3. Характеристики популяций

Любая популяция характеризуется присущими только ей показателями, имеет определенную организацию и структуру. Эти показатели (например, структура, плотность, численность, рождаемость, смертность) могут выражаться статистическими функциями, т.е. популяцию и ее свойства можно описать с использованием математического аппарата. Некоторые характеристики популяций взаимосвязаны: смертность определяет структуру, рождаемость – плотность и т.д.

Между отдельным организмом и популяцией организмов существует принципиальная разница. Как капля воды не отражает свойства реки, озера, океана, так и организм, взятый в отдельности, не может характеризовать всю популяцию в целом. Единственным носителем признаков популяции является группа особей, но не отдельные особи в этой группе.

Отдельный организм в популяции рождается, живет, умирает, но экологов это интересует только, как возможность посредством исследования поведения отдельного индивидуума познать свойства группы в целом. Особые свойства, присущие популяции, отражают состояние ее как группы организмов в целом, а не отдельных особей, т.е. свойство популяции как группы организмов не есть механическая сумма свойств каждой входящей в нее особи.

Популяция как биологическая система обладает структурой и функциями. Структура популяции характеризуется составляющими ее особями (численность) и их распределением в пространстве. Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем: им свойственны рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях.

Одним из важных параметров, определяющих пространственную структуру, является численность особей в популяции. Численность популяций бывает различной. Это и сотня деревьев, растущих на гектаре соснового леса, и миллионы одноклеточных водорослей в экосистеме пруда или озера, и несколько грифов, живущих на недоступных скалах, и тысячи скворцов над только что засеянным ржаным полем.

Под численностью популяции понимается общее количество особей в ней. Численность популяции не может быть постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения и смертности.

Плотность популяции определяется как количество особей вида на единице площади (главным образом земной поверхности) или в единице объема (водная среда, экспериментальная культура), например, 200 деревьев на 1 га, 50 человек на 1 км², 20 головастиков на 1м³ воды.

Максимальная плотность для различных видов организмов и условий существования сильно варьирует. На одном гектаре земли может обитать значительно больше особей подорожников, чем, скажем, оленей или кабанов. Некоторые виды птиц (пингвины, чайки) образуют так называемые «птичьи базары». Нередки огромные скопления розовых фламинго на некоторых озерах экваториальной Африки. В то же время многие виды среднеевропейских лесных певчих птиц не достигают и десятой части такой плотности.

Особи живых организмов (растения, животные, микроорганизмы) обычно распределены в пространстве неравномерно. Каждая популяция занимает пространство, обеспечивающее средствами к жизни определенное число особей.

Можно выделить три типа распределения особей: случайное, и групповое (пятнистое).

Случайное распределение присуще популяциям, численность особей в которых невелика и потенциальная возможность конкуренции мала. При этом среда обитания организмов должна быть более или менее однородной. Случайное распределение встречается в природе не очень часто, хотя действие случайных природных факторов само по себе не редкость. Такое распределение характерно, к примеру, для пауков, обитающих в лесной подстилке.

Регулярное (равномерное) распределение может наблюдаться при сильном антагонизме особей (конкуренции), когда вероятность нахождения одной особи рядом с другой крайне мала. В природе такой тип распределения весьма редок (если вообще возможен), хотя можно встретить размещение организмов, отклоняющееся от случайного в сторону большей регулярности.

Регулярное распределение наблюдается в созданных человеком сельскохозяйственных системах - садах, огородах. Так, при посадке можно равномерно распределить яблоневые деревья в саду, кусты ягодных культур, некоторые овощные растения.

Наиболее часто в природе встречается групповое (пятнистое) распределение. Оно свойственно многим организмам, обитающим не только в наземных, но и в водных экосистемах. При данном типе распределения организмы создают разнообразные группировки, что связано с неоднородностью среды, локальными различиями в местообитаниях, влиянием суточных и сезонных изменений погодных условий, особенностями процесса размножения и т.д.

Примеров группового распределения можно привести множество: огромными косяками передвигаются с места на место многие рыбы; в большие стаи собираются водоплавающие птицы, готовящиеся к дальним перелетам. Групповое распределение встречается и среди растений: пятнистое размещение клевера на лугу, пятна мхов и лишайников в тундре, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых лесных опушках и т.п.

Важной характеристикой популяции является ее возрастная структура, которая отражает соотношение различных возрастных групп в популяции и определяет ее способность к размножению. В быстрорастущих популяциях молодые особи составляют большую долю, поэтому по прошествии определенного промежутка времени состояние популяции будет зависеть от ее нынешнего полового и возрастного состава.

Если в популяции размножение происходит постоянно, то по возрастной структуре устанавливают, сокращается или увеличивается ее численность.

В большинстве популяций способность к размножению их членов (репродуктивная способность) изменяется с возрастом. В современной экологии при исследовании возрастного состава популяции выделяют три экологические возрастные группы:

• - пререпродуктивная (особи в силу молодого возраста не способны к размножению);

• - репродуктивная (половозрелые особи в период размножения);

• - пострецродуктивная (особи теряют способность к размножению).

Длительность этих периодов по отношению к общей продолжительности жизни варьирует у разных организмов.

При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы, и поддерживается сравнительно стабильный уровень численности. На возрастной состав популяции помимо общей продолжительности жизни влияют длительность периода размножения, число генераций в сезон, плодовитость и смертность разных возрастных групп. К примеру, у полевок взрослые особи могут давать потомство более трех раз в год, а молодые особи способны размножаться через 2 - 3 месяца.

Обычно в начальный период роста (пререпродуктивная стадия) организмы размножаться, не способны. Длительность этого периода у различных видов варьирует - от нескольких минут у микроорганизмов до нескольких лет у человека, многих млекопитающих, деревьев. Пререпродуктивный период может продолжаться большую часть жизни, как, например, у поденок (личиночное развитие в воде длится от года до нескольких лет) и 17 - летней цикады (пререпродуктивная стадия продолжается несколько лет). Однако репродуктивный период у этих видов очень короткий (у поденок - несколько дней, у цикады - менее одного сезона), а пострепродуктивный практически отсутствует, как у многих других видов.

Иное положение наблюдается в популяциях человека и животных, которых содержат в искусственно созданных условиях (комнатные, домашние животные, обитатели зоопарков). Особи в таких популяциях доживают до пострепродуктивного периода. У современного человека три эти «возраста» примерно одинаковые (на каждый из них приходится около трети жизни). У первобытных людей пострепродуктивный период был намного короче.