau colonii de păsări. Plasarea în grup oferă populației o rezistență mai mare la condiții nefavorabile.
Pe zone geografice mari, în timp, indivizii aceleiași populații pot, atunci când sunt repartizați, să formeze combinații ale acestor trei tipuri de distribuție. Un exemplu ar fi distribuția copacilor într-o pădure. În primul rând, are loc așezarea în grup, iar apoi distribuția poate deveni uniformă (păduri de pin). Răspândirea afidelor și a gândacului de Colorado poate fi inițial întâmplătoare, dar pe măsură ce se înmulțesc, devine grupată sau uniformă.
Limitele populației pot fi fie bine definite, atunci când teritoriul este împărțit de un obstacol, cum ar fi un lanț muntos sau un râu, fie neclare. Multe animale care duc un stil de viață activ se dispersează activ. Acest lucru duce la amestecarea intensă a populațiilor și estompează granițele dintre ele. De exemplu, vulpile arctice foarte mobile și în mișcare activă, unele păsări și alte animale au habitate uriașe, fără granițe clare între populații.
La organismele sedentare și în mișcare pasiv (amfibieni, moluște terestre), dimpotrivă, populațiile sunt clar delimitate chiar și într-o zonă relativ mică. Teritoriul ocupat de populația șopârlă de nisip (Lacerta agilis) poate varia de la 0,1 la câteva hectare. Populația de reni ocupă o suprafață de peste 100 de metri pătrați. km.
Pentru animale ca organisme mobile, gradul de atașament față de teritoriu este de o importanță primordială în determinarea naturii structurii spațiale a populației. În funcție de tipul de utilizare a spațiului, toate animalele mobile sunt împărțite în două grupe: sedentare și nomadice (nomade), în plus, există o serie de grupuri intermediare.
Specii care se caracterizează prin imagine sedentară viața, de regulă, este caracteristică tipul intensiv de utilizare a teritoriului,în care indivizii sau grupurile lor exploatează resurse într-un spațiu relativ limitat pentru o perioadă lungă de timp. Speciile caracterizate printr-un stil de viață nomad se caracterizează prin tip ex-intensiv de utilizare a teritoriului,în care resursele sunt de obicei consumate de grupuri de indivizi care se deplasează constant într-o zonă largă.
Se numește răspândirea organismelor dincolo de populație relocare. Tiparele de dispersie reflectă modul în care o populație ocupă tot mai mult spațiu. Printre acestea se numără următoarele: anemocorie(raspandit de vant), hidrochorie(apă), fitochorie(plante), zoocoria(animale) și antropochorie(uman). Dispersarea poate fi pasivă (alocorie) și activă (autocorie).
Mișcările animalelor cauzate de modificările condițiilor de viață sau asociate cu ciclurile lor de dezvoltare se numesc migrații . Ele pot fi regulate (zilnice și sezoniere) și neregulate (în timpul secetei, inundațiilor, incendiilor etc.). Exemplu clasic migrație sezonieră - zborurile păsărilor. Migrațiile neregulate, de regulă, sunt de natură haotică, spre deosebire de cele mai organizate, obișnuite.
Izolarea teritorială relativă a populației duce la izolarea reproducerii — limitarea libertății de încrucișare. Populația este împărțită în mai multe diviziuni panmictice - asociații strâns legate de indivizi în funcție de sex și vârstă, care trăiesc în apropiere unul de celălalt și, prin urmare, adesea în contact unul cu celălalt. Astfel de micropopulații din plante sunt colete, iar la animale - deme (turme, colonii etc.), care există în timpul vieții uneia sau mai multor generații.
Structura pe sexe a populației— Acesta este raportul cantitativ al indivizilor pe sex. Raportul de sex al unei populații se stabilește conform legilor genetice, iar apoi este influențat de mediu. La majoritatea speciilor, sexul viitorului individ este determinat în momentul fertilizării ca urmare a recombinării cromozomilor sexuali. Trăsăturile legate de sex determină adesea diferențe de morfologie (mărime, culoare), fiziologie (rate de creștere, momentul pubertății), ecologie și comportament al bărbaților și femeilor. De exemplu, țânțarii masculi din familia Culicidae, spre deosebire de femelele care suge sânge, în perioada imaginară fie nu se hrănesc deloc, fie se limitează la a linga roua și a consuma nectar de plante.
Raportul indivizilor pe sex, în special femelele reproducătoare din populație, are mare importanță pentru creșterea în continuare a numărului său. În natură, există specii caracterizate printr-o mortalitate ridicată a femeilor (de exemplu, șobolani, pinguini, liliecii), și invers, mortalitate mai mare a masculilor (piței mari, fazani, multe rozătoare). Da, ceva lilieci proporţia femeilor în populaţie după hibernare redus la 20%.
Raportul de sex într-o populație este influențat de condițiile de mediu. La unele specii, sexul este inițial determinat nu de factori genetici, ci de factori de mediu. De exemplu, la plantele Arisaema japonica, sexul depinde de acumularea de rezerve nutriențiîn tuberculi. Exemplarele cu flori feminine cresc din tuberculi mari, iar exemplarele cu flori masculine cresc din cei mici. La furnicile roșii de pădure (Formica ruf a), masculii se dezvoltă din ouăle depuse la temperaturi sub +20°C, iar femelele se dezvoltă la temperaturi mai ridicate. Mecanismul acestui fenomen este că țesutul muscular al recipientului spermatic, unde spermatozoizii sunt stocați după copulare, este activat numai atunci când temperaturi mari, asigurând fertilizarea ouălor depuse. Doar masculii se dezvoltă din ouă nefertilizate din himenoptere.
În intervalul speciilor, structura sexuală a populațiilor de plante este mai mult sau mai puțin constantă, dar modificările condițiilor externe modifică raportul dintre sexe. De exemplu, în anul secetos din 1975 în Trans-Urali, numărul de forme feminineîn salvie de stepă (în 10 o singura data).
Structura genetică a populațieicaracterizată prin grade variate de diversitate genetică a indivizilor. Se numește totalitatea genelor care sunt prezente la indivizii unei anumite populațiiFondului genetic.Se numește setul tuturor genelor concentrate în cromozomii unui organismgenotip. Din punct de vedere genetic, populatia— totalitatea genotipurilor. Dacă raportul dintre genotipuri dintr-o populație este neschimbat de-a lungul generațiilor, atunci populația este stabilă, există echilibru genotipic.În ciuda variabilității părților sale structurale, populația ca sistem complet păstrează stabil fondul genetic moștenit de la populația ancestrală.
Genotipul, interacționând cu condițiile de mediu, formează fenotipul. Fenotip se numesc semnele elementare ale organismului care determina caracteristici individuale structura sa și funcțiile vitale (morfologice, fiziologice și comportamentale), care depind de interacțiunea genotipului cu condițiile de mediu.
Totalitate semne externe organismul, reflectând adaptabilitatea sa la condițiile de mediu, formează o formă de viață sau biomorf. Existența pentru multe generații de indivizi într-o populație cu două sau mai multe forme clar exprimate, care diferă ca structură și funcții, se numește polimorfism. Speciile polimorfe, de exemplu, sunt mesteacănul negru (Betula pendula), molidul (Picea abies) și pinul silvestru (Pinus sylvestris).
Molidul norvegian are trei forme de ramificare (pieptene, compact și cu gheare plate), conuri de roșu, verde și violet. În pădurile de molid puteți găsi copaci cu scoarță netedă, solzoasă, lamelară și asemănătoare arinului. Formele de molid se disting, de asemenea, prin structura conurilor (dull-scaled și sharp-scaled). Mai mult, molidul cu conuri ascuțite crește mai repede și are lemn de mai bună calitate.
O proprietate universală a tuturor viețuitoarelor, de la viruși și microorganisme la plante și animale superioare, este capacitatea de a da mutatii— schimbări moștenite bruște, naturale sau induse artificial material genetic, ducând la modificări ale anumitor semne ale corpului. Mutațiile stau la baza variabilității ereditare și se manifestă în fenotipul unui organism adult ca urmare a faptului că modifică procesele ontogenezei sale. Variabilitatea mutațională nu îndeplinește condițiile mediu inconjuratorși, de regulă, perturbă adaptările existente.
Factorul principal în speciație este selecția naturală individuală - supraviețuirea indivizilor cel mai bine adaptați mediului lor. În procesul luptei pentru existenţă se manifestă diversitatea biologică a indivizilor care alcătuiesc populaţia. Unii indivizi mor, alții supraviețuiesc și se reproduc. Mutațiile nou apărute sunt combinate cu gene care au fost deja selectate pentru indivizi, fenotipurile acestora se schimbă și, pe această bază, apar noi adaptări, determinând transformarea ulterioară a organismelor.
Izolarea spațială relativă a unei populații duce la izolarea sa reproductivă - limitând libertatea de încrucișare a indivizilor din diferite populații. Această izolare asigură unicitatea fondului genetic al populației și posibilitatea evoluției sale independente. Cu toate acestea, în natură nu există populații complet izolate și poate avea loc migrarea (ieșire și aflux) de gene, ducând la modificări ale structurii lor genetice.
Structura de vârstă a populației determină toate grupele de vârstă ale indivizilor, inclusiv toate etapele și fazele dezvoltării organismului, de exemplu, larve și pupe de insecte, muguri de plante. În populația animală sunt trei vârsta mediului: pre-reproductive (pre-reproductive), reproductive (reproductive) și post-reproductive (post-reproductive). Durata fiecărei vârste în raport cu speranța totală de viață nu este aceeași la diferite specii. U omul modern fiecare grupă de vârstă reprezintă aproximativ o treime din viață.
Pentru multe animale și plante, perioada pre-reproductivă este cea mai lungă. La efemerele (Ephemeroptera), de exemplu, durează câțiva ani, la diferite specii de cicade (Cicadidea) - 13 și 17 ani (dezvoltarea pe termen lung a larvelor). Vârsta lor de reproducere este de doar câteva zile (perioada de reproducere a indivizilor adulți), iar vârsta post reproductivă este practic absentă. Populațiile care au o perioadă scurtă de pre-reproductie își recuperează rapid numărul, cum ar fi volei (Clethrionomies).
În ciclul de viață al plantelor, se disting aproximativ zece stări de vârstă, combinate în patru perioade ( tabelul 4.1).
Tabelul 4.1 Vârstă perioadeși condițiile plantelor cu semințe
Statutul de vârstă al persoanei - acesta este stadiul ontogenezei sale, la care se caracterizează prin anumite relații cu mediul.
Pentru claritate, iată câteva exemple:
Răsadurile au o nutriție mixtă datorită substanțelor de rezervă ale semințelor și propriei asimilări;
Plantele juvenile încep să se hrănească independent, nu mai au cotiledoane;
La plantele imature, începe ramificarea lăstarilor;
Trecerea plantelor în perioada generativă este determinată nu numai de apariția florilor și fructelor, ci și de restructurarea biochimică și fiziologică internă a organismului.
Raportul indivizilor dintr-o populație în funcție de aceste stări se numește spectrul de vârstă al populației. Ea reflectă rapoartele cantitative ale diferitelor grupe de vârstă. Spectrul de vârstă este asociat cu intensitatea mortalității și a natalității organismelor. Structura de vârstă a populației se poate modifica sub influență factori externi, deoarece controlează atât procesele de fertilitate, cât și de mortalitate.
Spectrul de vârstă evaluează capacitatea populației de a se autosusține și rezistența acesteia la influențele externe: cu cât spectrul de vârstă este mai complex, cu atât reproducerea populației este mai stabilă. Cea mai mare vitalitate
Populațiile la care toate vârstele sunt reprezentate relativ uniform se disting prin această proprietate. Astfel de populații sunt numite normal. Dacă indivizii senili predomină în populație, aceasta indică prezența unor factori negativi care perturbă funcțiile reproductive. Astfel de populații sunt numite regresiv, sau pe cale de dispariţie. Populațiile formate în principal din indivizi tineri sunt considerate ca implementare, sau invaziv. Vitalitatea lor nu provoacă îngrijorare, dar există o probabilitate mare de apariție a unui număr excesiv de mare de indivizi. Este deosebit de periculos dacă astfel de populații sunt reprezentate de specii care anterior lipseau aici.
Pentru a compara numărul de indivizi de diferite vârste în populații, se construiesc histograme ale structurilor de vârstă (Fig. 9).
Orez. 9. Structura pe vârstă a populațiilor:
1 - invaziv (in crestere);
2 — normal (stabil);
3 - regresiv (contractant)
Studiile structurii de vârstă a populațiilor de plante și animale sunt rare din cauza complexității excesive și laborioasă a înregistrării cantitative a indivizilor de diferite grupe de vârstă. Excepția sunt populațiile umane. Recensămintele efectuate periodic fac posibilă caracterizarea suficient de completă a compoziției pe vârstă a populației, ceea ce se reflectă în diagrame speciale (Fig. 10).
Orez. 10. Piramida de vârstă a populației ruse
Studiul distribuției organismelor după vârstă are o mare importanță în vânătoare și pescuit, în exploatare forestieră etc. Dacă luăm, de exemplu, vânătoarea, predominanța indivizilor tineri indică reproducerea cu succes a speciei și ne permite să ne așteptăm la o creștere a numărului acesteia în sezonul următor.
Silvicultorii, în conformitate cu proprietățile ecologice ale populațiilor, au dezvoltat două tipuri de tăiere a copacilor: utilizare intermediară și utilizare principală. Doborârea intermediară se efectuează la toate vârstele pădurii pentru a crea condiții favorabile creșterii părții rămase din arboretul forestier. În timpul tăierii finale, întregul arbore care a atins vârsta de maturitate este îndepărtat.
Structura etologică (comportamentală).— acesta este un sistem de relații între membrii aceleiași populații. Etologie (din greaca ethos - caracter, caracter si logos - stiinta) - știința bazei biologice a comportamentului animal, a luat contur în anii 30 ai secolului XX. Formarea sa este asociată cu lucrările etologului austriac Konrad Lorenz și ale etologului olandez Nicholas Tinbergen, care au pus bazele teoriei comportamentului instinctiv. Consolidarea contactelor dintre etologie și ecologia populației în anii 60 ai secolului XX a dat un impuls puternic studiului comportamentului social și structurii etologice a populațiilor de animale.
Comportamentul animalelor în raport cu ceilalți membri ai populației depinde de ce fel de viață duc indivizii: solitar sau de grup. La stil de viață solitar indivizii unei populații sunt independenți și izolați unul de celălalt. Acest mod de viață este caracteristic multor specii, dar numai în anumite etape ale ciclului de viață. O existență complet solitară este imposibilă datorită funcției principale a vieții - reproducerea. Deși o excepție poate fi animalele acvatice individuale cu o metodă externă de fertilizare, de exemplu, anemonele de mare solitare. Speciile cu un stil de viață solitar formează uneori agregari temporare de indivizi. De exemplu, gărgărițele și gândacii măcinați în așternut uscat lângă cioturi în zonele de iernat, știucă și somn la fundul rezervoarelor etc.
La stilul de viață de grup animalele formează familii, colonii, haite și turme, care sunt organizate ierarhic. Ierarhia la animale este un sistem de conexiuni comportamentale între indivizii unui grup, care reglementează relațiile lor și accesul la hrană, adăpost și indivizi de sex opus. Ierarhia și alte forme de viață ale unui grup sunt de natură adaptativă și constituie esența vieții speciei.
Familie- cea mai simplă grupare de indivizi, care după reproducere se poate dezintegra, sau poate consta din părinți și descendenți ai mai multor generații, precum clanuri printre câini de hienă, mândrie printre lei. Familiile se disting între tipuri paternă, maternă și mixtă, în funcție de care părinte are grijă de urmași. De exemplu, o salamandră întunecată femelă își înfășoară corpul în jurul unui ambreiaj și nu o părăsește până când larvele eclozează.
Spiricul cu trei spine mascul, după ce a protejat ambreiajul și a avut grijă de acesta, protejează puietul pentru ceva timp. În familiile cu formarea stabilă de perechi, atât masculul, cât și femela participă la protecție și hrănire. Cu un stil de viață de familie, comportamentul teritorial al animalelor este cel mai pronunțat: diverse semnale, marcaje, forme rituale de amenințare și agresiune directă asigură proprietatea asupra zonei. Cântarea păsărilor, de exemplu, este o limbă vorbită, un mod de a-și marca teritoriul și de a atrage atenția unei femele.
Colonii- aşezarea în grup a animalelor sedentare. Ele pot exista pentru o lungă perioadă de timp sau pot apărea în timpul sezonului de reproducere, ca, de exemplu, la multe păsări: turbii, pescăruși, păslănii, puffini și altele. Un exemplu de astfel de așezare este o colonie de cormorani (Phalacrocorax bougainvillei), numărând cel puțin 10.000 de indivizi, în care la 1 mp. m zona sunt cel putin trei cuiburi.
turme- grupuri mobile temporare de indivizi pentru protectie de inamici, productie de alimente, migratie. Scoala este cea mai răspândită în rândul lăcustelor, păsărilor și peștilor. La mamifere, este caracteristic caninilor (lupi, hiene, coioți etc.). La păsări, turmele se formează în timpul migrațiilor sezoniere, în forme sedentare sau nomadice - în timpul hrănirii de iarnă. În turme, există o conexiune sonoră și vizuală constantă între indivizi. De exemplu, pelicanii (Pelecanidae) vânează peștii mai intens în comunități, împingându-i în ape puțin adânci în stoluri. Haite de lupi sunt formate pentru vânătoarea în grup iarna. Când vânează în grup, lupii practică urmărirea, ies să intercepteze prada, împing prada într-o ambuscadă sau o capturează într-un inel. Acest lucru necesită consecvență și coordonare a acțiunilor tuturor indivizilor. În haitele de mamifere, rolul liderilor este mare.
Turmele sunt asociații mai lungi și mai permanente de animale. De regulă, cetaceele, ungulatele și primatele (de exemplu, babuini) trăiesc în turme. O turmă este un grup de animale din aceeași specie care rămân aproape unele de altele și se comportă în același mod. Mărimea efectivului și compoziția sa în funcție de vârstă și sex variază în timp. Turmele de balene și maimuțe includ zeci de animale, turme ren, saigas sunt formate din sute și mii de indivizi. De exemplu, cele mai productive efective de reni conțin 300-400 de indivizi, iar pentru supraviețuire Elefanții africani turma trebuie să conţină cel puţin 25 de indivizi.
În turme se îndeplinesc toate funcțiile de bază ale vieții: obținerea hranei, protecția împotriva prădătorilor, migrația, reproducerea, creșterea animalelor tinere etc. Baza comportamentului de grup al animalelor din turme este relația de dominanță-subordonare, bazată pe diferențele individuale dintre indivizi. Printre dominante în unele efective se numără lideri - membrii mai experimentați ai turmei (ca la reni), în alte efective - lideri, indivizi mai puternici. Sensul biologic al sistemului ierarhic de dominanță-subordonare este de a crea un comportament coordonat al grupului care să fie benefic pentru toți membrii săi.
Efect de grup. Grupurile au de toate caracteristici tipice populaţiilor, dar se caracterizează printr-un grad mai mare de unificare şi capacitatea de a-şi autoregla numărul. Această proprietate se numește efect de grup. Unul dintre indicatorii efectului de grup este teritorialitatea. Multe animale sunt legate de anumite locuri. Ei marchează limitele teritoriului lor, de unde obțin hrană, își construiesc cuiburi sau case și hrănesc puii. Valoarea pozitivă a teritorialității constă în faptul că previne suprapopularea.
La animalele care duc un stil de viață de grup, există o comunicare strânsă între indivizi prin mirosuri, sunete și comportament specific. Datorită sistemului complex de semnalizare al indivizilor și schimbului lor reciproc de informații, eficiența funcționării grupului crește, vizând satisfacerea nevoilor vitale importante ale tuturor membrilor săi.
Efectul pozitiv de grup apare doar până la un anumit nivel optim de densitate a populației.
Dacă există prea mulți indivizi, aceasta duce la o lipsă de resurse de mediu pentru ei. Atunci intră în joc mecanismele homeostaziei populației.
Sistemele hormonale și nervoase care reglează procesele fiziologice din organism joacă un rol important în fenomenele de efect de grup. Efectul de grup se manifestă ca o reacție psihofiziologică a unui individ la prezența altor indivizi din specia sa. De exemplu, unele rase de porumbei nu depun ouă decât dacă văd alte păsări.
Este suficient să așezi o oglindă în fața femelei, astfel încât aceasta să înceapă să depună ouă. La oile din afara turmei, pulsul și respirația se accelerează, iar la vederea unei turme care se apropie, aceste procese se normalizează. Liliecii solitari hibernatori diferă mai mult nivel inalt metabolismul celor care trăiesc în colonie. Acest lucru duce la creșterea risipei de energie, epuizare și adesea se termină cu moartea. Cea mai frapantă manifestare a efectului de grup este caracteristică insectelor sociale. Albinele, furnicile, termitele nu pot trăi izolate, singure. Au un sistem complex de semnalizare care ajută la păstrarea indivizilor în timp și spațiu.
Astfel, efectul de grup se manifestă la animale în ritmuri de creștere accelerate, în formarea de reflexe condiționate, creșterea fertilității, economii la costurile energetice, creșterea speranței medii de viață a individului etc.
Structura populației este raportul dintre indivizi în funcție de anumite caracteristici sau în funcție de natura distribuției lor în habitat. Există structuri spațiale, sexuale, de vârstă și etologice (comportamentale) ale populației.
Structura spațială— natura distribuției indivizilor populației în teritoriul ocupat. În natură, populațiile se caracterizează prin trei tipuri de distribuție spațială a indivizilor: aleatoriu, uniform, de grup. Ele se formează în funcție de gradul de eterogenitate al habitatului, de caracteristicile biologice ale speciei și de comportamentul indivizilor.
Distribuție aleatorie apare dacă habitatul este relativ omogen din punct de vedere ecologic. Mai mult, numărul indivizilor din populație este mic și caracteristici biologice speciile nu le permit să formeze grupuri. De exemplu, în planaria albă, hidra polipului de apă dulce, păianjeni, bivalve se notează distribuția aleatorie.
Distributie uniforma observată la speciile care concurează cu acerbă pentru resursele alimentare și teritoriu. Tendința unor animale de a fi distribuite uniform se poate datora etichetării și protecției habitatului. În natură, distribuția uniformă este destul de rară. De exemplu, tufișurile din deșert, care concurează pentru umiditate, sunt distribuite destul de uniform. Unele specii mențin o anumită distanță unele de altele pești răpitori, păsările și mamiferele care își protejează teritoriile de hrănire.
Distribuție în grup cel mai frecvent în natură. Eterogenitatea mediului, habitatele limitate, caracteristicile biologice ale speciei și metodele de reproducere pot duce la asocierea indivizilor în grupuri. Distribuția grupurilor în plante este determinată de metodele lor de reproducere și de distribuție a semințelor și fructelor. De exemplu, unele plante produc fructe mari, grele (alun, ghindă de stejar), care cad lângă copac și germinează imediat, formând grupuri. În timpul înmulțirii vegetative prin rizomi, plantele formează și grupuri (iarbă de grâu târâtoare, lacramioare, trifoi târâtor).
Multe mamifere și păsări au comportament social, ceea ce duce la formarea de grupuri cu ierarhie socială(turme, turme, colonii, turme, familii, hareme). Rata de supraviețuire a indivizilor dintr-un grup crește datorită oportunităților mai bune de protecție împotriva inamicilor, detectarea alimentelor, rezistența la factorii de mediu negativi și formarea unui microclimat. De exemplu, este mai ușor pentru o haită de lupi să vâneze și pentru o turmă de cai să se apere de lupi. Este mai ușor pentru un stol de grauri să scape dintr-un șoim, dintr-o școală peste mic- de la pești răpitori mari. Pinguinii dintr-o colonie, formând un grup dens, tolerează mai ușor frigul. În familiile de păsări și mamifere, datorită îngrijirii părinților, rata de supraviețuire a puilor crește. Un grup de plante este mai capabil să reziste vântului și să folosească apa mai eficient.
Structura sexuală— raportul dintre numărul de indivizi de sexe diferite dintr-o populație. Din cursul de geografie al Belarusului, știți despre dependența raportului dintre populația masculină și feminină din Belarus de categorie de vârstă oameni, precum și despre schimbările sale în legătură cu Marele Război Patriotic.
În populațiile naturale în timpul reproducerii sexuale în momentul fertilizării, raportul zigoților în funcție de sex este de obicei apropiat de 1: 1 - acesta este raportul primar de sex. Ulterior, raportul de sex în stadiul embrionar se poate schimba în funcție de diverși factori de mediu. De exemplu, se observă o schimbare a raportului de sex în stadiul embrionar de dezvoltare în viermi de mătase. Sexul unui individ depinde de temperatura mediului ambiant. Această caracteristică este folosită de oameni în sericultură. Întrucât coconii ondulați de masculi conțin cu 25% mai multă mătase, pentru a obține mai mulți masculi, ouăle sunt păstrate la o temperatură favorabilă dezvoltării lor.
Astfel, în perioada embrionară, determinarea genetică a sexului este influențată de factorii de mediu, ceea ce duce la formarea raportul de sex secundar.
Până la pubertate, raportul dintre sexe se schimbă și se formează raportul terțiar de sex. Depinde de rezistența indivizilor de diferite sexe la factorii de mediu, care este asociată cu caracteristicile fiziologice, de mediu, comportamentale și de altă natură ale bărbaților și femelelor. Astfel, în populațiile de fazani, țâței mari și mallards predomină femelele, în timp ce la populațiile de pinguini, dimpotrivă, predomină masculii.
Raportul indivizilor de diferite sexe și în special proporția femelelor de reproducție influențează semnificativ numărul, densitatea și rata natalității populației. Prin urmare, determinarea structurii sexuale permite unei persoane să prezică viitorul populației și să construiască corect relații cu aceasta.
Structura de vârstă— raportul dintr-o populație a grupelor de vârstă de indivizi care diferă în ceea ce privește capacitatea de reproducere. În populațiile naturale de animale există trei grupe de vârstă. Indivizi pre-reproductivi- indivizi tineri care nu au ajuns la pubertate și nu sunt încă capabili să producă descendenți. Indivizi reproductivi- indivizi reproductori maturi sexual. Persoane post-reproductive- indivizi bătrâni care și-au pierdut funcția de reproducere și nu mai produc descendenți.
