Рост популяции.
Такие показатели, как рождаемость, смертность и возрастная структура, весьма
важны, но ни по одному из них нельзя судить о росте популяции в целом. Между
тем представления о росте популяций необходимы для понимания их способностей
к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики.
Характер увеличения численности популяции может быть различным. В связи с -этим
выделяют два типа роста популяций. Их различия можно проиллюстрировать с помощью
кривых, передающих характер нарастания численности популяций во времени.
На рисунке изображены две кривые, одна из которых имеет J-образное, а другая
S-образное начертание.
В первом случае плотность популяции увеличивается с возрастающей скоростью
до тех пор, пока не начинают действовать факторы, ограничивающие рост (ограничение
может быть связано с полным использованием потребляемых популяцией ресурсов
или с иными видами ограничений).
При втором типе роста популяция вначале увеличивается
медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постепенно
замедляется. В конце концов достигается равновесие, которое и сохраняется.
Закон роста популяции первого типа можно сформулировать в виде простого математического
соотношения, согласно которому скорость прироста численности популяции (N) за
промежуток времени (T), то есть N/T, пропорциональна ее общей численности (N):
N/T = r*N, где константа r характеризует скорость процесса нарастания численности.
J-образная кривая называется кривой экспоненциального роста.
При S-образной кривой роста, называемым логистическим, скорость прироста численности
популяции пропорциональна разности между достигнутой величиной популяции (ее
плотностью в данный момент времени — N) и максимально возможной плотностью в
данной среде обитания (К), то есть:
N/T = г/(К — N).
Величину К называют также верхним пределом роста. Как и в предыдущем уравнении,
константа г характеризует скорость достижения верхнего предела роста.
Характерные типы роста популяций можно наблюдать, когда тех или иных животных
вселяют в незанятые области или они сами распространяются в новые районы. Самовселение
некоторых представителей морской фауны рыб (например, тюльки) можно наблюдать
в водохранилищах Волги, Камы, Днепра, где их численность достигла значительных
величин. Рост плотности этих популяций описывается S-образной кривой.
Экспоненциальная J-образная кривая хорошо показывает рост популяций некоторых
микроорганизмов, например грибковых дрожжей, некоторых видов микроскопических
водорослей. В целом, чем крупнее организмы, тем ближе к логистическому типу
рост плотности их популяций.
Факторы, зависимые от плотности популяции
Факторы, зависимые от плотности популяции, изменяют ее численность в сторону оптимального уровня и предотвращают перенаселение, поэтому их еще называют регулирующими факторами. К ним относятся биотические и природоохранные антропогенные факторы. Зависимыми от плотности популяции факторами являются: запасы кормовых ресурсов, наличие естественных врагов, конкурентов, различные виды природоохранной деятельности. На рисунке видно, что изменение количества кормовых ресурсов приводит к синхронному изменению численности популяции. Как вы думаете, какие свойства популяции и в каком направлении будут при этом изменяться?
Так, численность популяций снижается пропорционально количеству хищников, паразитов, возбудителей болезней и возрастает пропорционально запасу кормовых ресурсов. Таким образом, их наличие в среде обитания сглаживает резкие колебания численности популяции и способствует ее поддержанию в равновесном состоянии.
Когда численность популяции приближается к емкости среды, возникает нехватка корма вследствие его усиленного выедания. И тогда приводится в действие механизм регуляции численности популяции через внутривидовую конкуренцию за лимитирующие ресурсы. Если плотность популяции высокая, ее регулирует повышение смертности в результате обострения конкуренции. Часть особей погибает либо из-за нехватки корма (травоядные животные), либо в результате физического или химического воздействия особей друг на друга. Повышение смертности приводит к снижению плотности. Если плотность популяции низкая, происходит ее пополнение за счет увеличения рождаемости вследствие возобновления кормовых ресурсов и ослабления конкуренции.
! Это интересно
Биологическая война — это умерщвление конкурентов внутри популяции путем прямого нападения (хищники одного вида). Резкое снижение кормовых ресурсов может приводить к возникновению каннибализма (поедание себе подобных). Химическая война — это выделение химических веществ, задерживающих рост и развитие или убивающих молодых особей (растения, водные животные). Проявление химической войны можно наблюдать на примере развития головастиков. При высокой плотности более крупные головастики выделяют в воду вещества, которые подавляют рост мелких особей. Поэтому завершают свое развитие только крупные головастики. Лишь после этого начинают расти мелкие головастики.
Регуляция численности популяции через количество кормовых ресурсов четко прослеживается на примере взаимодействия популяций хищника и жертвы. Они оказывают взаимное влияние на численность и плотность друг друга, вызывая повторяющиеся подъемы и спады численности обеих популяций, причем в этой системе колебаний увеличения численности хищника отстают по фазе от увеличений численности жертвы.
Примерно по тому же механизму осуществляется взаимная регуляция численности популяций паразита и хозяина при паразитизме. При повышении плотности популяции хозяина облегчается передача возбудителей от одной особи к другой, так как увеличивается частота контактов. В результате возникает вспышка заболевания, приводящая к увеличению смертности. Снижение плотности популяции хозяина препятствует переносу возбудителя, и здоровые особи начинают размножаться. Следовательно, хищники и паразиты в природе играют регулирующую роль, препятствуя чрезмерному росту численности других популяций. Полное их уничтожение может привести к нарушению равновесия в природных системах.
! Это интересно
Важным механизмом регуляции численности в переуплотненных популяциях является стресс-реакция. Повышение плотности популяции приводит к увеличению частоты встреч между особями, что вызывает у них такие физиологические изменения, которые ведут либо к снижению рождаемости, либо к увеличению смертности. Это является причиной уменьшения численности популяции. Стресс не вызывает необратимых изменений в организме, а лишь приводит к временному блокированию некоторых функций. При устранении перенаселения способность к размножению быстро восстанавливается.
Все зависимые от плотности популяции механизмы регуляции численности включаются до того, как произойдет полное исчерпание ресурсов среды. Благодаря этому в популяциях сохраняются и поддерживаются оптимальные свойства и структура, что позволяет им длительно находиться в равновесном состоянии. Сохранение многочисленности популяций в пределах ареала обеспечивает сохранение и эволюцию вида.
Популяции
Для характеристики популяции используются такие показатели, как численность (общее число организмов данного вида в местообитании), рождаемость, смертность. Один из основных параметров — плотность или количество особей на единицу поверхности (в единице объёма).
Важны и другие показатели:
- динамика численности (увеличение или уменьшение);
- скорость роста;
- структура (возрастная, половая, пространственная).
При изучении конкретной популяции обращают внимание на её численность и плотность. Пример: численность волков может быть ограничивающим фактором для зайцев
Волк питается травоядными животными, а при высокой численности хищников им требуется больше корма. Численность популяции зайцев может сильно сократиться. И наоборот, сокращение численности хищников ведёт к увеличению численности популяции жертв — размножению грызунов, распространению среди них инфекционных заболеваний.
При чрезмерном увеличении численности и плотности популяции возрастает сила давления, оказываемая на среду обитания и другие живые организмы. При сокращении численности существует опасность исчезновения данного вида, сокращения биоразнообразия. Кроме того, экологическую нишу исчезающего вида может занять более агрессивный.
Если условия оптимальные для популяции, то численность организмов данного вида увеличивается с максимальной скоростью. Так происходит при обилии пищи, отсутствии врагов и перенаселении самой популяции. Примеры таких изменений: «цветение» воды в стоячих водоёмах из-за усиленного размножения водорослей, вспышки размножения саранчи.
Неоднородность популяции — это фактор благоприятный для выживания. Наоборот, внутри- и межвидовая конкуренция в условиях нехватки ресурсов приводят к замедлению роста популяций. В какой-то момент времени численность достигает уровня, когда рождаемость равна смертности. Такое состояние называется равновесной плотностью популяции.
Регуляция численности (плотности) популяции
Гомеостаз популяции — поддержание определенной численности (плотности). Изменение численности зависит от целого ряда факторов среды — абиотических, биотических и антропогенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно влияющий на рождаемость, смертность, миграцию особей и т.д.
Факторы, регулирующие плотность популяции, делятся на зависимые и независимые от плотности. Зависимые от плотности факторы изменяются вместе с изменением плотности, к ним относятся биотические факторы. Независимые от плотности факторы остаются постоянными с изменением плотности, это абиотические факторы.
Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей численности. Выделяют три механизма торможения роста численности популяций: 1) при возрастании плотности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность; 2) при возрастании плотности усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны и смертность увеличивается; 3) при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции, например, быстро размножающиеся особи заменяются медленно размножающимися.
