Популяция 10 класс. Популяция
 Скачать 2.57 Mb.
|
ПОПУЛЯЦИЯПопуляция как форма существования вида. Свойства популяции: численность, плотность, структура, размеры и др. Динамика развития популяций. Максимальная мгновенная (биотический потенциал) и фактическая скорости прироста. Экспоненциальная и логистические кривые роста. Сопротивление среды. Стратегия развития r- и K - популяций. Межпопуляционные отношения. Влияние внутри- и межвидовой конкуренции на пределы выносливости популяции. ВИДЖивое население планеты представлено разными видами организмов. Вид – многочисленная группа сходных особей общего происхождения, которые: распространены в определенном ареале, имеют общие наследственно закрепленные особенности обмена веществ, морфологические признаки, приспособления к существованию в этом ареале. Изначально разделение вида на популяции связано с неоднородностью условий обитания в пределах ареала. Что такое популяция?«Популяция» (лат. Populus) – народ, население. Термин - В. Иоганнсен, 1903 г., естественная смесь особей одного вида, неоднородная в генетическом отношении. Ч. Дарвин: «шумы», т.е. различия между особями одного вида. Вильгельм Людвиг Иоганнсен (1857-1927, Дания) Множество формулировок: Л. Джонкерс А. Гиляров А. Яблоков С. Шварц и др. Что такое популяция?Согласно определению С.С. Шварца, Популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды. Станислав Семёнович Шварц 1919-1976 С позиций современной экологии, Популяция - элементарная единица процесса микроэволюции, поскольку обладает уникальным и важнейшим качеством для поддержания жизни вида в течение длительного периода – способностью к перестройке своего генофонда в ответ на изменение экологических факторов среды обитания. Популяция - генетическая единица вида. Изменения - эволюция вида. Классификация популяцийЛандшафтно-биотопический подход (Н.П. Наумов) Географическая: популяция белок в смешанных лесах Беларуси. Экологические: популяция белок сосновых лесов Заволжья. Элементарные (локальные, биотопические, местные) – совокупность особей, занимающих небольшой участок однородной площади. По размерам: Карликовые, обычные, суперпопуляции. Классификация популяцийПо способу размножения Панмиктические: состоят из особей, размножающихся половым путем, для которых характерно перекрестное оплодотворение. Клональные: состоят из особей, для которых характерно только бесполое размножение. Клонально-панмиктические - половое размножение сочетается с бесполым. Первоначально «клон» (др.-греч. «веточка, побег, отпрыск») - для группы растений, полученных от одного растения-производителя вегетативным (не семенным) способом. Со временем расширилось - при выращивании культур бактерий. Позже «клонирование» перенесено на технологию получения идентичных организмов (замещение ядра), а потом и на все организмы, полученные по такой технологии, от первых головастиков до овцы Долли. Основные характеристики популяции Специфические показатели, которые не присущи отдельно взятой особи. Две группы количественных показателей – статические и динамические. Статические показатели: состояние популяции на данный момент времени. Динамические показатели: процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени. Основные статические показатели Численность – общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме. Никогда не бывает постоянной, зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Плотность популяции
150 сосен на 1 га или 0,5 г циклопов в 1 м3 воды. Плотность популяции также изменчива, зависит от численности. Не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение. Основные статические показатели Структура популяции – определенная организация, формирующаяся на основе биологических свойств вида, а также под влиянием абиотических факторов и популяций других видов. Пространственная, возрастная, половая, поведенческая и др. Пространственная структура