Durata de existență a fiecărei grupe de vârstă în raport cu speranța de viață a generației variază foarte mult între diferite organisme. La oamenii moderni, aceste trei perioade de vârstă sunt aproximativ egale ca durată. Pentru oamenii primitivi, perioada post-reproductivă a fost mult mai scurtă decât este acum. Perioada pre-reproductivă la unele organisme este foarte lungă în comparație cu altele. De exemplu, la cicade durează 17 ani, în timp ce perioada de reproducere durează doar unul sezonul de vară, iar post-reproductiv este complet absent. Absența unei perioade post-reproductive se observă la unele insecte (erice) și pești (salmonide).
Raportul cantitativ al diferitelor grupe de vârstă în populațiile de animale este exprimat folosind piramidele de vârstă. Ele fac posibilă prezicerea schimbărilor ulterioare ale mărimii populației. O populație cu o proporție mare de indivizi pre-reproductivi va avea o piramidă de vârstă cu o bază largă. Această populație va crește în dimensiune. Se numeste în curs de dezvoltare sau creştere. Cu o distribuție uniformă a indivizilor pe grupe de vârstă, populația se află în grajd condiție. Cu o proporție mică de indivizi pre-reproductivi, populația va avea o piramidă de vârstă cu o bază îngustă. Numărul său va scădea. Această populație se numește pe cale de dispariţie sau îmbătrânire. Are nevoie de protecție sau introducere suplimentară a persoanelor.
Diferențele de vârstă într-o populație măresc semnificativ eterogenitatea ei ecologică, adică oferă indivizilor rezistență inegală la mediu. Structura de vârstă a populației este de natură adaptativă. Se formează pe baza proprietăților biologice ale speciei, dar reflectă întotdeauna puterea influenței factorilor de mediu. Structura de vârstă a unei populații afectează atât rata natalității, cât și rata mortalității la un moment dat și indică ce se poate întâmpla cu populația în viitor.
Studiul raportului grupelor de vârstă în populații are o semnificație practică pentru oameni. Vă permite să estimați ce grupă de vârstă și în ce volum poate fi retras pentru utilizare. Sau, dimpotrivă, care grupă de vârstă are cea mai mare nevoie de protecție.
Structura etologică (comportamentală).— raportul indivizilor după tipul de reacții comportamentale. Această structură este caracteristică animalelor. În unele populații, indivizii duc un stil de viață solitar. În ceea ce privește comportamentul, acestea sunt echivalente și independente unele de altele (buburuze, gândaci de pământ, fluturi). În cele mai multe cazuri, indivizii se unesc grupuri sociale- familii, colonii, turme, turme, etc. Cu un stil de viață familial la păsări și mamifere, comportamentul părinților diferă în funcție de care dintre aceștia are grijă de urmași. În acest sens, familiile se disting între paternă, maternă și tipuri mixte. În coloniile de albine, termite și furnici, grupurile etologice se formează ca urmare a diviziunii muncii și a specializării indivizilor.
Cea mai complexă structură etologică se observă la haite și turme, unde are loc un sistem de „dominanță-subordonare”. La diferite specii de animale depinde de tipul de ierarhie. Cu o organizare ierarhică a populațiilor, indivizii se caracterizează printr-o ordine naturală de mișcare, locație pentru odihnă, o anumită organizare atunci când se protejează de inamici etc.
BibliografiePopulațiile se caracterizează prin structuri spațiale, sexuale, de vârstă și etologice. Structura spațială - distribuție aleatorie, uniformă sau de grup a indivizilor. Structura sexuală - raport de sex primar, secundar sau terțiar. Structura de vârstă - raportul dintre indivizii pre-reproductivi, reproductivi și post-reproductivi. Structura etologică este raportul dintre indivizi care diferă într-un set de reacții comportamentale.
Stepanovskikh A.S. Ecologie generală: manual pentru universități. M.: UNITATEA, 2001. 510 p.
Stepanovskikh A.S. Ecologie biologică. Teorie și practică: un manual pentru studenții care studiază specialitățile de mediu. M.: UNITATEA-DANA, 2009. 791 p.
Radkevici V.A. Ecologie. Minsk: Şcoala superioară, 1998. 159 p.
Beagon M., Harper J., Townsend K. Ecologie. Persoane, populații și comunități / Transl. din engleza M.: Mir, 1989. Vol. 2..
Shilov I.A. Ecologie. M.: facultate, 2003. 512 p. (LUMINĂ, cicluri)
Întrucât fiecare individ (individ) are a lui caracteristici specifice, atunci atitudinea lor față de starea mediului, față de influența factorilor acestuia este diferită. De exemplu, este posibil ca unii indivizi să nu poată rezista la creșterea temperaturii și să moară, dar populația întregii specii supraviețuiește în detrimentul altora, care sunt mai adaptați. ÎN conditii optime Chiar și cei mai slabi supraviețuiesc în creșteri, iar în cele extreme supraviețuiesc cei mai puternici și mai rezistenti. Unele dintre grupurile de specii se adaptează destul de bine la condițiile locale, formând așa-numitele ecotip.
Într-un mediu natural real, multe specii sunt împrăștiate pe suprafețe vaste, așa că este necesar să se studieze unul sau altul grup de specii din anumit teritoriu: într-un ecosistem specific, biogeocenoză specifică. În acest caz se numește cenopopulaţie. Chiar și un grup mic de indivizi înrudiți genetic între ei poate da naștere la o populație mare și una care este foarte stabilă pentru o perioadă destul de lungă. Acest lucru este facilitat de adaptabilitatea indivizilor la mediul lor și de competiția intraspecifică.
Odată ce luminezi zona de sub coronamentul pădurii, acestea încep imediat să crească anumite tipuri ierburi, starea tufăturii se îmbunătățește și începe opresiunea iubitorilor de umbră. După incendii, lespedeza, aspenul, mesteacănul și alte specii expansive cresc imediat. Biogrupuri de molid, cedru și brad „stau” mult timp sub baldachinul pădurii, dar odată cu vârsta apar nivel superiorși ocupă o poziție dominantă.
Populația este prima sistem biologic supraorganism. Interpretarea S.S. a primit cea mai mare recunoaștere. Schwartz, populație - o grupare de indivizi, care este o formă de existență a unei specii și este capabilă să se dezvolte independent la nesfârșit.
Principala proprietate a populațiilor, ca și a altor sisteme biologice, este aceea că sunt în continuă mișcare, în continuă schimbare. Acest lucru se reflectă în toți parametrii: productivitate, durabilitate, distribuție spațială. Populațiile se caracterizează prin caracteristici genetice și de mediu specifice care reflectă capacitatea sistemelor de a menține existența în condiții în continuă schimbare: creștere, dezvoltare, stabilitate. Știința care studiază populațiile în mod cuprinzător este cunoscută sub numele de biologia populației.
Tipuri de populație . Populațiile pot ocupa zone de dimensiuni diferite și, de asemenea, condițiile de viață din habitatul unei populații pot să nu fie aceleași. Pe baza acestei caracteristici se disting trei tipuri de populații (Fig. 1): elementare, ecologice și geografice.
E
populație elementară (locală). este o colecție de indivizi din aceeași specie care ocupă o zonă mică de suprafață omogenă. Există un schimb constant de informații genetice între ei.
EXEMPLE. Unul dintre mai multe bancuri de pești din aceeași specie din lac; microgrupuri de lacramioare Keiske în pădurile de mesteacăn alb, care cresc la baza copacilor și în locuri deschise; pâlcuri de arbori din aceeași specie (stejar mongol, zada etc.), despărțiți de pajiști, pâlcuri de alți arbori sau arbuști, sau mlaștini.
Populația ecologică– un ansamblu de populații elementare, grupuri intraspecifice, limitate la biocenoze specifice. Schimbul de informații genetice între ei are loc destul de des.
EXEMPLE. Pești din aceeași specie în toate școlile unui rezervor comun; arborete în pădurile monodominante reprezentând un grup de tipuri de păduri: iarbă, lichen sau zada sphagnum (regiunea Magadan, nordul teritoriului Khabarovsk); arborete forestiere în pădurile de stejar de rogoz (uscat) și forb (umede) (teritoriul Primorsky, regiunea Amur); populaţiile de veveriţe din pin, molid-brad şi păduri de foioase un district.
Populația geografică– un ansamblu de populații ecologice care locuiesc în zone similare din punct de vedere geografic. Populațiile geografice există autonom, habitatele lor sunt relativ izolate, schimbul de gene are loc rar - la animale și păsări - în timpul migrației, la plante - în timpul răspândirii polenului, semințelor și fructelor. La acest nivel are loc formarea raselor și soiurilor geografice și se disting subspecii.