Понимание механизмов регуляции численности популяций чрезвычайно важно для возможности управления этими процессами. Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов
Причины этого в чрезмерном истреблении особей, ухудшении условий жизни вследствие загрязнения окружающей среды, беспокойства животных, особенно в период размножения, сокращение ареала и т.д. В природе нет и не может быть «хороших» и «плохих» видов, все они необходимы для ее нормального развития. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения биологического разнообразия. Сокращение генофонда живой природы может привести к трагическим последствиям. Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) издает «Красную книгу», где регистрирует следующие виды: исчезающие, редкие, сокращающиеся, неопределенные и «черный список» безвозвратно исчезнувших видов.
В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: правильное ведение охотничьего хозяйства и промыслов (установление сроков и угодий охоты и отлова рыбы), запрещение охоты на некоторые виды животных, регулирование вырубки леса и др.
В то же время деятельность человека создает условия для появления новых форм организмов или развития старых видов, к сожалению, часто вредных для человека: болезнетворных микроорганизмов, вредителей сельскохозяйственных культур и т.д.
Источник
Регуляция численности популяции.
Известны случаи, когда в условиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят
резкие изменения физиологического состояния. Такие изменения прежде всего затрагивают
органы нейро-эндокринной системы, сказываясь на поведении животных, изменяя
их устойчивость к заболеваниям и другим видам стресса.
Иногда это приводит к повышенной смертности особей и снижению плотности популяции
Зайцы-беляки, например, в периоды пика численности часто внезапно погибают от
«шоковой болезни».
Такие механизмы несомненно могут быть отнесены к внутренним регуляторам численности:
они срабатывают автоматически, как только плотность превысит некоторое пороговое
значение.
В целом все факторы, оказывающие влияние на численность популяции (не важно,
ограничивающие или благоприятствующие воспроизводству популяции), разделяют
на две большие группы:1) не зависящие от плотности, если и их влияние не
зависит от величины популяции;
2) зависящие от плотности, если их влияние на популяцию есть функция плотности.
Вторую группу факторов часто называют регуляторными, или управляющими плотностью.
Действие абиотических (например, климатических) факторов часто (но не всегда)
не зависит от плотности популяции, тогда как действие биотических факторов (конкуренция,
хищничество, паразитизм) часто (но также не всегда) зависит от плотности
Факторы, влияние которых зависит от плотности, действуют подобно регулятору
числа оборотов двигателя. По этой причине их рассматривают как один из главных
механизмов, предотвращающих перенаселение.
Не следует думать, что наличие регуляторных механизмов должно всегда стабилизировать
численность. В некоторых случаях их действие способно приводить к циклическим
колебаниям численности даже при постоянных условиях жизни.
Следы проявления различных действий регуляторных факторов довольно часто обнаруживаются
в динамике популяций, для которых свойственны циклические колебания численности.
Биотическая регуляция
Хотя математические модели взаимообусловленных колебаний численности хищника и жертвы хорошо известны, в реальных экосистемах хищники играют заметную роль в управлении популяциями лишь немногих видов. Это, в первую очередь, крупные растительноядные млекопитающие. Как правило, консументы, находящиеся на близком к своей пище уровне морфофизиологической организации, в большей степени воздействуют на ее численность, чем более эволюционно молодые группы.
Замечание 1
Так, насекомоядные птицы редко способны регулировать численность беспозвоночных, особенно при массовом их размножении, но это могут сделать специфичные хищники-беспозвоночные. В регуляции численности большинства организмов более заметную роль играют паразиты или возбудители заболеваний.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Почему в природе численность популяции не может быть слишком высокой или слишком низкой? 2. Что происходит с численностью популяции жертвы, если хищники отлавливают жертву медленнее, чем она успевает размножаться? 3. Как влияют на численность популяций факторы, независимые от их плотности? Приведите конкретные примеры.
Сложные вопросы
1. Используя материал параграфа и дополнительную информацию, охарактеризуйте механизмы регуляции численности популяции жука короеда, вспышка численности которого представляет угрозу для лесов Беларуси. Поможет ли вырубка пораженных деревьев справиться с этой проблемой? 2. Если вас попросят разработать программу биологической борьбы с насекомым-вредителем, выберете ли вы для этого неспециализированных или специализированных хищников? Приведите аргументы в пользу своего выбора. 3. У хищных рыб — щуки, окуня, трески, наваги встречается такое редкое явление, как каннибализм, то есть поедание себе подобных. В чем биологический смысл этого явления?
Индивидуальное домашнее задание. Составьте экологический прогноз для популяций смешанного леса, в котором был проведен полный отстрел популяции волков.
Значение саморегуляции численности популяций для окружающей среды и человечества
Саморегуляция численности популяций – важный процесс в природе, который означает способность популяции живых организмов поддерживать стабильную численность в колеблющейся среде. Этот процесс помогает сохранять биоразнообразие и экологическую устойчивость в экосистемах, а также обеспечивает баланс взаимодействия разных видов в природе.
Саморегуляция численности популяций принимает форму уменьшения или увеличения численности в зависимости от изменений в естественных условиях. Это означает, что если по какой-то причине популяция начинает возрастать быстрее, чем способна переносить естественная среда, то начинается конкуренция за ресурсы и увеличивается риск заболеваний, что приводит к снижению численности на более устойчивый уровень. Обратно, если популяция снижается из-за факторов, таких как голод или деградация среды обитания, то у популяции возникают новые способы выживания и размножения для достижения устойчивого восстановления численности.
Значение саморегуляции численности популяций для окружающей среды и человечества заключается в поддержании баланса в природных экосистемах. Стабильная численность живых организмов помогает снижать риск возникновения экологических кризисов, таких как заболевания дикой фауны, повышение содержания подземных вод, эрозия почв и т.д.
Кроме того, саморегуляция численности популяций важна для устойчивого использования природных ресурсов человеком. Знание живых организмов и их численности помогает человеку понимать, какие ресурсы можно использовать и какие запасы следует сохранять для обеспечения будущих поколений. Саморегуляция численности популяций также позволяет человеку предсказывать возможные последствия вмешательства в природные экосистемы и искать способы сохранения биоразнообразия и устойчивой экосистемы.
Возрастная структура популяций
Возрастную структуру популяции характеризует средняя продолжительность жизни
организмов и соотношение численности или биомассы особей различного возраста.
Такое соотношение называют обычно возрастным распределением популяции, то
есть распределением численности по возрастным группам. Как это было показано
на примере, обсуждавшемся в предыдущем разделе, возрастной состав популяции
связан с интенсивностью смертности организмов. Численность особей каждого возрастного
класса и ее распределение зависят также от величины рождаемости. Таким образом,
формирование возрастной структуры популяции происходит в результате совместного
действия процессов размножения и процессов смертности.
Даже в пределах одной и той же популяции со временем могут происходить значительные
изменения возрастной структуры. Такие изменения, однако, как бы автоматически
включают механизмы, вновь возвращающие популяцию к некоторому нормальному, свойственному
для данной популяции возрастному распределению.
Анализ возрастной структуры популяций и выделение возрастных групп у растений
и животных производятся по-разному. У растения абсолютный возраст и возрастное
состояние (этап индивидуального развития) не тождественны. Поэтому особи разных
возрастных состояний могут иметь один календарный возраст, и наоборот.
В жизненном цикле растений выделяют около десяти возрастных состояний, объединенных
в четыре периода: период покоя (семена), вегетативный (молодые неплодоносящие
растения), генеративный (плодоносящие) и сенильный (старческий — отмирающие
растения). Соотношение особей популяции по этим состояниям называют возрастным
спектром популяции. По этому показателю оцениваются способность популяции
к самоподдержанию, положение вида в сообществе, прогноз развития популяции.
Возрастная структура у популяций животных зависит от особенностей размножения
вида и продолжительности жизни особей. В связи с этим в популяции может быть
одна генерация (поколение) или две, три и более генераций. В сложных разновозрастных
популяциях присутствуют возрастные группы нескольких генераций и потомков каждой
из них. Такие популяции наиболее устойчивы.
Анализ возрастной структуры позволяет прогнозировать численность популяций на
ряд ближайших поколений и лет, что применяется, к примеру, для оценки возможностей
промысла рыбы, в охотничьем хозяйстве, в некоторых зоологических исследованиях.
Особенностями возрастной структуры определяются многие свойства популяции как
системы. Популяция, включающая в себя много возрастных групп, в меньшей степени
подвержена влиянию факторов, определяющих успешность размножения в конкретном
году. Ведь даже крайне неблагоприятные условия размножения, способные приводить
к полной гибели приплода того или иного года, не являются катастрофическими
для популяции сложной структуры, потому что одни и те же родительские пары участвуют
в воспроизводстве много раз.
