III. Изучение нового материала.
Динамика популяций как биологическое явление.
Численность популяций не остается постоянной, так как меняются условия их существования.
Динамика популяций – это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени – численности, биомассы, популяционной структуры (возрастного состава). Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она как бы приспосабливается к изменяющимся условиям среды. В ходе эволюции популяции живых организмов обретают различные свойства. Некоторые из них приспособлены к существованию в суровых, но стабильных условиях, например, в пустынях, полупустынях, тундрах.
В: Приведите примеры (мхи, лишайники, саксаул).
Популяции таких организмов не приспособлены к резким изменениям условий жизни, они крайне чувствительны к изменениям, уязвимы и трудно поддаются восстановлению.
Популяции других организмов, обитающих в зонах умеренного климата, в особенности популяции однолетних животных (большинство насекомых) и растений (некоторые виды трав), способны выдерживать значительные нарушения условий жизни. Колебания их численности обладают очень большой амплитудой. В годы минимальной или максимальной их численность может различаться в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз.
Типы динамики популяции.
На динамику любой популяции влияют разные факторы. Такие показатели, как рождаемость, смертность, возрастная структура, весьма важны, но ни по одному из них нельзя судить о росте популяции в целом. Между тем представление о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики. Выделяют три типа динамики популяций: стабильный, изменчивый и взрывной. Стабильным считается ход численности при изменениях всего в несколько раз, изменчивым – при колебаниях в десятки раз, а взрывная динамика характеризуется периодическим превышением обычной численности в сотни и тысячи раз.
В: Какие причины определяют размах изменчивости популяции на занимаемой ею территории? ( На численность популяций влияют самые разнообразные факторы: и погода, и обеспеченность пищей, и хищники, и болезни, и возрастной состав, и соотношение полов и возрастных групп в самой популяции, и многие другие).
В этом многообразии, однако, можно четко выделить две группы факторов. Действие одних одностороннее. Одни влияют на популяцию, но сами не зависят от ее численности и плотности. Таковы в основном все абиотические факторы, например, все погодные условия: температура, дожди, ветры, солнечная радиация, давление и т. п. Они могут обусловить значительную смертность или, наоборот, благоприятствовать размножению. Эти факторы не регулируют плотность популяции, а просто отклоняют ее в ту или иную сторону. Их изучение важно для прогноза численности вида на данной территории.
Вторая группа факторов относится к регуляторам численности популяций. Это двустороннее взаимодействие. Оно возникает по принципу отрицательной обратной связи, когда рост численности популяции вызывает все увеличивающееся противодействие этому росту. Действие регулирующих факторов зависит от плотности популяции. Чем выше становится численность вида, тем сильнее растет противодействие. При падении численности действие регуляторов ослабевает. По этому принципу на популяцию действуют как другие виды, так и рост собственной плотности.
Действительно, чем выше численность жертв, тем больше пищи для хищников и паразитов, тем быстрее могут распространяться возбудители опасных заболеваний и тем сильнее обостряется конкуренция внутри собственного вида.
Таким образом, факторы, регулирующие численность популяции, т. е. возвращающие ее к норме из состояния переуплотнения, – это в основном межвидовые и внутривидовые отношения, т. е. биотические связи. Именно они удерживают плотность популяции в определенных границах, не допуская виды до критического состояния – подрыва собственных ресурсов.
Стратегии выживания.
Двум противоположным типам популяционной динамики соответствуют две противоположные жизненные стратегии, эволюционно сложившийся в популяциях комплекс свойств, направленный на повышение выживаемости. Все разнообразие экологических стратегий заключено между двумя типами эволюционного отбора:
1) r-стратегией – особи в популяции размножаются быстро (высокая плодовитость, быстрая смена поколений), они менее конкурентоспособны, скорость размножения не зависит от плотности популяции, расселяются широко и быстро, малые размеры особей, малая продолжительность жизни (бактерии, тли, однолетние растения)
2) К-стратегией – популяция состоит из медленно размножающихся, но более конкурентоспособных особей, скорость роста популяции зависит от ее плотности (S-образная кривая), расселяются медленно, населяют стабильные местообитания, имеют крупные размеры и большую продолжительность жизни (человекообразные приматы, деревья).
Ни один из видов не подвержен только r- или только К-отбору. Между этими крайними стратегиями существует множество переходных форм. Популяции, как и другие живые системы, способны к гомеостазу, т.е. поддержанию динамического постоянства численности под воздействием ряда факторов среды, и также поддерживают его за счет саморегуляции своей численности.
Закрепление нового материала.
Кривые роста численности популяций крайне идеализированы. На самом деле численность популяций не застывает на одном уровне, а постоянно колеблется вокруг некоторого среднего уровня в соответствии с изменяющимися условиями. Размах этих колебаний может быть различным, он будет определять тип динамики популяций. Мы должны выяснить, что является причиной изменения численности, какие факторы могут быть регуляторами численности.
Безграничный рост губителен для любого вида, так как приводит к подрыву его жизнеобеспечения. При увеличении численности популяции включаются регуляторные системы природного сообщества – хищники, паразиты, возбудители инфекционных заболеваний. При еще более высокой плотности вступает в силу внутривидовая конкуренция. Вся эволюция видов шла в таком направлении, что выработались механизмы реакции на собственную плотность. Таким образом, на пути увеличения численности вида возникает множество последовательных преград, образующих надежную систему регуляции. Поэтому, хотя в природе миллионы видов, большинство из них не дает вспышек массового размножения.
Как люди могут использовать модели в своей деятельности? Приведите примеры.
Современные представления о динамике популяций, построение и работа с моделями развития популяций дают возможность предсказывать изменение численности отдельных видов, а также усиливать или ослаблять регуляторные связи в управлении их численностью.
Применение биологических моделей развития популяций возможно в повседневной жизни и народном хозяйстве. (охотовед; лесник; работники сельского хозяйства, животноводства, растениеводства; работники рыбодобывающей отрасли; экологи).
Домашнее задание
1. У каких видов стабильная динамика численности в популяциях?
1. Если у вида сложная возрастная структура
2. Если у вида простая возрастная структура
3. Если возрастная структура нестабильна
2. Выберите тип динамики численности популяции характерный для большой синицы:
1. Стабильный
2. Изменчивый
3. Взрывной
3. Выберите тип стратегии развития численности популяции характерный для императорского пингвина:
1. Взрывная
2. r - стратегия
3. К - стратегия
4. Что происходит с численностью популяции жертвы, если хищники отлавливают жертву медленнее чем она успевает размножаться?
1. Численность жертвы остается неизменной
2. Численность жертвы медленно снижается
3. Численность жертвы медленно увеличивается
5. Каким станет тип динамики численности потенциального насекомого вредителя, имеющий стабильную числен ость в естественном биоценозе, если этот биоценоз превратить в агроценоз?
1. Стабильный
2. Изменчивый
3. Взрывной