EXEMPLE. Sunt cunoscute rasele geografice de zada dahuriană (Larix dahurica): vestică (la vest de Lena (L. dahurica ssp. dahurica) și estică (la est de Lena, distinsă în L. dahurica ssp. cajanderi), rasele nordice și sudice ale zada Kuril.În mod similar, identificarea de către M.A.Shemberg (1986) a mesteacănului de piatră a două subspecii: mesteacănul Erman
(Betula ermanii)
şi lânos (B. lanata). În cursul inferior al râului. Groapa este un centru de molid scoțian (Picea obovata), situat la 1000 km la est și la 500 km la nord de masivul continuu al pădurilor de molid. Zoologii disting populațiile de tundra și stepă ale voleului cu craniu îngust (Microtis gregalis). Specia „veveriță comună” are aproximativ 20 de populații geografice, sau subspecii. 2. Principalele caracteristici ale populațiilor
Număr și densitate– parametrii de bază ai populaţiei. Abundență – numărul total de indivizi dintr-un anumit teritoriu sau dintr-un anumit volum. Densitatea este numărul de indivizi sau biomasa acestora pe unitatea de suprafață sau de volum. În natură, există fluctuații constante ale numărului și densității.
Dinamica numerelor și a densității sunt determinate în principal de ratele natalității, decesele și procesele de migrație. Aceștia sunt indicatori care caracterizează schimbările populației într-o anumită perioadă: lună, anotimp, an etc. Studiul acestor procese și a cauzelor care le determină este foarte important pentru prognoza stării populațiilor.
Fertilitate distinge între absolut și specific. Fertilitate absolută este numărul de noi indivizi care apar pe unitatea de timp și specific- aceeași cantitate, dar atribuită unui anumit număr de indivizi. De exemplu, un indicator al fertilităţii unei persoane este numărul de copii născuţi la 1000 de persoane în timpul anului. Fertilitatea este determinată de mulți factori: condițiile de mediu, disponibilitatea hranei, biologia speciei (rata de maturizare sexuală, numărul de generații în timpul sezonului, raportul dintre masculi și femele din populație).
Conform regula fertilității maxime (reproducție)În condiţii ideale, în populaţii apare numărul maxim posibil de noi indivizi; Fertilitatea este limitată de caracteristicile fiziologice ale speciei.
EXEMPLU. În 10 ani, o păpădie poate umple întregul Pământ, cu condiția ca toate semințele sale să germineze. Salcii, plopii, mesteacănilor, aspeni și majoritatea buruienilor produc semințe excepțional de abundente. Bacteriile se împart la fiecare 20 de minute și în 36 de ore pot acoperi întreaga planetă într-un strat continuu. Fertilitatea este foarte mare la majoritatea speciilor de insecte și scăzută la prădători și mamiferele mari.
Mortalitate, ca și fertilitatea, se întâmplă absolut(numărul de indivizi care au murit într-un anumit timp) și specific. Caracterizează rata scăderii populației din cauza morții cauzate de boli, bătrânețe, prădători, lipsă de hrană și jocuri. rol principalîn dinamica populaţiei.
Populații stabile, în creștere și în scădere. Populația se adaptează la condițiile de mediu în schimbare prin actualizarea și înlocuirea indivizilor, de ex. procese de naștere (reînnoire) și declin (moarte), completate de procese de migrație. Într-o populație stabilă, ratele natalității și mortalității sunt apropiate și echilibrate. Ele pot fi variabile, dar densitatea populației diferă ușor de o anumită valoare medie. Gama speciilor nu crește, nici nu scade.
Într-o populație în creștere, natalitatea depășește rata mortalității. Populațiile în creștere sunt caracterizate de focare reproducere în masă, în special la animalele mici (lacuste, gărgări de cartofi cu 28 de pete, Gândacul de Colorado, rozătoare, corbi, vrăbii; din plante - ambrozie, hogweed lui Sosnovsky din nordul Republicii Komi, păpădie, băț de Himalaya). Populațiile de animale mari cresc adesea în condiții de conservare (elani în Rezervația Magadan, Alaska, cerb sika în Rezervația Ussuri, elefanți în Parcul Național Kenya) sau introducere (elani în Regiunea Leningrad, șobolan moscat în Europa de Est, pisici domestice în familii separate). Când plantele devin supracompactate, ele încep diferenţiere indivizi în dimensiune și stare de viață, auto-subțierea populațiilor și la animale (de obicei coincide cu atingerea maturității sexuale a animalelor tinere) începe migrație spre zonele vacante adiacente.
Dacă rata mortalității depășește rata natalității, atunci o astfel de populație este considerată a fi în scădere. Cel mai adesea, populațiile de specii nedorite cresc necontrolat, în timp ce populațiile de specii rare, relicte și valoroase sunt în declin, atât din punct de vedere economic, cât și din punct de vedere estetic. 3. Structura și dinamica populațiilor
Dinamica și starea populației sunt în concordanță cu structura de vârstă și sex.
Structura de vârstă reflectă rata de reînnoire a populaţiei şi interacţiunea grupelor de vârstă cu mediul extern.
- plante de coacere– 80-100 de ani; pot fi ceva mai mici ca dimensiuni decât arborele-mamă, rodesc din abundență în spații deschise și în pădurile deschise; în pădure pot fi încă în al doilea nivel, dar nu dau roade; sub nicio formă nu sunt repartizați la timonerie;
- arborete de pădure mature– 120 de ani și peste, copaci din primul nivel și arbori pierniciți din al doilea nivel; rodesc din belșug, la începutul acestei etape ajung la maturitate tehnică, la final - biologică;
- supracoaptă- peste 180 de ani, continuă să rodească din abundență, dar treptat devin decrepiți și se usucă sau cad în viață.
Pentru copaci foioase gradațiile și suporturile au dimensiuni similare, dar datorită creșterii și îmbătrânirii mai rapide, clasa lor de vârstă nu este de 20, ci de 10 ani.
CU
Raportul grupelor de vârstă din structura populației caracterizează capacitatea acesteia de a se reproduce și de a supraviețui și este în concordanță cu ratele de fertilitate și mortalitate. În populațiile în creștere, cu o natalitate ridicată, predomină indivizii tineri (fig. 2), încă nereproductivi, în cele stabile, acestea sunt de obicei populații cu mai multe vârste, cu drepturi depline, natalitatea este egală cu declinul populației. În populațiile în scădere, baza este formată din indivizi bătrâni, reînnoirea acestora este absentă sau foarte nesemnificativă.
Structura sexuală
conform legilor genetice, ar trebui să fie reprezentată de un raport egal de indivizi masculin și feminin, adică 1:1. Dar datorită specificului diferitelor sexe, datorită viabilității lor diferite, influenței mediului extern, factorilor sociali, antropici, pot exista diferențe semnificative în acest raport (Fig. 3). Și aceste diferențe nu sunt aceleași ca în diferite populații, și în diferite grupe de vârstă ale aceleiași populații. Pentru populatie fosta URSS Există o scădere evidentă a natalității în timpul războiului și o creștere în anii postbelici. În Republica Africană Kenya, există o legătură naturală între structura de gen și scăderea evidentă a populației la vârsta pre-reproductivă, cu un nivel scăzut de viață și condiții naturale.
Atât diferențele ecologice, cât și cele de comportament sunt puternic exprimate între indivizi de diferite sexe.
EXEMPLU. Masculii și femelele țânțarilor (familia Culicidae) diferă foarte mult unul de celălalt: în ratele de creștere, momentul pubertății și rezistența la schimbările de temperatură. Masculii în stadiul de imago nu se hrănesc deloc sau se hrănesc cu nectar, iar femelele trebuie să bea sânge pentru a fertiliza complet ouăle. La unele specii de muște, populațiile constau numai din femele.
Există specii la care sexul este determinat inițial nu de factori genetici, ci de factori de mediu, cum ar fi, de exemplu, în Arizema japonica, când se formează o masă de tuberculi, inflorescențele feminine se formează pe plante cu tuberculi mari cărnoase, iar inflorescențele masculine sunt format pe plante cu mici. Rolul factorilor de mediu în formarea structurii sexuale la speciile cu generații alternative sexuale și partenogenetice este clar vizibil. La temperatura optimă în dafnie (Daphnia magna), populația este formată din femele partenogenetice, iar la abaterea de la aceasta apar și masculi.
Distributie spatiala există indivizi în populații aleatoriu, grupȘi uniformă.
Distribuție aleatoare (difuză).– neuniform, observat într-un mediu omogen; relaţiile dintre indivizi sunt slab exprimate.
EXEMPLE. Distribuția aleatorie este caracteristică populațiilor în perioada inițială de așezare; populațiile de plante care se confruntă cu o opresiune severă din partea edificatorilor comunitari; populaţii de animale în care legătura socială prost exprimat. În fazele inițiale de așezare și stabilire - insecte dăunătoare pe teren; puieți de specii expansive (pioniere): salcie, choicenia, zada, lespedeza etc., în zonele perturbate (lanțuri muntoase, cariere);
Distribuție în grup cel mai comun; reflectă eterogenitatea condițiilor de viață sau diferite modele ontogenetice (de vârstă) ale populației. Asigură cea mai mare stabilitate a populației.
EXEMPLE. Oricât de uniformă ar părea structura pădurii, aceasta nu are o distribuție atât de uniformă a acoperirii vegetale ca într-un câmp sau gazon. Cu cât microrelieful care determină microclimatul în comunitatea forestieră este mai pronunțat, cu atât este mai pronunțată diversitatea vârstelor arboretului forestier, cu atât structura parcelare a arboretului este mai clar exprimată. Animalele erbivore se unesc în turme pentru a rezista cu mai mult succes inamicilor prădători. Caracterul de grup este tipic pentru animalele sedentare și mici.
