Динамика роста численности популяций




Популяции.

Вопросы: 1. Статистические и динамические показатели популяций.

Продолжительность жизни.

Динамика роста численности популяций.

Экологические стратегии выживания.

Статистические и динамические показатели популяций

Популяция (populatio – народ, население) – совокупность особей одного биологического вида, длительное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида. Этот термин ввел В. Иогансен в 1903 году.

Популяции могут быть монолитными или состоять из группировок субпопуляционного уровня – семей, кланов, стад, стай и т.д.

Генофонд – это совокупность генотипов всех особей популяции. Генотип – совокупность всех генов организма. Фенотип – особенности строения и жизнедеятельности организма, обусловленные взаимодействием его генотипа с условиями среды (В. Иогансен, 1909).

Именно в популяциях возникают перестройки, которые затем распространяются на все сообщество. Например, восстановительные смены растительных сообществ являются сменами популяций растений с различными жизненными циклами.

По мнению Г.А. Новикова, экологическая популяция есть совокупность особей данного вида, сложившаяся естественно или возникшая под влиянием человека, объединенная общей, большей или меньшей территорией, известным генетическим родством, принадлежностью, к одному или нескольким биогеоценозам. Популяция – именно та «ячейка» биоты, которая является основой ее существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание вида, т.е. является элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид есть его качественный этап. Количественные показатели популяций разделяют на статистические и динамические.

Статистические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К ним относятся ее численность, плотность и показатели структуры. Численность – это количество животных или растений в пределах некоторой пространственной единицы: ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т.д. Плотность – число особей, приходящихся на единицу площади, например, плотность населения – количество человек, приходящееся на один квадратный километр, или для гидробионтов – на единицу объема, на литр или кубометр. Показатели структуры: половой – соотношение полов, размерный – соотношение количества особей разных размеров, возрастной – соотношение особей различного возраста в популяции.

Каждое растение при уменьшении количества корма расширяет свою территорию. Такое его действие называют территориальным поведением. Чем крупнее животное, тем большая ему нужна площадь на добычу пищи, поэтому, чем больше размеры тела особи, тем меньше плотность популяции. Ограничивают возможность расселения как биотические (пресс хищников), так и абиотические (толерантность популяции) факторы.

Пресс хищников особенно силен, когда в коэволюции хищник-жертва, равновесие смещается в сторону хищника, и ареал жертвы сужается. Конкурентная борьба тесно связана с нехваткой пищевых ресурсов, на внутривидовом уровне она может быть прямой борьбой, например, хищников за пространство как ресурс.

Важнейшим условием существования популяции является ее толерантность к факторам (условиям) среды. Толерантность у разных особей и к разным частям спектра разная, поэтому толерантность популяции значительно шире, чем у отдельных особей.

Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени. Основными динамическими показателями популяций являются рождаемость, смертность и скорость роста популяций.

Рождаемость, или скорость рождаемости, - это число особей, рождающихся в популяции за единицу времени.

Смертность, или скорость смертности, - это число особей, погибших в популяции в единицу времени. Увеличение численности зависит от количества рожденных за какой-то период времени особей, а уменьшение численности – от их гибели (смертности). Эмиграция и иммиграция особей на численность влияют несущественно.

Продолжительность жизни

Продолжительность жизни вида зависит от условий (факторов) жизни. Различают физиологическую и максимальную продолжительность жизни.

Физиологическая продолжительность жизни – это такая продолжительность жизни, которая определяется только физиологическими возможностями организма. Теоретически она возможна, если допустить, что в период всей жизни на организм не оказывали влияние лимитирующие факторы.

Максимальная продолжительность жизни - это такая продолжительность жизни, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды. Эта величина варьирует в широких пределах: от нескольких минут у бактерий до нескольких тысячелетий у древесных растений (секвойя). Обычно чем крупнее растение или животное, тем больше их продолжительность жизни.

Смертность и рождаемость у организмов весьма существенно изменяются с возрастом. Только увязав смертность и рождаемость с возрастной структурой популяции, можно вскрыть механизмы общей смертности и определиться со структурой продолжительности жизни. Такую информацию можно получить с помощью таблиц выживания.

Таблицы выживания, или еще их называют демографическими таблицами, содержат сведения о характере распределения смертности по возрастам и используются для определения ожидаемой продолжительности жизни человека. Таблицы выживания бывают динамические и статистические.

Динамические таблицы строятся по данным прямых наблюдений за жизнью когорты, т.е. большой группы особей, отрожденных в популяции за короткий промежуток времени, и регистрации возраста наступления смерти всех членов этой когорты. Такие таблицы требуют длительного наблюдения, измеряемого месяцами или годами. Поэтому используют другие таблицы – статистические.

Статистические таблицы выживания составляются по данным наблюдений за смертностью за относительно короткий промежуток времени в отдельных возрастных группах. Зная численность этих групп (сосуществующих когорт), можно рассчитать смертность, специфическую для каждого возраста.

Данные таблиц выживания позволяют построить кривые выживания. Выделяют три основных типа кривых выживания (рис. 1). Кривая А типа, когда на протяжении всей жизни смертность мала, резко возрастая в конце нее, характерна для насекомых, которые обычно гибнут после кладки яиц (ее называют «кривой дрозофилы»), к ней приближаются кривые выживания человека в развитых странах и некоторых крупных млекопитающих.

Кривая В типа – случаи массовой гибели особей в начальный период жизни. Гидробионты и некоторые другие организмы, не заботящиеся о потомстве, выживают за счет огромного числа личинок, икринок, семян и т.п. Моллюски до закрепления на дне проходят личиночную стадию в планктоне, где личинки гибнут в огромных количествах, поэтому кривую III называют еще «кривой устрицы».

Кривая Б типа (диагональная) характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течении всей жизни. Она характерна для рыб, пресмыкающихся, птиц, многолетних травянистых растений.

Кривые выживания часто представляют собой комбинацию указанных выше «основных типов». Например, у людей, живущих в отсталых странах, кривая А вначале круто падает за счет повышенной смертности сразу после рождения.

Рис.1 Типы кривых выживания.

Динамика роста численности популяций

Еще в XVII в. заметили, что численность популяций растет по закону геометрической прогрессии, а уже в конце XVIII в. Томас Мальтус (1766-1834) выдвинул известную теорию о росте народонаселения в геометрической прогрессии. На современном математическом языке эта зависимость выражается J-образной кривой, которая отражает экспоненциальный рост численности организмов и описывается до уравнением:

Nt =No ert,

где Nt – численность популяции в момент времени t;

No - численность популяции в начальный момент времени t o;

e - основание натурального логарифма (2, 7182);

r – показатель, характеризующий темп размножения особей в данной популяции.

Экспоненциальный рост возможен только тогда, когда r имеет постоянное численное значение, т.е. экспоненциальный рост численности популяции – это рост численности ее особей в неизменяющихся условиях (Рис.2). Но такие условия невозможны в природе.

Рис.2 Кривые роста популяции

Воздействие экологических факторов на скорость роста популяции может довести численность популяции до стабильной (r=0) либо ее уменьшить, т.е. экспоненциальный рост замедляется или останавливается полностью и J-образная кривая как бы останавливается и выполаживается, превращаясь в так называемую S-образную кривую. В природе так и происходит – дальнейшее развитие популяции идет по логистической модели, что и описывается S-образной, или логистической кривой роста популяции. В результате решения уравнения логистической кривой получена зависимость:

Nt=К/(1+еa-rt )

где: Nt- численность популяции в момент времени t;

e - основание натурального логарифма;

а – постоянная интегрирования;

r – максимальная скорость роста численности;

k – предельная численность (N= k при r=0).

В основе логистической модели лежит простое допущение, что скорость роста популяции линейно снижается по мере роста численности вплоть до нуля при некой численности К, которую называют биологической емкостью среды – степень способности природного или природно-антропогенного окружения обеспечивать нормальную жизнедеятельность (дыхание, питание, размножение, отдых и т.п.) определенному числу организмов и их сообществ без заметного нарушения самого окружения (Реймерс, 1990). Именно в точке К кривая «выполаживается» параллельно оси абсцисс, образуя так называемое «плато».

Плато на S-образной кривой далеко не всегда бывает гладким, потому что колебания численности происходят постоянно, что отражается в виде колебаний кривой вокруг асимптоты «К». Эти колебания называются флуктуациями численности, если они обусловлены абиотическими факторами. Они могут быть сезонными и годовыми. Годовые колебания обычно вызваны биотическими факторами, отличаются высокой регуляцией и их называют циклами.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: