Экология популяций.

Популяцию можно определить как любую группу организмов одного вида, занимающую определенное пространство и функционирующую как часть биотического сообщества. Популяция, как и составляющие ее организмы, растет, дифференцируется и поддерживает саму себя. Обмен генами превращает популяцию в относительно целостную генетическую систему, а взаимоотношения особей позволяют поддерживать оптимальную в данных условиях численность – гомеостаз.

Популяциям, как групповым объединениям присущ ряд специфических свойств:

1) численность – общее количество особей на выделяемой территории

2) плотность – среднее число особей на единицу площади (средняя плотность – среднее число особей на единицу всего пространства; удельная - среднее число особей на единицу обитаемого пространства). Для учета плотности используют методы: 1) тотального учета; 2) пробных площадок; 3) методы мечения с повторным отловом; 4) метод без взятия проб (для неподвижных объектов);

3) рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Различают несколько типов рождаемости: максимальную, проявляющуюся в идеальных условиях, при отсутствии лимитирующих факторов; экологическую, действующую при фактических условиях; абсолютную; удельную – на одну особь в популяции (в демографии на 1 женщину репродуктивного возраста).

4) смертность– количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени. Различают экологическую (в данных условиях) и минимальную (в идеальных условиях). Часто вместо смертности (М) используют термин – выживаемость (1-М).

При изучении популяции составляют таблицы выживаемости, учитывающие возраст особей и удельную выживаемость в каждом возрасте. На основании таблиц строят кривые выживания.

1 – наибольшая смертность происходит на конец жизни

5- смертность высока на ранних стадиях

2- Выживание резко меняется при переходе от одной стадии жизненного цикла к другой

3 – теоретическая кривая

4 – сигмоидная кривая, приближающаяся к 3 (у многих птиц, мышей, кроликов) – смертность высока у молодых особей, а у взрослых она ниже и более или менее постоянна.

Форма кривой зависит от заботы о потомстве, от плотности популяции.

У людей на протяжении почти всей истории была высокая детская смертность, которая резко снизилась с успешным развитием медицины. Это привело к изменению типа кривой выживаемости в поколениях и стремительному увеличению численности населения Земли, получившему название демографического взрыва.

5) прирост популяции– разница между рождаемостью и смертностью. Если теоретически популяцию не лимитируют факторы внешней среды, то она способна к неограниченному росту численности и в таком случае скорость роста популяции зависит только от величины биотического потенциала, свойственного виду. Это теоретический максимум потомков от одной особи за единицу времени.

,

где - максимально возможный прирост популяции, - отрезок времени, N₀ –начальная численность популяции.

Величина r, например, у косули = 10-15 потоков, пчелы – 50тыс.яиц, рыб – до нескольких миллиардов икринок. Разницу между максимальным r и скоростью роста, наблюдаемой в реальных полевых или лабораторных условиях, часто используют как меру сопротивления среды, которая характеризует сумму всех лимитирующих факторов среды, препятствующих реализации биотического потенциала.

6) темп роста– средний прирост за единицу времени.

7) кривые роста

характер увеличения численности популяции ожжет быть различным, и в связи с этим выделяют различные типы роста популяции: J – образный и S – образный (сигмоидный). При J – образной кривой плотность быстро возрастает по экспоненте, но затем, когда, начинают действовать сопротивление среды или другой лимитирующий фактор, рост быстро прекращается. Этот тип роста описывается уравнением:

,

где - изменение числа организмов, - изменение температуры, N – число организмов.

При заданном ограничении на величину N.

При достижении верхнего предела для N плотность может некоторое время оставаться на это уровне или сразу же резко падает, что приводит к релаксационно-колебательному характеру изменений плотности. Такое изменение численности свойственно, например, одноклеточным планктонным водорослям во время цветения, однолетним растениям, некоторым насекомым.

При описываемом сигмоидной кривой типе роста популяция вначале увеличивается медленно (фаза положительного ускорения или становления), затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постоянно замедляется (фаза отрицательного ускорения); в конце концов будет достигнуто равновесие, которое и сохраняется. Такой тип роста описывается уравнением:

,

где К – константа верхнего предела численности популяции.

Такая форма кривой обусловлена постепенным усилением по мере нарастания плотности популяции – действия неблагоприятных факторов (сопротивление среды). В отличии от J – образного роста, при котором популяция начинает испытывать сопротивление среды почти в конце своего роста. Т.е. сигмоидный рост еще называют ростом, обусловленным плотностью.

8) гомеостаз популяции и регуляция численности

Гомеостаз популяции - это поддержание определенной численности. Регуляция численности бывает независимая (сильные бури, внезапные падения температуры) или зависимая (конкуренция, паразитизм и другие биотические факторы, которые приводят у одних видов к гибели избытка особей, а у других к понижению плодовитости на основе условных рефлексов) от численности.

К жестким формам можно отнести, например, явление самоизреживания у растений: при большой густоте всходов часть растений неминуемо погибает в результате угнетения физиологически более сильными соседями, имеет значение температура появления всходов, детали микроокружения.

У растений регуляция плотности может также осуществляться путем изменения вегетативно мощности каждого (происходит стабилизация не числа особей в популяции, а общей листовой фотосинтезирующей поверхности).

У животных жесткие формы регуляции плотности популяции проявляются лишь в тех случаях, когда запасы пищи, воды или других ресурсов резко ограничены (каннибализм у окуня при отсутствии других видов рыб; самки наездников откладывают в мелких хозяевах, представляющих собой алый запас корма, преимущественно неоплодотворенные яйца, из которых у перепончатокрылых развиваются самцы, что влияет на численность следующего поколения).

Механизмом, задерживающем рост популяции могут быть химические взаимодействия особей (один крупный головастик Rana pipiens может задержать рост всех других в аквариуме на 75 литров).

Другой механизм – проявление при увеличении плотности инстинктов массовой миграции (у тлей увеличение плотности вызывает появление крылатой фазы и разлет).

Наиболее эффективный механизм сдерживания роста численности на данной территории – территориальное поведение животных (мечение и охрана участков не допускают размножение на них чужих особей). Избыточная часть популяции выселяется, иногда это приобретает характер нашествий. При перенаселенности у млекопитающих в результате гормональных изменений (ответ на стресс) понижается плодовитость, падает рождаемость, повышается агрессивность и уровень смертности. При стабилизации численности физиологическое состояние нормализуется.

Популяции свойственна определенная организация: