24.4. Кривые роста популяции

Экологов в большей мере интересует не сама по себе величина или структура той или иной популяции в некоторый момент времени, а то, как часто и с какой скоростью в популяциях происходят изменения. Поэтому, при изучении экологии популяций все чаще используют дифференциальное исчисление - раздел математики, оперирующий скоростями изменения величин.

Скорость изменения можно определить разделив изменения некоторой величины (в нашем случае число организмов - dN; где d -дельта - означает изменение) на интервал времени, в течении которого произошло это изменение (dt). Таким образом dN/dt - скорость изменения числа организмов за единицу времени в некоторый промежуток времени.

Характер увеличения численности популяции может быть различным и в связи с этим выделяют несколько типов кривых роста численности популяций.

При, так называемой, J - образной кривой (или кривой "бум" и "крах") плотность популяции быстро возрастает по экспоненте (рис. 24.4), но затем, когда начинают действовать лимитирующие факторы, рост быстро прекращается. Этот тип роста популяции может быть описан простым экспоненциальным уравнением:

dN/dt = rN.

Такой рост численности популяции не зависит от плотности до некоторого предела. По достижению этого порога численность сразу же резко падает. Чаще всего это обусловлено исчерпанием ресурсов.

При сигмоидальной (S-образной) форме кривой роста численности, количество особей вначале увеличивается медленно, затем быстрее, но вскоре под влиянием сопротивления среды рост постепенно замедляется (рис. 24.5). В конце концов будет достигнуто равновесие, которое и сохраняется. При этом большое значение приобретает такое понятие как емкость среды - верхний предел увеличения численности популяции (К). Такой тип роста описывается уравнением

dN (K - N)

-- = rN -------

dt K

Николсон (Nicholson, 1954) обратив внимание на зависимость скорости роста популяции от плотности назвал подобные кривые "обусловленными плотностью".

Обе эти кривые представляют собой крайние варианты роста численности популяции орагнизмов. Экспоненциальная кривая характеризует наиболее быстрый тип рост, а логистическая - наиболее медленный. Следует ожидать, что рост большинства природных популяций имеет промежуточные характеристики (рис. 24.6).

В популяциях высших растений и животных, имеющих сложные жизненные циклы и длительный период индивидуального развития, наблюдается несовпадение во времени увеличения плотности популяции и воздействия на нее лимитирующих факторов. Николсон назвал такой тип роста популяции "обусловленным плотностью с запаздыванием" (рис. 25.6). Популяций при этом "перепрыгивает" через верхний предел увеличения численности (превышает емкость среды) и испытывает колебания численности, прежде чем стабилизируется на уровне емкости среды.

По мнению Одума (1986), J-образную кривую можно рассматривать как неполную сигмоидольную кривую, просто лимитурующие факторы среды в этом случае начинают ограничивать рождаемость еще до того, как включаются внутренние факторы, ограничивающие численность.

К экологической проблеме роста численности популяций тесно примыкает демографическая проблема "демографического взрыва". Численность людей, населяющих Землю, неуклонно возрастает на протяжении по крайней мере последних 200 лет (рис. 24.7), когда человек окончательно вырвался из-под "опеки" биологических закономерностей регуляции числености популяций. Это объясняется главным образом снижением смертности в большинстве стран мира.

Большинство людей считает, что снижение смертности в человеческих популяциях - результат достижения медицины. Однако, гораздо большую роль сыграло, по-видимому, наступившее несколько раньше и менее заметное улучшение питания и санитарно-гигиенических условий. Так обычай стирать одежду и мыть голову распространился в Европе после XVIII века.

Список литературы

Грин Н. и др. Биология. Т. 2. М.: Мир. 1990.

Одум Ю. Экология. Т. 2. М.: Мир. 1986.

Яблоков А.В. Популяционная биология. М.: Высшая школа. 1987.

Общая биология

Лекция 26

Стратегии популяции