Тема № 3 экология популяций

1. Понятие о популяции в экологии

2. Динамика популяций

3. Возрастная и пространственная структура популяций

1. Понятие о популяции в экологии

Любой вид животного, растения, микроорганизма утверждает себя во внешней среде, приспосабливается к постоянно изменяющимся условиям не как простая сумма особей, а в форме своеобразных группировок организмов, представляющих единое функциональное целое — по­пуляцию (от лат. populus — народ, население).

Каждый вид занимает тот или иной ареал, в различных частях которого наблюдаются разные условия, и чем больше ареал, тем существеннее эти различия. Часто группировки особей, располагаю­щиеся в разных частях ареала вида, настолько изолированы друг от друга, что не могут вступать в контакты и не скрещиваются. Коли­чество группировок зависит от численности и исторического (фило­генетического) возраста вида, размеров ареала и от других причин. Группировки особей с общим генофондом, сходной морфологией, единым жизненным циклом и представляют собой популяции.

По С. С. Шварцу, популяция — эго элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходи­мыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изме­няющихся условиях среды. Это свидетельству­ет о том, что приспособительные возможности популяции гораздо выше, чем у слагающих ее индивидов.

Популяция — это совокупность особей одно­го вида, которая обладает общим генофондом и занимает определенную территорию. В со­временной экологии популяция рассматривает­ся как элементарная единица процесса микро­эволюции, которая способна реагировать на изменения среды перестройкой своего гено­фонда.

Поскольку все виды живых организмов пред­ставлены в природе конкретными популяциями, понятие «популяция» является одним из цент­ральных в биологии, а генетические, экологиче­ские, эволюционные подходы к изучению попу­ляций объединяются в особое направление — популяционную биологию.

Таким образом, вид — это сложная биоло­гическая система, состоящая из группировок организмов — популяций, обладающих харак­терными особенностями строения, физиологии и поведения. Такие внутривидовые группировки являются генетической единицей вида, а изме­нения их обусловливают эволюцию данного ви­да, т. е. популяции служат элементарными эво­люционирующими структурами. Следователь­но, популяция как группа совместно обитающих особей одного вида выступает первой надорганизменной биологической макросистемой.

Популяция как биологическая единица об­ладает определенной структурой и функцией. Структура популяции характеризуется составля­ющими ее особями и их распределением в пространстве. Функции популяции тождествен­ны функциям других биологических систем. По­пуляциям свойствен рост, развитие, способ­ность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, т. е. популяция обладает конкретными генетическими и экологическими характеристиками.

Широкое распространение в экологии по­лучила концепция иерархии популяций в зависи­мости от размеров занимаемой ими террито­рии. Н. П. Наумов, например, различает эле­ментарную, экологическую и географическую популяции :

- элементарная (локальная) популя­ция — это совокупность особей вида, занима­ющих какой-то небольшой участок однородной площади. Количество элементарных популяций, на которые распадается вид, зависит от разно­родности условий в биогеоценозе: чем они однообразнее, тем меньше элементарных по­пуляций, и наоборот.

Нередко смешение особей элементарных популяций, происходящее в природе, стирает границы между ними.

- экологическая популяция формиру­ется как совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биогеоценозам. Например, белка (Sciurus vulgaris) заселяет раз­личные типы леса. Поэтому могут быть четко выделены «сосновые», «елово-пихтовые» и дру­гие экологические популяции ее. Они слабо изолированы друг от друга, и обмен генетиче­ской информацией между ними происходит до­вольно часто, но реже, чем между элементар­ными популяциями.

- географические популяции слагаются из экологических и охватывают группу особей, заселяющих территорию с географически одно­родными условиями существования. Географи­ческие популяции довольно основательно раз­граничены и относительно изолированы. Они различаются плодовитостью, размерами осо­бей, рядом экологических, физиологических, поведенческих и других особенностей. Приме­ром могут служить популяции белки в заенисейской тайге и смешанных лесах Беларуси, степная и тундровая популяции узкочерепной полевки (Microtus gregalis).

Если под влиянием ряда факторов географи­ческая популяция приобретает устойчивые осо­бенности, отчетливо выделяющие ее из сосед­них, такая популяция называется географиче­ской расой или подвидом. В целом такие понятия, как географическая популяция, географическая раса, подвид, часто рассматриваются как синонимы. Например, вид «белка обыкно­венная» насчитывает более 20 географических популяций, или рас, или подвидов.

В природе границы и размеры популяций определяются особенностями не только заселя­емой территории, но и главным образом свой­ствами самой популяции. В основе всегда ле­жит степень ее генетического и экологического единства. Как показывает Н. П. Наумов, раз­дробление вида на множество мелких террито­риальных группировок является процессом при­способления к огромному разнообразию мест­ных условий. Это увеличивает генетическое многообразие вида и обогащает его генофонд.

Основными характеристиками популяции являются: плотность, численность, рождаемость, смертность, возрастной состав, характер распределения в пределах территории и тип роста.

Плотность популяции определяется числом особей, приходящихся единицу площади или объема. Территория, занимаемая разными популяциями одного вида, а тем более различных видов, очень колеблется и зависит от степени подвижности особей. Так, одна популяция ящерицы прыткой занимает от 0,1 до нескольких гектаров; северного оленя — более 100 км². Каждому виду присуща определенная оптимальная плотность популяции, отклонение от которой в обе стороны отрицательно сказываются на темпах воспроизводства и жизнедеятельности особей.

Численность или число особей в популяции различна у разных видов но она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности за эти пределы может привести к вымиранию популяции. Численность популяций может резко меняться по сезонам и годам. У видов животных и растений с большой продолжительностью жизни и относительно малой плодовитостью численность популяций более устойчивая. Колебания численности относительно оптимального уровня носят разный характер. Они могут б плавными, циклическими и резкими, нерегулярными. При этом быстрое возрастание численности начинается обычно под действием модифицирующих факторов, не зависящих от плотности популяции, и чаще в благоприятных погодных условий, которые действуют на популяцию прямо и косвенно. Различают межвидовые и внутривидовые механизмы регуляции численности. К первым относят паразитов, хищников и болезни, ко вторым — взаимодействия особей внутри популяции. В простейшем виде это разнообразные формы внутривидовой конкуренции, связанные с прямым и косвенным отрицательным воздействием особей друг на друга. Полагают, что при численности популяции меньше нескольких сотен особей случайные причины (пожар, наводнение, изменение погоды) могут сократить ее настолько, что рождаемость перестанет перекрывать убыль и на протяжении нескольких поколений оставшиеся особи вымрут.

Рождаемость популяции определяется прежде всего эволюционным положением вида, его биологией. Низкая плодовитость характерна для тех видов, которые проявляют большую заботу о потомстве. Кроме того, рождаемость зависит от скорости полового созревания, числа генераций в году, соотношения в популяции самцов и самок, обеспеченности кормом, влияния погодных условий.

Смертность популяции — это количество особей, погибших за определенный период. Она бывает очень высокой и изменяется в зависимости от условий среды, возраста и состояния популяции. У большинства видов смертность в раннем возрасте всегда бывает выше, чем у взрослых особей. Однако встречаются и такие виды, у которых смертность приблизительно одинакова во всех возрастах или преобладает у особей старших возрастов. Факторы смертности очень разнообразны. Смертность может быть вызвана влиянием физических условий низкие и высокие температуры, ливневые осадки, град, избыточная и не­достаточная влажность и др.), биотическими факторами (отсутствие корма, инфекционные заболевания и т. д.), антропогенными факторами загрязнение окружающей среды, уничтожение животных, вырубка деревьев и др.).

Возрастной состав популяции имеет большое значение для ее существования и процветания. При благоприятных условиях в популяции наличествуют все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. В быстро растущих популяциях доминируют интенсивно размножающиеся молодые особи, а в сокращающихся — старые, уже неспособные интенсивно размножаться. Такие популяции малопродуктивны, недостаточно устойчивы. Возрастной состав популяции зависит от продолжительности жизни особей, периода достижения ими половой зрелости, числа генераций.

Популяция состоит из разных по полу и возрасту особей. Соотношение половозрелых и неполовозрелых особей в популяциях различно и за висит от продолжительности жизни, времени наступления половой зрелости, интенсивности размножения.