1. Життя організмів, популяцій та видів

Проблеми динаміки виду дуже важливі, бо визначають його історію і майбутнє, а популяція займає тут центральне, ключове місце, бо саме вона визначає існування виду в часі. Індивіди, особини не можуть цього забезпечити, оскільки обов'язково гинуть врешті-решт, проте залишивши нащадків, гарантують подальше існування популяції. Популяція забезпечує існування виду в певному місці, а її вимирання — зникнення виду з цієї території. Тривалість існування організмів є різною: від десятків хвилин у бактерій до кількох тисячоліть (секвойядендрон велетенський, вельвічія дивовижна. Довше життя триває у крупніших організмів порівняно з дрібнішими, і між цими показниками в цілому спостерігається прямолінійна залежність (однак досить численними є виключення як, наприклад, у рукокрилих).

Тривалість існування популяцій не залежить від тривалості життя окремих організмів. Тривалість існування видів теж дуже різна, вона визначається тисячами, мільйонами і десятками мільйонів років, а процес формування нових і вимирання старих видів та популяцій тривав постійно і протікає з різною швидкістю. Так, щорічно виникають нові штами віруса грипу, які за кілька місяців встигають опанувати всю земну кулю. У XVI ст. на острови Тихого океану було завезено пару кіз, а в 1704 р. їх популяція налічувала близько 10 тисяч особин. Вимирають окремі види теж швидко. В історичні часи був винищений птах дронт, який жив на острові Маврикій і не міг літати Сумчастий гриб, який спричинював рак каштанів, швидко призвів до вимирання популяцій цього дерева у Західній Європі. Вчені наводить дані, що останнім часом протягом року планета втрачає десятки видів. Так темпи в 60 разів перевищують природне вимирання видів.

2. Динаміка чисельності популяцій

В умовах стабільної популяції (її розміру, чисельності, щільності) в ній відбуваються постійні зміни (народження і вимирання особин, вікові, статеві тощо). Популяція весь час перебуває в динаміці, і одною з проблем є визначення частоти і швидкості таких змін. Методика їх оцінки потребує застосування диференційних рівнянь, в яких оперують не самим величинами, а швидкостями їх змін.

Життєздатність і стабільність популяції забезпечується зміною поколінь і навіть при постійній чисельності частина організмів, яка вими­рає, має замінитися новими. Динаміка чисельності популяції визнача­ється чотирма складовими процесами:

Динаміка чисельності = (народження + іміграція) – (смертність + еміграція).

Аналіз кожної з цих складових розкриває характер процесів і причини динаміки популяції. Хоча в певній популяції може переважати та чи інша складова, але визнано, що в природних популяціях рослин і тварин основу динаміки складають процеси народження та смертності, а процеси іміграції та еміграції, що відіграють важливу роль в людському суспільстві, є другорядними.

Динамічні характеристики популяції відображають інтенсивність процесів, їх швидкість. Коли йдеться про народжуваність чи смертність, то мається на увазі якийсь певний період.

Народжуваність визначають як здатність популяції до омолоджуван­ня та збільшення чисельності. Розрізняють максимальну (абсолютну або фізіологічну) народжуваність як теоретично максимальну швидкість появи нових особин в ідеальних умовах за відсутності лімітуючих факторів, тобто народжуваність, обумовлену фізіологічними можливостя­ми організму. Ця характеристика є постійною для певного виду і популяції. На відміну від неї, екологічна або реалізована народжуваність (або просто "народжуваність") означає омолодження, збільшення чисельності популяції в реальних умовах. Вона варіює залежно від зміни останніх, а також від вікового стану популяції та інших факторів. Народжуваність визначають як число особин ∆N_n, що народилися за проміжок часу Для порівняння популяцій з різною чисельністю отриманий показник ділять на число особин N. що характеризує питому народжуваність (b), яка завжди > або = 0.

b= (∆N_n /N∆t) ∙ 100%. Коли ∆t є як найкоротша (t → 0), то це означає миттєву питому народжуваність dN/dT, яку виміряти неможливо. Вибір ∆t залежить від інтенсивності розмноження організмів (бактерії – година, водорості – доба, комахи – місяць, ссавці – рік).

Якщо популяція з чисельністю 100 мікроорганізмів через годину збільшилась до 300, то абсолютна народжуваність становить 200 організмів за годину, а питома – 2 особини за годину, або 200 %.

Смертність характеризується числом особин, що загинули в популяції через будь-яку причину за одиницю часу.

Смерть, спричинена старістю в ідеальних умовах без впливу лімітуючих факторів, характеризує теоретичну мінімальну смертність, яка є постійною для популяції та виду. Екологічна, або реалізована смертність — та, що відображає загибель організмів в реальних умовах при певному стані популяції. Питома смертність (d) розраховується за формулою, аналогічною для визначення народжуваності:

D = (∆N_n /N∆t) ∙ 100%.

Досить часто для оцінки динаміки чисельності видів оперують поняттям "виживання" (с):

с = 1 - d. За цими формулами розраховують зміну чисельності популяції (r):

г = b - d.

Це основне рівняння динаміки чисельності популяції. Якщо b= d, то r = 0 і популяція перебуває в стаціонарному стані, r > 0 — популяція збільшує чисельність, r < 0 — скорочується, вимирає.

Максимальне значення r_тах, яке досягається при стабільному та стаціонарному віковому розподілі, характеризує внутрішню швидкість природного росту або біотичний чи (репродуктивний) потенціал. Різниця між Rmах та r залежить від екологічних умов, тому відображає міру опору середовища, що характеризує дію лімітуючих факторів, які перешкоджають досягненню біологічного потенціалу.