Одна и та же самка трески, например, может нереститься ежегодно в течение
девяти лет, начиная с шестилетнего до пятнадцатилетнего возраста. Самка горбуши
нерестится в возрасте двух лет и сразу же после нереста погибает. Очевидно,
что возникновение неблагоприятных условий для нереста горбуши сразу же вызовет
значительное сокращение численности всей популяции. Это произойдет в силу того,
что большая часть особей популяции представлена молодыми рыбами, появившимися
на свет в текущем году. Следовательно, многовозрастные популяции гораздо менее
чувствительны по отношению к кратковременным изменениям таких факторов, которые
способны оказывать воздействия на отдельные популяционные подгруппы (например,
на молодь). Вместе с тем любые воздействия, приводящие к заметному изменению
величины численности отдельного возрастного класса, остаются заметными и влияют
на состав многовозрастной популяции в течение гораздо более длительного времени.
Продолжительность этого влияния определяется скоростью исчезновения из популяции
отдельных возрастных классов.
Таким образом, следы изменений условий жизни сохраняются в облике популяций
со сложными структурами гораздо дольше, нежели у простых популяций. Можно сказать,
что сложные популяции более инерционны или менее подвижны и не способны к столь
быстрому наращиванию численности, как это происходит у популяций с простой структурой
при благоприятных условиях жизни.
Зависимость факторов от плотности популяции
Одни и те же факторы могут воздействовать на популяцию двумя противоположными способами.
Действие одних на скорость роста популяции не зависит от уровня ее численности, это факторы, не зависящие от плотности. В качестве примера можно привести климатические факторы.
Действие других факторов варьирует в зависимости от плотности популяции, при ее изменениях влияние таких факторов усиливается или ослабляется. Это зависящие от плотности факторы. Их связь с плотностью популяций может быть как положительной, так и отрицательной. Например, смертность обычно растет с увеличением плотности, а рождаемость снижается.
Бывает и более сложная зависимость – когда имеется определенная оптимальная плотность, а ее увеличение или снижение оказывается неблагоприятным. Например, репродуктивный успех сизого голубя при одиночном гнездовании и в очень больших колониях мал, при среднем размере колоний он существенно выше.
Воздействие на популяцию зависящих от ее плотности факторов обычно способствует достижению равновесной плотности, при которой популяция перестает расти. Обычно подобное характерно для воздействия биотических факторов: конкуренции, хищничества, эпизоотий.
Ресурсная регуляция
Популяции видов с малой продолжительностью жизни, обладающие высокой репродуктивной способностью, обычно наиболее чувствительны к изменениям абиотической среды и ресурсообеспеченности. В первую очередь, это бактерии. Их численность способна меняться в тысячи раз за очень короткие сроки. Среди «внутренних» механизмов им свойственна лишь реакция на загрязнение окружающей среды продуктами собственного метаболизма, что может вызвать прекращение роста даже при наличии достаточного количества ресурсов. Сходная ситуация прогнозируется учеными и для человечества, как реакция на загрязнение среды.
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Для позвоночных ресурсная регуляция в целом малохарактерна, но может наблюдаться при их акклиматизации на территориях, где отсутствуют естественные враги и конкуренты.
Феномен независимых от среды колебаний плотности
Для многих видов цикличность характерна, видимо, сама по себе, вне связи с каким-либо фактором среды. В природе наличие подобной зависимости или ее отсутствие установить сложно, ввиду большого разнообразия действующих на популяции факторов. Однако известно, что циклические колебания характерны и для экспериментальных (лабораторных) популяциях тех видов, у которых они наблюдаются и в природе, хотя здесь интенсивность внешних факторов относительно стабильна. Они также свойственны и видам, обитающим в жилищах человека (например, домовой мыши), где условия многократно более стабильны, чем в природе.
Замечание 2
Таким образом, очевидно, что колебания численности определяются не только внешними условиями.
Такие колебания связаны с механизмами внутреннего регулирования численности популяций. Они могут быть физиологическими и поведенческими. Первые наиболее изучены на примере грызунов. У этих животных при повышении плотности практически прекращается размножение, за счет блокировки беременности, резорбции эмбрионов, различий в репродуктивных возможностях отдельных генераций и т.д.
К поведенческим механизмам можно отнести ограничение плотности путем строгой территориальности. При этом размер территорий при росте популяции может уменьшаться лишь до определенного предела, как правило, все равно оставаясь избыточным в плане ресурсообеспеченности. После достижения этого предела лишние особи выселяются или исключаются из размножения.
Вторым известным механизмом служит иерархия в группах. Часто в сообществе размножаются только альфа-особи. Они же получают преимущественный доступ к ресурсам. При ограниченных ресурсах это способствует поддержанию размера группы не выше определенного уровня, поскольку низкоранговые особи вынуждены покидать такие группы, либо у них повышается смертность.