8. Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, скорость роста.
Популяция - группа особей одного вида, обладающая механизмами саморегуляции численности и поддержание стабильности необозримо длительный период времени. Обитают на одной территории и частично или полностью изолированы от подобных групп особей. Популяция является структурной единицей вида и единицей эволюции. Примеры популяций: у людей — национальности, расы; у животных — породы.
Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени. Основными динамическими показателями популяций являются: рождаемость, смертность и скорость роста популяций.
Рождаемость – число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени в результате размножения. Различают максимальную рождаемость (рождаемость при отсутствии лимитирующих факторов) и фактическую рождаемость. Также различают абсолютную или общую рождаемость (отношение числа родившихся к единице времени) и удельную рождаемость (отношение числа родившихся к численности популяции за единицу времени). Естественно, что рождаемость зависит от интенсивности размножения.
Смертность – величина обратная рождаемости, число особей, погибших в популяции за единицу времени от всех причин. Различают минимальную (минимально возможную) и фактическую смертность. Также различают абсолютную и удельную смертность, которые вычисляются так же, как и рождаемость.
Скорость роста популяции (рис. 3.1) – изменение численности популяции в единицу времени. (отношение скорости роста популяции к исходной численности)
Биотический потенциал - удельная скорость роста при отсутствии лимитирующих факторов среды. Величина биотического потенциала различна у разных видов. Например, в течение всей жизни косуля производит 10 – 15 козлят, а рыба-луна свыше 3 млрд. икринок. В природе под действием лимитирующих факторов биотический потенциал никогда не реализуется полностью, он составляет разницу между рождаемостью и смертностью в популяции.
Скорость роста популяции графически может быть исполнена так:
· J-образная кривая 1 отражает экспоненциальный рост численности популяции, который возможен, пока биотический потенциал реализуется полностью;
· S-образная кривая 2 отражает логистический рост численности популяции. В таких популяциях скорость роста снижается по мере роста плотности популяции.
9. Динамика численности популяций и популяционные циклы. Регуляция численности популяций в природе.
Популяция - группа особей одного вида, обладающая механизмами саморегуляции численности и поддержание стабильности необозримо длительный период времени. Обитают на одной территории и частично или полностью изолированы от подобных групп особей. Популяция является структурной единицей вида и единицей эволюции. Примеры популяций: у людей — национальности, расы; у животных — породы.
Динамика численности - изменение численности популяций во времени. В природе в основном встречаются три типа популяционной динамики численности: стабильный, изменчивый и взрывной.
Стабильный тип характеризуется небольшим диапазоном колебаний численности (в несколько раз). Встречается у видов с хорошо выраженными механизмами регуляции численности, высокой выживаемостью, невысокой плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной возрастной структурой, высоким уровнем адаптации, развитой заботой о потомстве. Целый комплекс эффективно работающих регуляторных механизмов держит такие популяции в определенных пределах плотности. Такой тип динамики численности популяций преобладает в лесных сообществах и характерен для большинства крупных млекопитающих (копытные), птиц и древесных растений (хвойные), а также ряда беспозвоночных. Главная роль в системе регуляции отведена взаимоотношению хищник–жертва и внутрипопуляционным механизмам поведения (иерархия, территориальность).
Изменчивый (лабильный) тип (2) имеет более широкий диапазон колебания численности (в несколько десятков раз). При этом различают три фазы колебательного цикла: нарастания, максимума, снижения численности. Возврат к стабильному состоянию происходит быстро. Регуляторные механизмы не теряют контроль над численностью популяций, увеличивая свою эффективность вслед за увеличением плотности. Такой тип динамики характерен для животных с небольшими размерами, меньшей продолжительностью жизни. Примером могут служить грызуны, зайцеобразные, некоторые хищники, птицы, рыбы, насекомые с длительным циклом развития.
Взрывной (эфемерный) тип (3) характеризуется вспышками массового размножения, которые сменяются периодами депрессии, амплитуда колебаний численности очень высокая (в сотни и тысячи раз). Для популяций периодически характерны предельно высокий и необычайно низкий уровни численности. Внезапное увеличение численности происходит при временном повышении емкости среды для данной популяции и может быть связано с улучшением климатических условий и питания или с резким уменьшением численности хищников (включая охотников). После превышения новой, более высокой емкости среды в популяции возрастает смертность, и ее численность резко сокращается. Динамика численности складывается из циклов, в которых различают пять обязательных фаз: нарастания численности, максимума, снижения, депрессии, восстановления.
Взрывной тип динамики численности обнаруживается чаще всего у видов с малой продолжительностью жизни, высокой плодовитостью, быстрым оборотом генераций. Он свойствен, например, некоторым насекомым (саранчовые, вредители леса — усачи, короеды, ряд чешуекрылых и пилильщиков), среди млекопитающих отмечен у многих видов мышевидных грызунов.
Регуляция численности популяций
Избыточное размножение неблагоприятно для всех без исключения популяций и экосистем в целом: оно ведёт к трудновосполнимому подрыву ресурсов среды, её деградации, влечет за собой общее ослабление экосистем.
По этому во всех экосистемах имеются разнообразные механизмы поддержания гомеостаза, сдерживающие избыточный рост отдельных популяций и предотвращающие перенаселение.
Эти механизмы делят на внутри- и внепопуляционные (внутривидовые и межвидовые). Все они являются факторами, зависящими от плотности.
I Внутрипопуляционные механизмы, которыми популяция сама регулирует свою численность, делят на две группы: жесткие - гибель избытка особей и смягченные, препятствующие избыточному размножению.
К жестким механизмам относят:
- самоизреживание у растений;
- каннибализм, в основном за счет поедания молоди (у хищных насекомых, рыб);
- умерщвление конкурентов.
Смягченными механизмами регуляции численности являются:
территориальность - обладание особью участком территории (пищевым, гнездовым) куда не допускаются другие особи;
расселение - иммиграция на другие территории, за пределы данной экосистемы;
снижение интенсивности размножения, сроков наступления половой зрелости, как физиологическая реакция на перенаселенность;
иерархическая структура популяций, при которой в размножении участвуют преимущественно доминирующие особи.
II Внепопуляционными механизмами регуляции численности являются: возрастание межвидовой конкуренции, ограничивающей ресурсы; пресс хищников, паразитов, возбудителей инфекционных заболеваний (из-за увеличения числа контактов между особями).
Действие всех этих факторов в совокупности препятствует избыточному размножению отдельных популяций и их разрушительному действию на экосистемы.
Необходимо отметить, что чем выше зрелость экосистем и больше их видовое разнообразие, тем меньше вероятность возникновения в них резких вспышек численности отдельных популяций. Это объясняется совершенным развитием в зрелых популяциях регуляторных механизмов и большей степенью зависимости в них одних популяций от других.
Наоборот, резкие вспышки численности характерны для экосистем с бедным видовым составом, находящихся на ранних стадиях развития или в нестабильных условиях среды, в которых преобладающей стратегией размножения является r стратегия. R-стратегия - это рождение за единицу времени как можно большего числа детёнышей.
Резкие вспышки численности вредителей характерны для искусственных агроэкосистем - полей, засеянных монокультурой (одним видом растений), из-за этого создаются благоприятные условия для размножения вредителей.
Например, в Америке кусты дикого картофеля растут на большом расстоянии друг от друга, совместно с другими видами. Из-за этого численность вредителя картофеля - колорадского жука никогда не бывает большой. При посевах картофеля на огромных полях в монокультуре, создаются идеальные условия для массового размножения жука.