16. Структура популяции.

(17)Этологическая (поведенческая) структура популяции отражает разнообразные формы сосуществования особей в популяциях. В первую очередь следует выделить одиночный образ жизни, хотя полностью одиночного существования организмов в природе не существует, так как в этом случае было бы невозможно размножение. При семейном же образе жизни усиливаются связи между родителями и потомством, начинает заметно проявляться территориальное поведение животных. Путем различных сигналов, маркировки, угроз и тому подобного обеспечивается владение участком, достаточным для выкармливания потомства.

Стая - временное объединение животных, проявляющих биологически полезную организованность действий (для защиты от врагов, добычи пищи, миграции и т. п.). Наиболее широко стайность распространена среди рыб и птиц, хотя встречается и у млекопитающих (например, у собак).

Стадо - длительное или постоянное объединение животных, в котором осуществляются все основные функции жизни вида: добывание корма, защита от хищников, миграция, размножение, воспитание молодняка.

Основу группового поведения в стадах составляют взаимоотношения доминирования. Характерно наличие временного или относительно постоянного лидера, которому подражают особи стада.

Активное руководство стадом (специальные сигналы или угрозы) осуществляют вожаки. Иерархически организованному стаду свойственен закономерный порядок перемещения, определенные позиции при защите от врагов, расположение на местах отдыха и др.

Колония - это групповое поселение оседлых животных на длительное время или на период размножения. По сложности взаимоотношений между особями колонии очень разнообразны, наиболее сложные отношения складываются в поселениях для общественных насекомых (термитов, муравьев, пчел, ос и др.), возникающие на основе сильно разросшейся семьи. Члены колоний постоянно обмениваются информацией друг с другом.

Пространственная структура популяции. Каждая популяция занимает пространство, обеспечивающее условия жизни для ограниченного числа особей. При изучении пространственной структуры различают случайное, равномерное и неравномерное (групповое) распределения особей на территории (в пространстве).

Случайное распределение в природе встречается редко; оно наблюдается в случаях, когда среда очень однородна, а организмы не стремятся объединиться в группы. Равномерное распределение бывает там, где между особями очень сильна конкуренция или существует антагонизм. Наиболее часто наблюдается неравномерное (групповое) распределение - образование различных скоплений.

Активность особей, пар и семейных групп у позвоночных и высших беспозвоночных чаще всего ограничена определенной зоной, называемой индивидуальным (или семейным) участком территории. У высших животных внутрипопуляционное распределение регулируется системой инстинктов. Им свойственно особое территориальное поведение - реакция на местонахождение других членов популяции.

В зависимости от характера использования пространства, подвижных животных принято делить на оседлых и кочевых. Оседлые животные в течение всей или большей части своей жизни используют довольно ограниченный участок среды. Им присущи инстинкты привязанности к участку, регулярное возвращение к месту размножения после длительных и дальних миграций.

Кочевые животные совершают постоянные передвижения в пространстве, так как они зависят от запаса корма на данной территории. Кочевой образ жизни характерен преимущественно для стай и стад (кочующие группы многих рыб, стада слонов, зебр, антилоп, северных оленей и т. п.). Перемещение кочующих видов по площади обычно происходит за сроки, достаточные для восстановления кормовых ресурсов на пастбищных участках. Масштабы и длительность таких миграций определяют обилие пищи и численность стада.

Возрастная и половая структуры популяций. Средняя продолжительность жизни организмов и соотношение численности (или биомассы) особей различного возраста характеризуются возрастной, а соотношение особей разного пола - половой структурами популяции. Формирование возрастной структуры происходит в результате совместного действия процессов размножения и смертности.

Со временем даже в пределах одной и той же популяции могут происходить значительные изменения возрастной структуры. В таких случаях «включаются механизмы», автоматически возвращающие популяцию к некоторому нормальному для данной популяции возрастному распределению. Причем популяции, включающие в себя много возрастных групп, в меньшей степени подвержены воздействию факторов, влияющих на размножение в конкретном году.

Даже крайне неблагоприятные условия, вызывающие полную гибель приплода в тот или иной год, не становятся катастрофическими для популяции сложной структуры, так как родительские пары участвуют в воспроизводстве многократно. Тем не менее, следы изменений условий жизни сохраняются в облике сложных популяций гораздо дольше, чем у простых.

Для роста численности популяций большое значение имеет соотношение особей по полу. Генетический механизм обеспечивает примерно равное соотношение особей разного пола при рождении. Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате различий физиологических, поведенческих и экологических реакций самцов и самок, вызывающих неравномерную смертность.

Анализ возрастной и половой структуры популяции позволяет прогнозировать ее численность на ряд ближайших поколений и лет. Этим пользуются для оценки возможности промысла рыбы, в охотничьих хозяйствах и прочих подобных случаях.