Случайное, равномерное и групповое распределение особей. Равномерное распределение - особи размещены через более или менее равные промежутки (деревья в зрелом сосновом лесу). Cлучайное распределение - широко представлено среди растений и многих видов животных. Групповое распределение – стаи, колонии, стада. Групповое размещение обеспечивает популяции более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям. Половая структура популяции – соотношение мужских и женских особей. Соотношение полов в популяции устанавливается по генетическим законам, а затем на него влияет среда. Неравномерное отмирание особей одного пола или, наоборот, их появление в большом количестве в репродуктивный период приводит к изменению других характеристик популяции. Поведенческая структура – система взаимоотношений между членами одной популяции. Особи могут вести одиночный образ жизни и групповой. Полностью одиночного существования организмов в природе нет, так как в этом случае было бы невозможно размножение. При групповом образе жизни животные образуют семьи, колонии, стаи и стада, которые организованы иерархически. Возрастная структура популяции – количественное соотношение особей разного вида. Возрастная структура обычно представлена поколениями. Стабильные популяции - число особей разных возрастов равномерно меняется и носит характер нормального распределения. Сокращающиеся популяции - преобладают старческие особи. Растущие популяции - представленные в основном молодыми особями. Жизнеспособность их не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые на данной территории ранее отсутствовали. Рождаемость
В живых организмах заложена огромная возможность к размножению. Биотический потенциал - скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном при идеальных экологических условиях существования) особи определенного вида могут покрыть земной шар равномерным слоем. 1 одуванчик менее чем за 10 лет способен заселить своими потомками земной шар, если все семена прорастут. В действительности высокая плодовитость организмов никогда не реализуется. Основные динамические показатели Смертность Количество особей, погибших за определенный период. Три типа смертности. смертность одинакова во всех возрастах; повышенная гибель особей на ранних стадиях развития; повышенная гибель взрослых (старых) особей. Основные динамические показатели Прирост популяции
Прирост – положительный и отрицательный. Темп роста Средний прирост за единицу времени. R0 - среднее число потомков, достигших репродуктивного возраста, производимых одной особью данного вида за всю жизнь (чистая скорость размножения):
R0=1 популяция стабильная; R0<1 популяция сокращающаяся. Основные динамические показатели Динамика популяции Скорость роста популяции определятся биотическим или репродуктивным потенциалом. Уравнение А. Лотки: dN/dt rN N – численность особей, t – время, r – биотический потенциал. При ограниченных ресурсах в общем виде уравнение динамики численности популяции: dN/dt rN((K–N)/K) K –емкость среды (K–N)/K - сопротивление среды. Совокупность всех «ограничителей» роста популяции (неоптимальная температура, кислотность, соленость, влажность, присутствие хищников и др.). Наиболее сильно сопротивление среды действует на молодые особи, больше других страдающих от нападения хищников, болезней, недостатка воды и пищи и других неблагоприятных условий. Чем крупнее организмы, тем ближе к логистическому типу характер роста их популяций. Плато на логистической кривой не всегда бывает гладким, т.к. колебания численности происходят постоянно - колебания кривой вокруг асимптоты К (флуктуации численности, которые могут быть сезонными и годовыми). Причины колебания численности популяции
Конкуренция нескольких популяций из-за одной экологической ниши. Взаимоотношения популяций хищника и жертвы, паразита и хозяина. Абиотические факторы. Регуляция численности популяции Каннибализм (от фр. cannibale – людоед). Наблюдается у некоторых видов рыб, у земноводных и других животных. Каннибализм известен более чем у 1300 видов животных. Эмиграция – выселение, переселение части популяции в менее предпочитаемые места обитания того же ареала. У некоторых видов тлей повышение плотности популяции сопровождается появлением крылатых особей, способных расселяться. При переуплотнении популяции эмиграции происходят у ряда млекопитающих (особенно у мышевидных грызунов) и птиц. Жертва – хищникЧаще всего пики численности хищников меньше и несколько отстают от пиков численности жертв. Бывают случаи, когда хищники полностью подавляют популяцию жертвы, а затем сами начинают деградировать. Модель Лотки-ВольтерраЗакрытый ареал Отсутствует иммиграция и эмиграция Достаточно пищи для травоядных животных Уравнение изменения количества жертв: — коэффициент рождаемости жертв — величина популяции жертв — скорость прироста популяции жертв Модель Лотки-ВольтерраХищники стабильным питанием не обеспечены и вымирают. Уравнение для хищников: — коэффициент убыли хищников — величина популяции хищников — скорость прироста популяции хищников Модель Лотки-Вольтерра В результате своих наблюдений В. Вольтерра сформулировал три закона:
Закон сохранения средних величин. Средняя численность популяций обоих видов остается относительно постоянной, независимо от первоначальной численности до тех пор, пока скорости увеличения и уменьшения популяций, а также интенсивность хищничества постоянны. Закон нарушения средних величин. Если уничтожить особей обоих видов пропорционально плотности их популяций, то средняя численность популяции жертвы будет расти, а хищника – падать. Г.Ф. Гаузе провел эксперименты в упрощенной системе инфузории (хищник) – дрожжи (жертва). Отношения популяций могут развиваться по трем сценариям: У жертвы нет убежища, после пика численности жертвы нарастает пик численности хищника, затем все особи жертвы уничтожаются, после чего от голода погибает популяция хищника. Первый этап происходит по сценарию №1. Если какое-то количество особей жертвы имеет надежное укрытие, то после гибели хищника от голода популяция жертвы начинает интенсивно размножаться. У жертвы, как в сценарии №2, есть убежище или популяция жертвы пополняется пришельцами (иммигрантами), взаимоотношения популяций - в виде периодических колебаний численности по сценарию Лотки – Вольтерры. В природе упрощенные взаимоотношения маловероятны: хищник питается не одним видом, жертва преследуется не одним хищником. Строго циклических математически выверенных колебаний численности никогда не наблюдается. Гомеостаз популяцииСпособность популяции поддерживать определенную численность своих особей. Выживаемость – средняя для популяции вероятность сохранения особей каждого поколения за определенный промежуток времени. Три типа «кривых выживания». Основные типы: Виоленты (силовики) – подавляют всех конкурентов (деревья, образующие коренные леса). Патиенты – виды, способные выжить в неблагоприятных условиях (тенелюбивые растения). Эксплеренты (наполняющие) – виды, способные быстро появляться там, где нарушены коренные сообщества (на вырубках, гарях, отмелях и т.д.). r-стратегия и K-стратегия r-стратегия - отбор, направленный на повышение скорости роста популяции и таких качеств, как высокая плодовитость, ранняя половозрелость, способность быстро распространяться на новые места обитания. К-стратегия – отбор, направленный на повышение выживаемости в условиях стабилизировавшейся численности. Это отбор на конкурентноспособность, повышение защищенности от хищников и паразитов, повышение вероятности выживаемости каждого потомка. Каждый организм испытывает на себе комбинацию r- и K-стратегий. Биотические факторы Формы взаимодействия между особями и популяциями. Две группы взаимодействий :
межвидовые (гетеротипические от греч. heteros – разный). Гомотипические реакции
Эффект массы - переуплотнение популяции. Как правило, отрицательно сказывается на плодовитости, скорости роста, длительности жизни животных. Для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции (принцип Олли). Экологическая ниша Местообитание – это адрес вида, экологическая ниша – это род его занятий (Одум). Экологическая ниша (от фр. niche – углубление) – это совокупность всех требований организма к условиям существования, включая занимаемое им пространство, функциональную роль в сообществе и его устойчивость по отношению к факторам среды. Принципы Гаузе: Пустующая ниша всегда будет заполнена. Два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Разделение экологических ниш Разделение экологических ниш в результате межвидовой конкуренции между обитающими совместно видами осуществляется в основном по трем направлениям:
Пищевой рацион. Близкородственные виды животных характеризуются иногда различными пищевыми потребностями. Пищевые рационы пустынных ящериц состоят у одних видов преимущественно из муравьев, у других - из термитов, у третьих - из ящериц других видов. Распределение активности во времени. Разные типы суточной (у ласточек, летучих мышей) или сезонной (у некоторых видов ящериц, насекомых) активности. |