ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомиться с динамическими процессами и некоторыми закономерностями, происходящими в экосистемах, на примере изменения численностей особей одного, двух и трех видов в модельной экосистеме. Освоить методы определения основных пространственных характеристик популяции.

1. Теоретическое введение

/

Одним из основных свойств биологических систем различных уровней является способность поддерживать стабильность своей структуры (гомеостаз).

Так, в устойчивых популяциях, например, поддерживается относительно стабильной ее демографическая структура, пространственные характеристики, численность особей и т.д. Изменение этих показателей запускает механизмы компенсации, которые способствуют переходу популяции к некоторому новому относительно стабильному состоянию. Таким образом, можно говорить о взаимозависимости показателей (компонентов) популяции и ее состоянии (существовании прямых и обратных связей).

Обратное влияние (показателя на состояние популяции) отчетливо проявляется, в частности, на примере изменения численности особей в популяции. Поддержание гомеостаза возможно только при численности особей в популяции не менее некоторой критической величины. Если численность популяции падает ниже определенного значения, то популяции переходит в неустойчивое состояние, в первую очередь с точки зрения перспектив ее сохранения. В этом случае значительно возрастает вероятность вымирания популяции под воздействием абиотических и биотических факторов (например, в результате стихийных бедствий, резкого уменьшения кормовой базы и т.д.). Существенное влияние могут оказывать также негативные мутационные изменения, накапливающиеся в популяции. Вероятность таких негативных мутаций возрастает при снижении численности популяции.

Существенное влияние хтя устойчивости популяции имеет также пространственная структура, в первую очередь плотность и распределение особей в пространстве. Под плотностью популяции понимается отношение общего количества особей к площади, занимаемой популяцией.

Пространственное распределение особей в популяции имеет три основных закономерности. При равномерном распределении, если проводить экспериментальные замеры (например, отлов животных), количество особей в каждой выборке (группе отловленных животных) будет одинаковым. С точки зрения статистических методов

2 2

можно говорить о случае S /N_cp—»0, где S" - математическая дисперсия, a N_cp - среднее арифметическое количество особен во всех выборках.

В случае, когда S /N_cp->1. то говорят о случайном распределении особей в популяции, а при условии S /N_cp>l имеет место мозаичное распределение.

Для каждого вида характерны определенные тип распределения, которые способствую поддержанию гомеостаза популяции.

Экосистемы являются биологическими системами более высоко уровня, чем популяции, поэтому в них гомеостаз поддерживается благодаря наличию гораздо большего количества связей меду отдельными организмами, популяциями и компонентами экосистемы.

Одним из существенных типов связей, имеющих место в любой экосистеме, являются конкурентные взаимоотношения. В целом, в экосистемах отчетливо наблюдается тенденция к снижению уровня конкуренции между видами за счет экологической дифференциации (распределению экологических ниш). В случае, если два вида имеют сходные экологические требования (занимают одну экологическую нишу), между ними возникает жесткая конкуренция, которая обычно заканчивается гибелью одного из видов. Данная закономерность отражена в принципе конкурентного исключения Гаузе.

Кроме дифференциация экологических ниш ( между популяциями в биоценозах) существенное значение для любой экосистемы имеют различные функциональные связи между видами (например, хищник-жертва, хозяин-паразит и т.д.), многообразие которых и их взаимное переплетение и обеспечивает в целом устойчивость биологической системы.

В данной лабораторной работе при помощи компьютерной программы "Экосистема" (автор-разработчик Архипенко А. авторское название программы "Worms") необходимо смоделировать динамические процессы, происходящие в популяциях при отсутствии межвидовой конкуренции (считается, что в экосистем одна популяция), а также в случае взаимодействия двух и трех популяций. Кроме того, в рамках исследования динамики одной популяции необходимо получить некоторые другие важные характеристики популяции.