18. Динамика популяций.

Модели динамики популяций.

1. J-образная кривая.

При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют максимальную рождаемость. Такой рост популяции начинается медленно и затем стремительно нарастает по экспоненте, то есть кривая роста популяции принимает J-образный вид.

dN/dt = rN

r – выраженная скорость роста численности популяции, связана с максимальной скоростью размножения; чем выше скорость размножения, тем выше r.

r > 0, N ↑ экспоненциально (бум и крах популяции)

r < 0, N ↓ экспоненциально (бум и крах популяции)

размеры не стабилизируются

2. S-образная кривая.

При ограниченных ресурсах размеры популяции того или иного вида также ограничены, и смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Когда это случается, J-образная кривая роста популяции начинает плавно изгибаться и принимает вид S-образной кривой.

dN/dt = rN · (K – N)/K

K – максимальное число организмов, которое может поддерживаться в данных условиях среды (емкость экосистемы); отражает влияние среды на снижение роста.

N > K, скорость роста отрицательна

N < K, скорость роста положительна

N = K, скорость роста равна нулю – стабилизация популяции.

Стратегии выживания.

Основные виды кривых численности популяций в природе:

- относительная стабильность;

- скачкообразный рост;

- циклические колебания.

R и K – стратегии популяций.

r-виды

К-виды

Размножение быстро (высокая плодовитость, короткое время генерации) Скорость размножения не зависит от плотности популяции Энергия и вещество распределяются между многими потомками Размеры популяции некоторое время могут превышать емкость среды Вид не всегда устойчив на данной территории Расселяются быстро Размножение идет с относительно большими затратами энергии и вещества Малые размеры особей Малая продолжительность жизни особей Местообитания сохраняются недолго Слабые конкуренты Защитные приспособления развиты слабо Лучше приспособлены к изменениям окружающей среды (менее специализированы) Например: бактерии, тли, одуванчики

Размножение медленно (низкая плодовитость, продолжительное время генерации) Скорость размножения зависит от плотности популяции Энергия и вещество концентрируются в немногих потомках, родители заботятся о потомках Размеры популяции близки к равновесному уровню Вид устойчив на данной территории Расселяются медленно Размножение идет с относительно небольшими затратами энергии; много энергии расходуется на рост и поддержку жизнеспособности отдельной особи Крупные размеры особей Большая продолжительность жизни особей Местообитания устойчивые Сильные конкуренты Хорошие защитные механизмы Высокая специализация для жизни в устойчивых местообитаниях Например: крупные тропические бабочки, альбатрос, деревья, человек.

Образование и вымирание видов.

Видообразование и вымирание видов – реакция на изменение условий окружающей среды.

Полагают, что 94-99% когда-либо существующих на земле видов вымерли (за 5 млрд. лет).

Для сохранения вида необходимо несколько десятков раздельно-половых особей:

Коэволюция – под взаимным влиянием различных организмов: один вид оказывает влияние на другой.

Наиболее ценные ресурсы земли:

Биоразнообразие - включает два взаимосвязанных понятия: генетическое разнообразие и видовое разнообразие.

Видовое разнообразие – число различных видов внутри одного сообщества.

Генетическое разнообразие – многообразие генетических свойств у особей одного вида.

Изменения экосистем в ответ на крупномасштабный стресс.

С течением времени экосистемы меняются (зарастание водоема или вырубки)

Экологическая сукцессия – процесс, при котором одни сообщества видов растений и животных заменяются серией других, и обычно более сложных сообществ.

Экологическая сукцессия продолжается до тех пор, пока сообщество не станет максимально стабильным и самообеспечивающимся для данных условий (т.е. зрелым).

Зрелые сообщества – пустыни, травянистые системы и леса (в зависимости от климата)

Первичная сукцессия – последовательное развитие сообществ на участках, лишенных почв (скалы и глины после прохождения ледника, вулканическая лава и пепел, участки открытой добычи полезных ископаемых).

Голая природа à зрелый лес

несколько тысяч лет

Вторичная сукцессия – последовательное развитие сообществ в ареале, где естественная растительность уничтожена или сильно нарушена, но почва и донные отложения сохранены (заброшенные с/х угодья, вырубка, сильно загрязненные водоемы, земли, затопленные при строительстве водохранилища) – десятки и сотни лет.

1) поле à однолетние à многолетние à кустарники à молодой à зрелый дубовый лес.

дикие растения дикие растения сосновый лес

Северная Каролина; время 150 лет.

2) вырубки à травы à кустарники и à лиственный лес à зрелый хвойный лес.

молодые деревья (березовая роща)

Средняя полоса; время 100 лет.

3) пруд à болото à луг à лес (сотни лет).