Популяции и продолжительность жизни.

 

Популяция — это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.

 

Постоянное обновление популяции сопровождается сложными процессами обмена генетическим материалом, происходящим в результате случайного подбора родительских пар. В некотором смысле она напоминает котел, в котором происходит постоянное перемешивание материала, идущего на создание свойств новых, нарождающихся организмов. Одновременно происходит отбор и закрепление таких видовых признаков и свойств, которые оказываются полезными для поддержания жизни популяции в сложившихся условиях.

 

Существование ареала распространения вида не означает реальной возможности всем особям свободно перемещаться в его границах. Степень подвижности особей выражается расстоянием, на которое может перемещаться животное, т.е. радиусом активности. Для растений этот радиус определяется расстоянием, на которое распространяется пыльца, семена или вегетативные части, способные дать начало новому растению. Для улитки он составляет несколько десятков метров, для ондатры — несколько сотен метров, для северного оленя — более 100 км.

 

Вследствие ограниченности радиуса активности лесные полевки, обитающие в одном лесу, имеют мало шансов встретиться в период размножения с полевками соседнего леса, хотя их встречи не исключаются полностью. Это приводит к обособлению отдельных групп — популяций. Так, например, популяцию образуют все особи окуня в небольшом озере или все деревья одного вида в лесу.

 

Таким образом, популяция представляет собой форму существования вида, обеспечивающую приспособленность его к конкретным условиям среды. Все живые существа входят в популяции.

 

Численность популяций может резко меняться по сезонам и годам. Известно массовое размножение в некоторые годы лемингов (мелких грызунов), саранчи, болезнетворных микробов, божьих коровок. У видов животных и растений с большой продолжительностью жизни и малой плодовитостью численность популяции более устойчивая. У насекомых и мелких растений на открытых пространствах она нередко составляет сотни тысяч и миллионы особей.

 

Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и собственными, присущими только группе особей в целом. Рождаемость, смертность, возрастная структура, плотность населения и другие свойства могут иметь смысл только на групповом уровне. Основными экологическими характеристиками популяции считаются:

- величинапо занимаемому пространству и по численности особей;

- структуравозрастная, половая, пространственная, экологическая и др.;

- динамика.

 

Минимальный размер для самовоспроизводства на протяжении разных поколений подразумевает численность, достаточную для выживания популяции при резких ее изменениях.

 

Под численностью популяциипонимают эффективную величину численности, т.е. число размножающихся животных, которое всегда меньше общего числа особей, составляющих популяцию.

 

Любая популяция способна (теоретически) к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды абиотического (прежде всего климат) и биотического (конкуренция, хищники, паразиты, болезни) происхождения. В таком случае скорость роста популяции будет определяться величиной биотического или репродуктивного потенциала.

 

Значение биотического потенциала чрезвычайно различно у разных видов. Так, слониха способна произвести за жизнь около 10 детенышей, а луна-рыба откладывает до 3 млрд. икринок. В природе, однако, рост численности популяций любого вида никогда не бывает бесконечным, поскольку ресурсы, за счет которых существуют виды, на любой территории имеют пределы. Эти пределы называют емкостью среды(К) для конкретных популяций. Например, еловый лес – более емкая среда для белок, нежели смешанный с березами, поскольку основная пища этих зверьков – семена шишек.

 

Эта динамика описывается уравнением А. Лотки:

dN/dt = rN,

где N – численность особей, t – время, r – биотический потенциал.

График этой функции есть экспонента (кривая 1 рис. 1.5).

 

 

 

Рис. 1.5. Теоретические кривые роста популяции

 

Модель динамики численности популяции при ограниченных (лимитированных) ресурсах предложили Р. Пирл и А. Ферхюльст. В общем виде их уравнение записывается так:

(1.1)

 

Выражение  – характеризует так называемое сопротивление среды,совокупность всех «ограничителей» роста популяции (неоптимальная температура, влажность, присутствие хищников, паразитов, нехватка пищи и т.п.).

Уравнение Пирла-Ферхюльста лежит в основе практически всех математических моделей конкуренции, хищничества, симбиоза. Оно описывает наиболее реальный и универсальный тип роста популяций микроорганизмов, животных, растений и человека (кривая 2 на рис. 1.5).

Средняя продолжительность жизни организмов и соотношение численности особей различного возраста характеризуются возрастной, а соотношение особей разного пола — половой структурами популяции. Фор­мирование возрастной структуры происходит в результате совместного действия процессов размножения и смертности.

Со временем даже в пределах одной и той же популяции могут происходить значительные изменения возрастной структуры. В таких случаях «включаются механизмы», автоматически возвращающие популяцию к некоторому нормальному для данной популяции возрастному распределению. Причем популяции, включающие в себя много возрастных групп, в меньшей степени подвержены воздействию факторов, влияющих на размножение в конкретном году.

Даже крайне неблагоприятные условия, вызывающие полную гибель приплода в тот или иной год, не становятся катастрофическими для популяции сложной структуры, так как родительские пары участвуют в воспроизводстве многократно. Тем не менее следы изменений условий жизни сохраняются в облике сложных популяций гораздо дольше, чем у простых.

 

 

 

Рис. 1.6. Гомеостаз в популяции животных, регулируемый доступностью пищевых ресурсов

Для роста численности популяций большое значение имеет соотношение особей по полу. Генетический механизм обеспечивает примерно равное соотношение особей разного пола при рождении. Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате различий физиологических, поведенческих и экологических реакций самцов и самок, вызывающих неравномерную смертность.

 

Анализ возрастной и половой структуры популяции позволяет прогнозировать ее численность на ряд ближайших поколений и лет. Этим пользуются для оценки возможности промысла рыбы, в охотничьих хозяйствах и прочих подобных случаях.

 

На рис. 1.6 представлена схема поддержания гомеостаза животных, регулируемого доступностью пищевых ресурсов. При этом возникает так называемая отрицательная обратная связь:повышение плотности популяции усиливает действие механизмов, снижающих эту плотность.

 

Популяция обладает общим генофондом и занимает определенную территорию. Ее рассматривают как элементарную единицу процесса микроэволюции,поскольку она обладает уникальным и важнейшим для поддержания жизни вида в течение длительного периода качеством – способностью к перестройке своего генофонда в ответ на изменение экологических факторов среды обитания.

 

У особей популяции формируются адаптации, соответствующие условиям той местности, где они обитают. Поэтому популяция представляет собой развивающуюся единицу,причем важнейшую в экологическом понимании. Она может существовать длительное время в регионе при наличии подходящего климата, питательных веществ и источника энергии, входя в состав пищевой сети, характерной для этой области экосистемы. Таким образом, популяция обладает не только самостоятельной эволюционной судьбой, но и является основным биотическим, т.е. живым элементом более сложных уровней организации живой материи – экосистем. Во всех случаях в популяциях действуют законы, позволяющие таким образом использовать ограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства. Это является генетической цельюпопуляции.

 

Состояние популяции на данный момент времени характеризуют статистические показатели.К ним относятся численность и плотность.

 

Плотность популяции – среднее число особей (или биомассы) на единицу площади или объема, занимаемого популяцией пространства. Плотность популяции изменчива, она зависит от численности. В случае возрастания последней плотность популяции не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение ее, т.е. расширение ареала обитания.

 

Динамическиепоказатели популяции включают рождаемость, смертность, прирост и темп роста популяции.

 

Рождаемость(плодовитость) – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Она характеризуется так называемым биотическим потенциалом,представляющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном только теоретически при идеальных экологических условиях существования) особи определенного вида могут покрыть Земной шар равномерным слоем. Этот важнейший, хотя и условный, показатель имеет самые различные значения. Так, для слонов он составляет 0,3 м/с, а для некоторых микроорганизмов – более 100 м/с. Удивительный факт: один одуванчик менее чем за 10 лет способен заселить своими потомками земную поверхность, если все семена прорастут. На практике такая громадная плодовитость никогда не реализуется.

 

Смертность популяции, подобно плодовитости, изменяется в зависимости от условий среды обитания, возраста и состояния популяции; она выражается в процентах к начальной или чаще к средней ее величине.

 

Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть положительным, нулевым и отрицательным.

 

Темп роста популяции – средний прирост ее за единицу времени.

 

Сумма статистических сведений о популяции (численности, плотности, возрастном и половом составе) называется биологической демографией.

 

Систему взаимоотношений между членами одной популяции называют этологической или поведенческой структуройпопуляции.

 

Рассмотрим наиболее характерные формы совместного существования особей в популяции.

 

Одиночный образ жизниведут многие виды, например, ежи, сомы, щуки и т.д., но лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Поэтому абсолютно одиночного существования организмов в природе не встречается, иначе погибли бы соответствующие популяции.

 

У искусственно изолированных особей заметно меняется уровень метаболизма, быстрее расходуются резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность. Под эффектом группыпонимают оптимизацию физиологических процессов, ведущую к повышению жизнеспособности особей при их совместном существовании. Так, у овцы вне стада резко учащаются пульс и дыхание, а при виде приближающегося стада эти процессы нормализуются, и овца успокаивается. Характерно, что для выживания африканских слонов стадо должно состоять, по крайней мере, из 25 особей. Эффект группы состоит также в ускорении темпов роста животных, повышении плодовитости, более быстром образовании условных рефлексов, повышении средней продолжительности жизни индивидуума.

 

Изложенное позволяет понять, почему предъявляются повышенные требования при формировании групп космонавтов, отрядов специального назначения, экипажей, которые должны длительно находиться в замкнутом пространстве, либо длительно общаться друг с другом. При удачном подборе в таком коллективе явно проявляется «эффект группы», и он успешно справляется с поставленной задачей.

 

Семейный образ жизнирезко усиливает связи между родителями и их потомством. Известное проявление этого – забота одного из родителей об отложенных яйцах или кормление самцом самки. При этом заботы о птенцах продолжаются до поднятия их на крыло, а у ряда крупных млекопитающих (медведей, тигров) детеныши воспитываются в семейных группах в течение нескольких лет, до наступления их половой зрелости.

 

Колония,будучи групповым поселением оседлых животных, может существовать как длительно, так и возникать лишь на период размножения (грачи, чайки, гагары и т.п.). Значительно более сложная форма колонии – поселенияживотных, в которых отдельные их жизненные функции выполняются сообща, что повышает вероятность выживания отдельных особей. Так, тревога, поднятая любой заметившей хищника птицей, мобилизует остальных и им удается его отогнать. Некоторые общественные насекомые – пчелы, муравьи, термиты организуют весьма сложные колонии – семьи.Здесь насекомые выполняют сообща много основных функций: защиты, размножения, обеспечения кормом себя и потомства, строительства и т.п., для чего осуществляют обязательное разделение труда и специализацию отдельных особей, в том числе разных возрастных групп.

 

Стаяпредставляет собой временное объединение животных одного вида (насекомых, птиц, рыб, реже млекопитающих и др.). Стайность облегчает выполнение каких-либо функций в жизни вида, например, защиты от врагов, добычи пищи, миграции. Так, волчьим стаям удается справиться с крупными копытными (например, взрослым лосем), охота на которых в одиночку часто заканчивается гибелью самого хищника. В процессе групповой охоты вожак стаи «организует» засады, захват жертвы в кольцо и другие действия, что требует согласованности и координации действий всех членов стаи.

 

Стадо – это группа диких или домашних животных одного вида, обитающая на какой-либо территории (например, стадо оленей) или акватории. В стаде осуществляются все основные функции жизни: добывание корма, защита от хищников, миграции, размножение, воспитание молодняка и т.п. При этом основу группового поведения животных в стадах составляют взаимоотношения доминирования (главенства) – подчинения. Осуществив своеобразную «расстановку сил», животные уже не тратят лишней энергии на конфликты между отдельными особями, а группа в целом получает преимущества, подчиняясь наиболее сильным и опытным индивидуумам.

 

Одной из фундаментальных экологических характеристик популяции является ареал вида.

Протяженность популяционного ареала определяется биологией вида, особенно радиусом его индивидуальной активности перемещения. Так, популяции видов относительно крупных животных (рыб, млекопитающих, птиц и др.), которые могут преодолевать большие пространства, имеют больший ареал по сравнению с популяциями видов мелких животных с ограниченной подвижностью. Ареал способен пульсировать, т.е. он может расширяться или сокращаться даже в связи с сезоном года; существенное расширение границ ареала вида наблюдается при миграции и территориальной экспансии входящих в нее особей (наглядный пример здесь – способность огромных стай саранчи преодолевать тысячи км).

 

Популяции присуще важнейшее свойство – саморегуляция.Она осуществляется действующими в природе двумя взаимно уравновешивающимися силами: способностью к размножению и зависящей от плотности популяции реакции, напротив, ограничивающей воспроизводство.

 

Продолжительность жизни вида зависит от условий (факторов) жизни. Различают физиологическую и максимальную продолжительность жизни. Физиологическая продолжительность жизни – это такая продолжительность жизни, которая определяется только физиологическими возможностями организма. Теоретически она возможна, если допустить,что в период всей жизни организма, на него не оказывают влияния лимитирующие факторы.

 

Максимальная продолжительность жизни - это такая продолжительность жизни, до которой можеь дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды.

 

Эта величина варьирует в широких пределах: от нескольких минут у бактерий до нескольких тысячелетий у древесных растений, например у секвойи, то есть от 10³ до 10¹¹с. Чем крупнее животное или растение, тем дольше они живут.

 

Структуру продолжительности жизни можно получить с помощью таблиц выживания.

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1991; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!