Amplasare uniformă rar întâlnit în natură. Se caracterizează prin arborete secundare egale după închiderea coroanei și auto-rățierea intensivă, arborete rare care cresc într-un mediu omogen, plante nepretențioase nivelurile inferioare. Majoritatea animalelor prădătoare care duc un stil de viață activ se caracterizează și prin distribuție uniformă după ce se stabilesc și ocupă întregul teritoriu potrivit pentru viață. 4. Caracter dublu sistemele populației
a) evolutiv şi entitate functionala populatiilor
CU
Ar trebui să se acorde atenție poziției duale a populației în rândurile sistemelor biologice aparținând diferitelor niveluri de organizare a materiei vii (Fig. 4). Pe de o parte, populația este una dintre verigă serie genetico-evolutivă
, reflectând relațiile filogenetice ale taxonilor diferite niveluriîn procesul de evoluție a formelor de viață:
În această serie populația acționează ca forma de existenta a speciei, a căror funcție principală este supraviețuirea și reproducerea. Jucând un rol important în procesul microevoluționar, populația este unitatea genetică elementară a unei specii. Indivizii dintr-o populație au trăsături caracteristice de structură, fiziologie și comportament, adică eterogenitate. Aceste caracteristici sunt dezvoltate sub influența condițiilor de viață și sunt rezultatul microevoluției care are loc într-o anumită populație. Modificările populațiilor în procesul de adaptare la factorii de mediu în schimbare și consolidarea acestor modificări în fondul genetic determină în cele din urmă evoluția speciei.
Pe de altă parte, în aceleași condiții specifice de mediu, populația intră în legături trofice și de altă natură cu populațiile altor specii, formând cu acestea biogeocenoze simple și complexe. În acest caz ea este subsistemul funcțional al biogeocenozeiși reprezintă una dintre legături serie funcţional-energetică :
b) inconsecvenţa biologică a funcţiilor populaţiei
„Dualitatea” populațiilor se manifestă și în inconsecvența biologică a funcțiilor lor, adică. în cadrul seriei funcţional-energetice. Sunt formați din indivizi din aceeași specie și, prin urmare, au aceleași cerințe ecologice pentru condițiile de mediu și au aceleași mecanisme de adaptare. Dar populațiile în sine conțin:
1) probabilitate mare de competiție intraspecifică intensă
2) posibilitatea lipsei unor contacte și relații stabile între indivizi.
Concurența intensă are loc în timpul suprapopulării, ceea ce duce la epuizarea resurselor de susținere a vieții: hrană pentru animale, umiditate, fertilitate și (sau) lumină pentru plante. Dacă numărul de indivizi este prea mic, populația pierde proprietățile sistemului și stabilitatea acestuia scade. Rezolvarea acestei contradicții este principala condiție pentru menținerea integrității sistemului. Constă în necesitatea menţinerii unor numere optime şi a relaţiilor optime între procesele intrapopulaţionale de diferenţiere şi integrare.
Model Lotka–Volterra. Ca exemplu de reglare naturală a procesului de competiție intraspecifică, se poate cita regula Lotka-Volterra, care reflectă relația din lanțul alimentar dintre consumatori și producători, sau prădător și pradă.
Creșterea mărimii și a densității populației nu este infinită. Mai devreme sau mai târziu, există amenințarea cu lipsa resurselor de mediu (hrană, adăpost, locuri de reproducere, epuizarea solului, umbrirea excesivă). Fiecare populație are propriile limite de resurse, numite capacitate medie. Pe măsură ce scade, concurența intraspecifică crește. Sunt activate diferite mecanisme de reglare a populației. La plante, începe auto-rățierea și diferențierea plantelor în mărime și stare fiziologică, la animale scade natalitatea, crește agresivitatea, încep să se stabilească în teritorii libere și încep epidemiile în cadrul populațiilor. Fiecare specie reacționează diferit la propria suprapopulare, dar rezultatul este același pentru toate – inhibarea dezvoltării și reproducerii.
În fig. Figura 5 prezintă modelul grafic Lotka–Volterra. Ne permite să arătăm tendința principală în relația prădător-pradă, și anume că fluctuațiile dimensiunii populației prădătorului sunt în concordanță cu fluctuațiile dimensiunii populației pradă. În același timp, ciclurile de creștere și scădere a numărului de prădători și pradă sunt deplasate unul în raport cu celălalt. Când numărul de pradă (resursa de hrană) este mare, numărul de prădători crește, dar nu la infinit, ci până când apare o tensiune cu hrana. O scădere a rezervelor de hrană duce la creșterea competiției intraspecifice și la o scădere a numărului de prădători, iar aceasta, la rândul său, secvență, duce din nou la o creștere a numărului de pradă.
Legea apariției. Ca sistem integral, o populație poate fi stabilă numai cu contacte strânse și interacțiunea indivizilor între ei.
Numai într-o turmă artiodactilii pot rezista prădătorilor. Doar într-o haită, lupii vânează cu succes. În comunitățile de pădure, de regulă, tufișul arborilor crește mai bine în biogrupuri (efect de grup); refacerea pădurilor în zonele perturbate se desfășoară mai bine cu însămânțarea abundentă și răsărirea uniformă a puieților de copaci. Animalele trăiesc în turme, păsările și peștii trăiesc în turme.
în care o populație, ca sistem, dobândește noi proprietăți care nu sunt echivalente cu o simplă sumă de proprietăți similare ale indivizilor din populație.
De exemplu, atunci când daphnia, hrana bibanului, se adună într-un grup, grupul formează un biocâmp protector, datorită căruia peștii nu „observă” hrana (
orez. 5). O dafnie nu are un astfel de biocâmp și devine rapid pradă peștilor. Același model se manifestă atunci când populațiile sunt combinate într-un sistem de biocenoză - biocenoza primește proprietăți pe care niciunul dintre blocurile sale nu le posedă separat. Această lege este lege apariție, a fost formulat de N.F. Reimers.
Okladnikova El.Vict. 2. Populații. Fluctuații ale numărului populației. Principiile minimului și maximului populației
5. Fluctuații în numere
P
![](https://i0.wp.com/zodorov.ru/lekciya-populyacii-struktura-i-dinamika/10698_html_72a3aa05.gif)
Distinge periodicȘi oscilații neperiodice mărimea populației. Primele apar pe parcursul unui sezon sau mai mulți ani (4 ani - un ciclu periodic de fructificare a cedrului, o creștere a numărului de lemmings, vulpi arctice, bufnițe polare; după un an, merii dau roade pe parcele de gradina), al doilea sunt focare de reproducere în masă a unor dăunători ai plantelor benefice, din cauza perturbărilor condițiilor de habitat (secetă, ierni neobișnuit de reci sau calde, de asemenea anotimpurile ploioase sezonul de vegetație), migrații neașteptate către noi habitate. Fluctuațiile periodice și neperiodice ale numărului populației sub influența factorilor de mediu biotici și abiotici, caracteristici tuturor populațiilor, se numescvaluri de populație.
Orice populație are o structură strict definită: genetică, vârstă-sex, spațială etc., dar nu poate consta din mai puțini indivizi decât este necesar pentru dezvoltarea stabilă și rezistența populației la factorii de mediu. Aceasta este principiu dimensiune minimă populatiilor. Orice abateri ale parametrilor populației de la cei optimi sunt nedorite, dar dacă sunt excesive valori mari nu reprezintă o amenințare directă la adresa existenței speciei, atunci o scădere la un nivel minim, mai ales a mărimii populației, reprezintă o amenințare pentru specie.
EXEMPLE. Foarte multe specii din Orientul Îndepărtat se caracterizează prin dimensiuni minime ale populației: tigrul Amur, leopardul din Orientul Îndepărtat, urs polar, rață mandarină, mulți fluturi: purtător de coadă a lui Maka și purtător de coadă a lui Ksuta, amiral, zefiri, frumusețe Artemis, Apollo, gândacul relict, gândacul de cerb; din plante: toate araliaceae, orhidee, brad cu frunze întregi, pin cu flori dese, cais Manciurian, ienupăr tare, tisa ascuțită, crini cu două rânduri, crini caloși, crini daurieni etc., fritilarul Ussuri, trillium Kamchatka și multe alte specii .
Cu toate acestea, împreună cu principiul dimensiunii minime a populației de asemenea este si principiu, sau de regulă, populația maximă. Constă în faptul că populația nu poate crește la infinit. Doar teoretic este capabil să crească nelimitat în număr.
Conform teoriile lui H.G. Andrevarty-BINE. Mesteacăn (1954) – teoria limitelor populației, numărul populațiilor naturale este limitat de epuizarea resurselor alimentare și a condițiilor de reproducere, de inaccesibilitatea acestor resurse și de perioada prea scurtă de accelerare a creșterii populației. Teoria „limitelor” este completată teoria reglării biocenotice a mărimii populației de K. Fredericks(1927): creșterea populației este limitată de influența unui complex de factori de mediu abiotici și biotici.
Care sunt acești factori sau cauze ale fluctuațiilor populației?
Rezerve suficiente de alimente și penurie de alimente;
Concurență între mai multe populații pentru o singură nișă ecologică;
Condiții de mediu externe (abiotice): regim hidrotermal, iluminare, aciditate, aerare etc.
6. Strategii ecologice ale populaţiilor
Toate adaptările indivizilor la anumiți factori vizează în cele din urmă supraviețuirea pe termen lung și continuarea lor în orice condiții de existență. Printre acestea, se poate distinge un set de caracteristici de bază numite strategie de mediu. Acest caracteristici generale creșterea și reproducerea acestuiadrăguț, inclusiv ritmul de creștere al indivizilor, perioada în care ating maturitatea sexuală, frecvența reproducerii, vârsta maximă etc.
Strategiile de mediu sunt foarte diverse, dar se pot distinge două tipuri extreme: strategia r și strategia K. .
r-strategie– este posedat de specii cu reproducere rapidă (specia r); se caracterizează prin selecție pentru rate crescute de creștere a populației în perioadele de densitate scăzută. Este tipic pentru populațiile din medii cu schimbări bruște și imprevizibile ale condițiilor sau în condiții efemere, i.e. existente pentru o perioadă scurtă de timp (bălți, lunci de apă, cursuri de apă temporare)
Principalele caracteristici ale speciei r : fertilitate ridicată, timp scurt de regenerare, număr mare, de obicei dimensiuni mici ale indivizilor (semințe mici), speranță de viață scurtă, consum mare de energie pentru reproducere, habitate scurte, competitivitate scăzută. Speciile R populează rapid și în număr mare teritoriile neocupate, dar în curând - în timpul vieții de una sau două generații - sunt înlocuite cu specii K.
Speciile r includ bacteriile, toate plantele anuale (buruienile) și insectele dăunătoare (afidele, gândacii de frunze, dăunătorii tulpinilor, lăcustele gregare). Dintre plante perene - specii pioniere: iarba de foc, multe ierburi, pelin, plante efemere, printre speciile de arbori - salcie, mesteacan alb si piatra, aspen, choicenia, printre conifere - zada; Apar mai întâi pe terenuri perturbate: zone arse, lanțuri muntoase, cariere de construcții și de-a lungul drumurilor.
K-strategie– această strategie este deținută de specii cu o rată de reproducere scăzută și o rată de supraviețuire ridicată (specia K); determină selecția pentru supraviețuire la o densitate mare, aproape de maximă, a populației.
Principalele caracteristici ale speciilor K : fertilitate scăzută, speranță lungă de viață, dimensiuni mari indivizi și semințe, puternice sisteme radiculare, competitivitate ridicată, stabilitate în teritoriul ocupat, specializare ridicată a stilului de viață. Pe măsură ce se apropie densitatea maximă, rata de reproducere a populației de specii K scade și crește rapid la densități mici; parintii au grija de urmasii lor. Speciile K devin adesea dominante în biogeocenoze.
Speciile K includ toți prădătorii, oamenii, insectele relicte (fluturi tropicali mari, inclusiv fluturii din Orientul Îndepărtat, gândacul relict, gândacul de cerb, gândacii de pământ etc.), o singură fază de lăcuste, aproape toți copacii și arbuștii. Reprezentanții proeminenți ai plantelor sunt toate coniferele, stejarul mongolian, nucul de Manciurian, plantele, rogozele.
Populații diferite folosesc același habitat în mod diferit, astfel încât specii de ambele tipuri pot exista în el în același timp folosind o strategie.
EXEMPLE. În pădurile de pe profilul ecologic „Taiga de munte” primăvara, înainte ca frunzele să înflorească pe copaci, efemeroidele se grăbesc să înflorească, să rodească și să încheie sezonul de vegetație: corydalis, Adonis Amur, anemonă, violet oriental (galben). Sub baldachinul pădurii încep să înflorească bujorii, crinii și mărunțișul. În zonele deschise din pădurile uscate de stejar de pe versantul sudic, cresc păstucul de oaie și iarba trandafir. Stejarul, păstucul și alte specii sunt K-strategi, Marianberry este r-strategi. În urmă cu 40 de ani, în urma unui incendiu, s-au format parcele de aspen (specia r) în tipul de pădure cu frunze late de brad. În prezent, aspenul părăsește arboretul, fiind înlocuit cu specii K: tei, stejar, carpen, nuc etc.
Orice populație de plante, animale și microorganisme este perfectă sistem viu capabil de autoreglare și restabilirea echilibrului său dinamic. Dar nu există izolat, ci împreună cu populațiile altor specii, formând biocenoze. Prin urmare, mecanismele de interpopulare care reglează relațiile dintre populațiile diferitelor specii sunt, de asemenea, răspândite în natură. Regulatorul acestor relații este biogeocenoza, formată din numeroase populații de specii diferite . În fiecare dintre aceste populații, interacțiunile apar între indivizi, iar fiecare populație are un impact asupra altor populații și asupra biogeocenozei în ansamblu, la fel cum biogeocenoza cu populațiile sale constitutive are un impact direct asupra fiecărei populații specifice.
Raportul indivizilor pe sex și mai ales proporția femelelor reproducătoare în populație sunt de mare importanță pentru creșterea în continuare a numărului acesteia. La majoritatea speciilor, sexul viitorului individ este determinat în momentul fertilizării ca urmare a recombinării cromozomilor sexuali. Acest mecanism asigură un raport egal de zigoți pe sexe, dar nu rezultă de aici că același raport este caracteristic populației în ansamblu. Trăsăturile legate de sex determină adesea diferențe semnificative în fiziologia, ecologia și comportamentul bărbaților și femeilor. Consecința acestui lucru este mai mult probabilitate mare decesele reprezentanților ambelor sexe și modificările raportului pe sexe în populație.
Diferențele ecologice și comportamentale între bărbați și femele pot fi pronunțate. De exemplu, țânțarii masculi din familia Culicidae, spre deosebire de femelele care suge sânge, în perioada imaginară fie nu se hrănesc deloc, fie se limitează la a linga roua, fie consumă nectar de plante. Dar chiar dacă stilul de viață al bărbaților și al femeilor este similar, ele diferă în multe caracteristici fiziologice: ratele de creștere, momentul pubertății, rezistența la schimbările de temperatură, înfometarea etc.
Diferențele de mortalitate apar chiar și în perioada embrionară. De exemplu, printre șobolanii de muscat în multe zone printre nou-născuți de o dată și jumătate mai multe femele decât bărbații. În populațiile de pinguini Megadyptes antipodes, nu se observă o astfel de diferență atunci când puii eclozează din ouă, dar până la vârsta de zece ani rămâne doar o femelă la fiecare doi masculi. La unii lilieci, proporția de femele din populație după hibernare scade uneori la 20%. Multe alte specii, dimpotrivă, se caracterizează printr-o rată de mortalitate mai mare a masculilor (fazani, rațe mallard, țâțe mari, multe rozătoare).
Astfel, raportul de sex într-o populație se stabilește nu numai conform legilor genetice, ci și într-o anumită măsură sub influența mediului.
La furnicile roșii de pădure (Formica rufa), masculii se dezvoltă din ouăle depuse la temperaturi sub +20 °C; la temperaturi mai ridicate, se dezvoltă aproape exclusiv femele. Mecanismul acestui fenomen este că mușchii receptaculului spermatic, unde spermatozoizii sunt depozitați după copulație, sunt activați doar la temperaturi ridicate, asigurând fecundarea ouălor depuse. Din ouăle nefertilizate din himenoptere se dezvoltă numai masculii.
Influența condițiilor de mediu asupra structurii sexuale a populațiilor la speciile cu generații alternative sexuale și partenogenetice este deosebit de clară. La temperaturi optime, Daphnia Daphnia magna se reproduce partenogenetic, dar la temperaturi ridicate sau scăzute, masculii apar în populații. Apariția unei generații bisexuale la afide poate fi influențată de modificările lungimii orele de zi, temperaturile, creșterea densității populației și alți factori.
Printre plantele cu flori se numără numeroase specii dioice în care se găsesc indivizi masculi și femele: specii de sălcii, plopi, naplar alb, măcriș mic, iarbă de lemn perenă, ciulin de câmp etc. Există și specii cu dioeție feminină, când unii indivizi au flori bisexuale, iar altele sunt femele, adică cu un androceu nedezvoltat. De obicei, florile androsterile sunt mai mici decât florile bisexuale. Acest fenomen apare în familiile Lamiaceae, Cloveaceae, Teasulaceae, Campanaceae etc. Exemple de specii cu dioecie femelă sunt cimbrul Marshall, oregano, menta de câmp, mugure de iederă, gumă căzută, muşcate de pădure, etc. Populaţiile de astfel de specii sunt eterogene din punct de vedere genetic. Polenizarea încrucișată este facilitată în ele, iar proteroandria este mai des observată - maturarea mai devreme a anterelor în comparație cu pistilele. În intervalul speciilor, structura sexuală a populațiilor de plante este mai mult sau mai puțin constantă, dar modificările condițiilor externe modifică raportul dintre sexe. Astfel, în anul secetos din 1975 în Trans-Urali, numărul formelor feminine a scăzut brusc, de exemplu, la salvie de stepă de 10 ori, la sparanghel de 3 ori.
