Популяция и её характеристики и структура

Тема 1. Взаимоотношения организмов и среды. Популяция, биоценоз, экосистема.

4. Популяция и её характеристики и структура.

Популяция — структурная  единица вида. Характеристика популяции

Ареал вида. Особи одного вида встречаются на территориях, где они находят подходящие для жизни условия. Часть земной поверхности (или акватории), в пределах которой встречается данный вид, называется ареалом (от лат. area — площадь, пространство^ (см. рис. 1.2).

Размеры ареалов разных видов  могут сильно различаться. У наземных малоподвижных видов, распространение  которых ограничено какими-нибудь непреодолимыми преградами, ареал может занимать территорию всего в несколько  квадратных километров и даже менее. К ним относятся островные  или пещерные виды, обитатели горных долин или верхних зон горных хребтов. Например, живородящая рыба голомянка населяет только озеро  Байкал, жуки жужелицы-брызгуны обитают  на Кавказе в пределах одного-двух хребтов. Виды, имеющие узкий ареал  распространения, называются эндемичными, или эндемиками.

Другие виды имеют обширные ареалы, нередко располагающиеся  на нескольких материках. Например, на всех континентах встречаются жуки-навозники, соколы-сапсаны. Огромный ареал имеют  подвижные морские животные —  кашалот, серый дельфин, синий кит, касатка. Такое же широкое распространение  свойственно многим растениям и  животным, сопровождающим человека, —  синантропным видам (вши, блохи, тараканы, крысы). Виды, ареалы которых расположены  в пределах всех континентов, называются всесветными, или космополитами.

Главными причинами, которые  влияют на формирование и особенности  структуры ареала, являются экологическая  пластичность вида, его способность  к расселению и исторический возраст. В формировании ареалов си-нантропных видов роль человека является определяющей.

Популяция — структурная  единица вида. Ареалов, сплошь заселенных тем или иным видом, в природе не существует. В пределах ареала особи данного вида осваивают лишь подходящие для их жизни местообитания. Степень заполнения занимаемого пространства у разных видов различна. Но всегда в нем выделяются «пустоты» и скопления. Иными словами, ареал состоит из более или менее многочисленных участков, на которых и встречается определенный вид. Например, колонии крота европейского, хорошо заметные по холмикам земли, располагаются на лесных опушках и лугах, ель обыкновенная произрастает преимущественно на низинах со значительно увлажненной почвой.

Скопления особей одного вида по численности могут быть большими или маленькими, существовать длительно (столетия и более) или на протяжении жизни всего двух-трех поколений, после чего они, как правило, погибают от любых случайностей, например, заболеваний, резкого ухудшения

погодных условий и  др. Для судьбы вида гораздо более  важную роль играют те группы особей, которые  устойчиво сохраняются на протяжении жизни многих поколений. Численность  особей в таких группах может  значительно увеличиваться при  благоприятных условиях и снижаться  при неблагоприятных, однако они  имеют шансы к длительному  существованию на данной территории. Такие группировки (совокупности) особей одного вида, длительно населяющих определенную часть ареала, свободно скрещивающихся друг с другом и дающих плодовитое потомство, относительно обособленные от других совокупностей этого же вида, называются популяцией (от лат. populus — народ, население). Благодаря пространственной разобщенности популяций вид приспособлен к существованию в разнообразных условиях среды. Таким образом, популяция является внутривидовой группировкой и, следовательно, конкретной формой существования вида, а сам вид — сложной биологической системой.

Характеристика популяций. Каждая популяция любого вида как биологическая система обладает определенной структурой.

Под структурой популяции понимается определенное количественное соотношение особей, отличающихся по морфологическим и физиологическим признакам, возрасту, полу, характеру распределения в пространстве и другим свойствам.

Основными параметрами популяции  являются, прежде всего, ее численность  и плотность.

Численность — общее количество особей в популяции. Она не бывает постоянной, так как изменчивы условия среды обитания популяции. Численность популяции зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению ее численности. Для каждой популяции есть верхний и нижний пределы численности, которые можно измерить, изучая ее сезонные и межгодовые изменения.

Плотность популяции — это количество особей или их биомасса на единицу площади или объема (например, 150 растений сосны на 1 га; 0,5 циклопа на 1 м 3 воды). Плотность популяции также изменчива и зависит от численности. При возрастании численности плотность не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение популяции, расширение ее ареала.

Повышение плотности сверх  оптимальной неблагоприятно сказывается  на состоянии популяции, поскольку  при этом иссякает кормовая база, сокращается  жизненное пространство и т.д.

Падение плотности ниже оптимальной  приводит к ослаблению защитных реакций  популяции, снижает ее плодовитость, что в конечном итоге может  привести к вымиранию популяции.

