Лекция 7. Экология популяций и сообществ.

Популяция – совокупность особей одного биологического вида, населяющих определенное пространство, свободно скрещивающихся друг с другом и частично изолированных от других подобных групп. Популяция – открытая система, обладающая мощным механизмом саморегулирования численности.

Популяция характеризуется определенной биологической структурой: половая, возрастная. Чем сложнее структура, тем она устойчивее.

Каждая территория обладает определенной экологической емкостью (пространство, ресурсы).

Мальтус и экспонента роста, Ферхюльст – и логистика. Численность определяется соотношением рождаемости и смертности, миграции и стратегией выживания (отношения к потомству K-, L- и R-стратегий). Рождаемость и смертность — важнейшие факторы колебания численности популяции. Рождаемость организмов той или иной популяции связана с биотическим потенциалом вида. Это максимум потомков, который может обеспечить одна особь за единицу времени.

Чем сложнее структура популяции, тем она устойчивее. Относительно стабильная популяция может самовоспроизводиться в тече­ние нескольких поколений.

Размеры территории, которую занимают разные популяции, различ­ны. Они зависят от размера организма и его образа жизни. Бактерии, размеры которых измеряются долей микрона, занимают своими популяциями очень маленькие участки. Для крупных млекопитающих территория обитания измеряется квадратными километрами и даже тысячами квадратных километров.

Каждая популяция обладает относительной самостоятельностью. Длительность существования популяций во времени также изменчива. У бактерий рода псевдомонас продолжительность жизни особи составляет полчаса. Следовательно, за сутки сменяется несколько десятков поколений.

Мамонтовое дерево, которое растет на тихоокеанском побережье Север­ной Америки, доживает до трех-четырех тысяч лет! Популяция этих де­ревьев существует десятки тысяч лет! У скворца продолжительность жизни — до 20 лет. Устойчивая популяция этих птиц может самовоспроизводиться сотнями лет.

Взаимодействия между членами популяции включают конкуренцию за те или иные экологические факторы (свет, минеральное питание у растений, территорию у животных и т. д.) и отношения взаимопомощи (у колониально гнездящихся птиц и копытных, ведущих стадный образ жизни).

Популяция существует в пространстве в виде определенной биологической структуры. Вся территория обитания популяции разделяется на индивидуальные (семейные) участки, перекрывающиеся на границах, которые обеспечивают необходимые внутрипопуляционные контакты. Иной способ использования пространства у групповых видов, которые ведут кочевой образ жизни. Стада или стаи животных, скапливаясь на одной территории, обостряют конкурентные отношения, хотя имеют многие преимущества (защита от хищников, более легкое добывание корма). Переход к кочевкам устраняет конкурентные отношения. Примером тому могут служить некоторые виды обезьян, рыб (сельдь), саранчи, северного оленя. Таким образом, пространственная структура популяций разных видов является отражением их биологических особенностей. Существенное значение в жизни популяций имеет половая структура, то есть численное соотношение полов у раздельнополых организмов.

Особи, составляющие популяцию, различаются не только по полу, но и по возрасту. Возрастная структура популяции — третье важнейшее ее свойство. Существуют методы установления возраста особей. У рыб он определяется по годичным концам, у некоторых копытных — по размерам и ветвлению рогов, у хвойных деревьев — по годичным кольцам. Для большинства организмов, обитающих в природе, установление абсолют­ного возраста невозможно. Поэтому в экологии используют понятие биологический возраст, отражающее физиологическое состояние организ­ма, соответствие его на данный момент той или иной возрастной стадии.

Практически у всех организмов биологический возраст можно разде­лить на три периода: прегенеративный, генеративный и постгенеративный.

Сообщества организмов изучаются биоценологией. Биоценоз - совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающуюся от соседних территорий по химическому составу компонентов и физических показателей. Сообщества как системы состоят из популяций, являющихся для них элементами. Поэтому сообщества обладают всеми свойствами этих элементов, среди которых важнейшим является устойчивость (стабильность): резистентная (способность не поддаваться изменениям под внешним воздействием) и упругая (способность быстро восстанавливаться после снятия вредного воздействия).

Несколько новых понятий и терминов:

Экологическая система - система, состоящая из живых и неживых элементов среды, между которыми идет обмен веществом, энергией, информацией.

Экологическая система — функциональное единство биоценоза и окружающей его абиотической среды. Размеры ЭС могут иметь разные масштабы: пруд, океан, роща, старый пень, зона тайги…

Экосистемы, границы которых определены растительным сообществом (фитоценозом), называются биогеоценозом. Биогеоценоз - совокупность, однородных природных явлений, имеющая особенности взаимодействия компонент и определенный тип обмена вещества и энергии (В.Н.Сукачев, 1940).

Экологическая ниша. Место вида в экосистеме и его образ жизни определяют его экологическую нишу. Это одно из самых фундаментальных понятий экологии. Иногда его прилагают к популяции и даже к особи. Что допустимо, но не точно. Важнейший закон, определяющий отношение вида к экологической нише, - закон Г. Ф. Гаузе: в одной экологической нише может существовать только один вид.

Направленное развитие экосистем - экосукцессия. Образует ряды, серии. Поля (сдерживание экосистемы), рекультивация (ускорение).

Практически во всех экосистемах действует закон пирамиды биомасс

Из-за недостатка энергии невозможно существование пирамид с длинными цепями питания. Энергия практически не может использоваться вторично. Поток вещества - может. Он цикличен.

Экологическая емкость территории (биоценоза) - способность обеспечить существование определенного количества особей популяции, населяющих ее видов.