Conceptul și structura populației. O populație este o colecție de indivizi ai unei specii biologice care locuiesc pe un teritoriu, având un bazin genetic comun[I] și capacitatea de a se încrucișa liber. O specie de organism poate include mai multe, uneori multe, populații, mai mult sau mai puțin izolate unele de altele. Dacă reprezentanții diferitelor populații ale aceleiași specii sunt plasați în aceleași condiții, își vor păstra diferențele. Dar apartenența la aceeași specie oferă posibilitatea obținerii de descendenți fertili încrucișați de la reprezentanți ai diferitelor populații. Populația este forma elementară de existență a unei specii în natură. Populațiile evoluează și sunt unitățile de evoluție și speciație a speciilor.
Există structuri sexuale, de vârstă, genetice, spațiale și ecologice ale populațiilor.
Structura sexuală a unei populații este raportul dintre indivizii de sexe diferite din ea. În multe organisme, raportul dintre sexe este determinat de diferența dintre seturile de cromozomi ale indivizilor masculin și feminin. Această determinare cromozomială a sexului cu doi factori asigură un număr egal de sexe. Dar la unele plante și animale nu se observă determinarea genetică a sexului cu doi factori, ci cu trei sau mai mulți factori. Aceasta duce la faptul că în anumite condiții, alături de cele normale, apar și indivizi de sex feminin care aduc doar femele sau (mai rar) doar masculi. Ca urmare, în timp, raportul dintre sexe în populație poate devia de la 1:1. Așa apar populații partenogenetice (formate doar din femele) la multe specii de insecte.
În unele cazuri, raportul dintre sexe este determinat nu de factori genetici, ci fiziologici, hormonali care acționează după fertilizare. În cele din urmă, există exemple când o schimbare conditii de mediu afectează în mod diferit bărbații și femeile. Acest lucru duce la fluctuații ale raportului lor de la an la an și la faptul că în diferite populații ale aceleiași specii raportul dintre masculi și femele poate fi diferit.
Structura de vârstă a unei populații - raportul indivizilor dintr-o populație de diferite vârste, reprezentând unul sau diferiți descendenți ai uneia sau mai multor generații. O generație poate consta din indivizi ai unui descendent și din indivizi ai descendenți diferiți (de exemplu, mamifere mici). Dar urmașii pot fi formați și din indivizi de generații diferite: o ghindă care cade dintr-un stejar de 1000 de ani va germina, iar după 20 de ani, polenul stejarului tânăr poate poleniza florile arborelui părinte, care este cu 50 de generații mai în vârstă.
Structura de vârstă a populației reflectă intensitatea reproducerii, rata mortalității și rata schimbării generaționale.
Structura genetică a unei populații este determinată de variabilitatea și diversitatea genotipurilor, de frecvențele variațiilor genelor individuale, precum și de împărțirea populației în grupuri de indivizi similari genetic, între care are loc un schimb constant. Fiecare populație este, de asemenea, caracterizată printr-un anumit nivel de polimorfism fenotipic, i.e. diversitatea trăsăturilor organismelor aflate sub controlul comun al genelor și factorilor de mediu. Același genotip în condiții diferite poate duce la apariția unor fenotipuri diferite. Diversitatea genotipurilor depinde de mărimea populației și de factorii externi care influențează structura acesteia. În populațiile mici izolate și stabile, frecvența consangvinizării crește în mod natural, ceea ce reduce diversitatea genetică și crește amenințarea cu dispariția.
Structura spațială a unei populații este natura plasării și distribuției membrilor individuali ai populației și a grupărilor acestora în teritoriul (zona) populației. Principiul teritorialității este implementat într-o populație: toți indivizii și grupurile lor au spațiu individual și de grup care apare ca urmare a separării fizico-chimice sau comportamentale active. Este adesea combinată cu agregarea, o grupare de indivizi care crește competiția între indivizi, dar promovează supraviețuirea grupului în ansamblu. Așa se formează turmele, turmele, coloniile și alte asociații de indivizi, datorită cărora se obțin diverse efecte protectoare. Există o distribuție aglomerată, aleatorie și uniformă a indivizilor în populații. Pentru diferite organisme, există anumite zone individuale și raze ale activității trofice, de hrănire și raze ale activității de reproducere - distanța medie dintre locul de formare (naștere) și locul de reproducere. În consecință, lungimea rutelor, mobilitatea și costurile energetice diferă când comportament alimentarși contactele intrapopulație. Multe animale prezintă o „dezvoltare economică” adecvată a teritoriilor individuale și de grup din cadrul populației.
Structura ecologică a unei populații este subdiviziunea oricărei populații în grupuri de indivizi care interacționează diferit cu factorii de mediu. JIenco, grupurile nutriționale sunt identificate, deoarece indivizii de sexe și vârste diferite au preferințe alimentare diferite. Diverși membri populațiile diferă unele de altele prin comportamentul de orientare și activitatea motrică; Multe animale au diferențe bine definite în reacții pentru a evita pericolul sau pentru a optimiza căutarea. Adesea, există o distribuție a funcțiilor („diviziunea muncii”) atunci când vânați prada, îngrijirea descendenților etc. Prezența unor grupuri de indivizi migratori și nemigratori lasă o amprentă asupra unui număr de caracteristici fiziologice ale nutriției, comportamentului sexual și activității de grup. Toate populațiile sunt, aparent, caracterizate prin diferențiere fenologică: momente diferite ale începutului și sfârșitului ciclurilor sezoniere de dezvoltare și comportament (diapauză, hibernare, activitate sexuală, năpârlire, înflorire, fructificare, căderea frunzelor etc.); prezența raselor sezoniere la insecte, plante și pești migratori.
Dimensiunea și dinamica populației. Pentru a implementa o structură normală a populației, aceasta trebuie să aibă o anumită dimensiune și densitate minime, adică număr de indivizi
Datorită modificărilor condițiilor de mediu, numărul și densitatea populațiilor sunt în continuă schimbare. De obicei, aceste fluctuații sunt dezordonate și depind de o combinație aleatorie a mai multor factori. Dar, în orice caz, densitatea populației fluctuează în jurul nivelului capacității medii a mediului. Dacă rezistența mediului este scăzută pentru o perioadă lungă de timp, de exemplu din cauza condițiilor meteo favorabile și de hrănire, atunci se poate observa reproducere rapidă la speciile cu generații suprapuse (în primul rând //-strategi). Acesta este modul în care apar focare masive de numere la unele insecte.
Unele populații (de exemplu, locuitorii din Subarkika) se caracterizează prin fluctuații relativ ordonate ale numărului, cu creșteri și scăderi alternând la anumite intervale ~~ de la trei la zece ani. Adesea, motivul acestei ciclicități este influența reciprocă a populațiilor de prădători și pradă (Fig. 3.2).
Stabilitatea și viabilitatea populațiilor. Capacitatea multor forme de a se reproduce rapid creează iluzia că o pereche este suficientă pentru a „continua cursa”. În realitate, acest lucru este posibil doar în cazuri excepționale. Pentru a menține existența pe termen lung a populațiilor naturale, sunt necesare alte condiții.
Principalii factori pentru sustenabilitatea populaţiilor sunt: menţinerea controlului complet asupra structurii genetice a populaţiei de către selecție naturală, în special, menținerea unui anumit nivel de diversitate și de derive genetică într-o populație, ceea ce necesită comunicarea între populațiile aceleiași specii; menținerea unei relații normale de sistem între toți parametrii structura populatiei, precum și între acestea și ansamblul condițiilor de mediu caracteristice populației; menținerea dimensiunii efective a populației, precum și riscul minim de depășire a limitei minime admisibile de dimensiune, menținând în același timp potențialul de reproducere.
Figura 3.2. Fluctuații ale numărului de iepuri de munte americane (x,) și de râs care îl vânează (X2) în pădurile din Canada (conform datelor de recoltare a blănurilor)
În cazul general, durata așteptată de existență a unei populații T ca criteriu al „viabilității” acesteia depinde de valoarea medie a potențialului biotic r și de dispersia acestuia Sr la dimensiunea maximă a populației Nm: T = f(r, sr, Nm) (Goodman, 1989). Studiul modelului a arătat, în primul rând, că extincția populației este posibilă în condiția Sr gt; 2d, în al doilea rând, că atât g cât și Nm pot fi reprezentați ca funcții ale masei corporale. Din aceste date rezultă, în special, că pentru o probabilitate mare, de 95% de supraviețuire în următorii 100 de ani, populația de elefanți trebuie să aibă o populație de cel puțin 100, iar populația de șoareci trebuie să aibă o populație de cel puțin 10.000.