Общую численность популяции  оценивают разными методами. Для  подсчета популяций крупноразмерных  организмов, таких как слоны, буйволы, олени, приме няют метод тотального подсчета, используя фотосъемку территории с самолета или вертолета с последующим просчитыванием на фотографии всех запечатленных на ней особей данного вида. Численность популяций, состоящих из мелких животных, чаще всего определяют методом выборки. Для этого подсчитывают плотность организмов в разных участках местоообитания популяции и, умножив среднюю величину плотности на площадь или объем, занимаемый популяцией, получают ее общую численность.

Пространственное распределение представляет собой особенности размещения особей популяции на занимаемой территории. Оно определяется степенью однородности среды обитания, наличием пригодных для жизни участков, а также биологическими особенностями вида, поведением его особей. Знание типа распределения организмов позволяет правильно оценить плотность методом выборки.

Природным популяциям свойственны  три типа распределения особей: случайное, равномерное (регулярное) и групповое (агрегированное) (рис. 1.3).

Случайное распределение особей наблюдается в однородной среде обитания, при невысокой численности популяции и отсутствии у особей стремления образовывать группы (например, у планарий, гидр). В природе этот тип распределения встречается редко.

Равномерное распределение характерно для видов, отличающихся жесткой конкуренцией между особями за одинаковые ресурсы и сильным территориальным инстинктом (хищные рыбы, млекопитающие, птицы, пауки).

Агрегированное (групповое) распределение встречается в природе наиболее часто. Оно выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются значительные незаселенные территории. Причинами агрегированности особей могут быть неоднородность среды и ограниченность пригодных для жизни местообитаний, особенности размножениястремление к жизни в группе. Жизнь в группе (семье, стаде, стае, колонии) облегчает защиту от хищников, поиск и добывание корма. У растений групповое распределение определяется главным образом способом размножения и расселения семян и плодов. Например, тяжелые плоды, падая рядом с материнским растением и в последующем прорастая, образуют группу рядом растущих дочерних растений.

Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяции (рис. 1.4), а также сезонную и межгодовую динамику этого соотношения. В популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный (до размножения), репродуктивный (в период размножения) и пострепродуктивный (после размножения). При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный уровень численности. Несмотря на присутствие в популяции всех возрастных групп, соотношение между ними меняется и зависит от числа потомков в помете, количества пометов за сезон, времени наступления половозрел ости, продолжительности репродуктивного периода особей, продолжительности их жизни и других факторов. Так, например, в популяциях мелких грызунов велика доля особей младших возрастных групп, в то время как для крупных видов (слоны, киты и др.) она мала.

В сокращающихся популяциях преобладают старые особи, уже не способные интенсивно размножаться. Такая возрастная структура свидетель^ ствует о неблагоприятных условиях существования.

Изучение распределения  организмов по возрастам имеет большое  значение в прогнозировании численности  популяций на протяжении жизни ряда ближайших поколений. Такие исследования позволяют планировать, например, промысел рыб или пушных зверей на ряд лет  вперед.

Половую структуру формирует соотношение полов в популяциях с раздельнополыми особями (см. рис. 1.4). К ним относятся большинство животных и все двудомные растения. Изменение половой структуры популяции отражается на ее роли в экосистеме, так как самцы и самки многих видов имеют отличия в характере питания, ритме жизни, поведении. Так, самки некоторых видов комаров, клещей и мошек являются кровососущими, в то время как самцы питаются соком растений или нектаром. Повышение доли половозрелых самок приводит к более интенсивному росту популяции за счет рождения большего количества молоди.

Рождаемость характеризует частоту появления новых особей в популяции за счет размножения. Различают абсолютную и удельную рождаемость.

Абсолютная рождаемость — это количество особей, рожденных в популяции за единицу времени, например, за год, месяц, сутки. Однако величина абсолютной рождаемости находится в прямой зависимости от численности популяции. Поэтому определяют удельную рождаемость — количество особей, рожденных в популяции за единицу времени в расчете на одну особь (или на тысячу особей). Показатель удельной рождаемости удобен тем, что позволяет сравнивать скорость рождаемости в разных популяциях независимо от различий в их численности.

Смертность (абсолютная и удельная) — величина, противоположная рождаемости.

Величины рождаемости  и смертности изменчивы во времени  и зависят от возрастной и половой  структуры популяции, обеспеченности пищей и ряда других факторов (рис. 1.5).

Соотношение между величинами рождаемости и смертности определяет динамику численностипопуляции. Так, если величина рождаемости выше показателя смертности, то численность популяции будет возрастать, и наоборот, снизится, если смертность превысит рождаемость. В случае равенства величин рождаемости и смертности численность популяции будет поддерживаться на постоянном уровне.

Формой существования  вида является популяция — самоподдерживающаяся совокупность особей одного вида, имеющая  собственный генофонд. Способность  популяции к длительному существованию  на конкретном участке ареала вида обеспечивается характерными для нее  структурой и групповыми свойствами: численностью, плотностью, половозрастной структурой, рождаемостью и смертностью. Величины этих показателей непостоянны, что дает возможность популяции  адаптироваться к меняющимся условиям среды обитания.