Шпаргалка по "Экология"

Территориальная иерархия популяций

В экологии достаточно широкое распространение получила концепция иерархии (соподчиненности) популяций в зависимости от размеров занимаемой ими территории. Н.П. Наумов, например, ввел понятия элементарной, экологической и географической популяции, которые, в свою очередь, входят в ареал вида.

Совокупность элементарных популяций формирует более крупную экологическую популяцию. Составляющие ее элементарные популяции весьма слабо изолированы друг от друга, между ними может происходить довольно часто обмен генетической информацией, но существенно реже, нежели между элементарными популяциями. Характерным примером служит белка, которая обитает в различных типах леса. Вследствие этого можно достаточно четко выделить «сосновые», «елово-пихтовые» и др. экологические популяции белки.

Экологические популяции, слагаясь, образуют географические популяции. Последние включают группу особей, которые заселяют территорию с географически однородными условиями существования (тундра, тайга) и отличаются общностью приспособлений к климату и ландшафту. Следует отметить, что географические популяции довольно заметно разграничены и изолированы. Как правило, они могут отличаться рядом экологических, физиологических, поведенческих и других особенностей, а также плодовитостью и даже размерами особей.

Отталкиваясь от полученной информации, легче понять, что такое вид: это сложная биологическая система, которая состоит из группировок организмов — популяций, обладающих характерными особенностями строения, физиологии и поведения.

Итак, популяция может быть охарактеризована как внутривидовая группировка особей, конкретная форма существования вида, обладающая определенными количественными и качественными показателями. Популяция является генетической единицей вида: ее изменения обусловливают эволюцию данного вида.

16. Структура популяций: половая, возрастная, пространственная, генетическая

Под демографической структурой популяции понимают прежде всего ее половой и возрастной состав. С другой стороны, говорить о пространственной структуре популяции - то есть особенностях размещения особей популяции в пространстве.

Знание структуры популяции позволяет исследователю прийти к выводам ее благополучии или неблагополучии. Например, тогда как популяции отсутствуют генеративные (то есть способные дать потомство) особи и даже много старовозрастных (сенильных) особей, можно сделать неблагоприятный прогноз. В такой популяции может быть будущего. Структуру популяции желательно изучать в постепенной динамике: зная изменение в течение несколько лет, можно гораздо более уверенно говорить о тех или иных тенденциях.

Возрастная структура популяции. Этот тип структуры связаны с соотношением особей различных возврастов в популяции. Лица имеют одинаковый возраст принято объединять в когорты, то есть возрастные группы.

Возрастная структура популяций растений описана очень подробно. В нем выделяют (по Т.А. Роботнову) такие возраста (возрастные группы организмов):

латентный период - состояние семени;

прегенеративный период (включает состояния проростка, ювенильного растения, растений имматурного и виргинильного растения);

генеративный период (обычно подразделяется втрое подпериода - молодых, зрелых и старых генеративных особей);

постгенеративный период (включает состояния субсенильного растения, сенильного растения и фазу отмирания).

Разумеется, в своей возникают проблемы соотношения календарного и биологического возраста. Принадлежность к какому-то возрастному состоянию определяется по степени вложенной определенных морфологических (например, степень расчлененности сложного листа) и физиологических (например, способность дать потомство) признаков. Следовательно фиксируется, прежде всего, биологический возраст особи. Биологический возраст имеет для эколога большого веса, поскольку именно его определяет роль особи в популяционных процессах. В то же время, обычно, существует взаимосвязь между биологическим и календарным возрастом.

В популяциях животных тоже можно выделить разные возрастные стадии. Например, насекомые, которые развиваются с метаморфозом, проходят стадии яйца, личинки, куколки, имаго (взрослого насекомого). У других животных (и развития без метаморфоза) тоже можно выделить разные возрастные состояния, хотя границы между ними могут и так четкими.

Характер возрастной структуры (или говорят, возрастного спектра) популяции зависит от типа так называемой кривой выживания, свойственной данной популяции. Кривая выживания соответствует уровню смертности в различных возрастных группах. Поэтому если уровень смертности зависит от возраста особей, то кривая выживания является снижающуюся линию (см. рисунок, тип I). То есть отмирание особей происходит в данном типе равномерно, коэффициент смертности постоянный в течение всей жизни. Такая кривая выживания свойственна видам, развитие которых зависит не вызывает метаморфоза при достаточной устойчивости рождающегося потомства. Этот тип принято называть типом гидры - им свойственна кривая выживания, которая приближается к прямой линии.

У видов, которым роль внешних факторов в смертности невелика, кривая выживания характеризуется небольшим понижением до определенного возраста, после которого происходит резкое снижение в результате естественной (физиологический) смертности. Тип II рисунке. Близкий к этому типу характер кривой выживания свойственен человеку (хотя кривая выживания человека несколько более положиста следовательно, является средним между типами I и II). Этот тип носит названия типа дрозофилы: что его демонстрируют дрозофилы в лабораторных условиях (не поедаемые хищниками).

Для очень многих видов характерны высокая смертность на ранних стадиях онтогенеза. Таких видов кривая выживания характеризуется резким падением в сфере младших возрастных групп. Лица, переживших "критический" возраст, демонстрируют низкую смертность и доживают до больших возрастов. Тип называется типа устрицы. Тип III рисунке.

Изучение кривых выживаемости представляет большой интерес для эколога. Оно позволяет ожидать, что не возрасте тот или иной вид наиболее уязвим. Если действие причин, способных изменить рождаемость или смертность, занимает самую уязвимую стадию, их влиянием прочь последующее развитие популяции будет наибольшим. Эту закономерность необходимо учитывать в организации охоты или борьбы с вредителями.

Половая структура популяции. О половой структуре популяции можно говорить, разумеется, лишь когда речь идет о раздельнополом (бисексуальном) виде. Бисексуальность играет огромную роль в поддержании генетической разнокачественности особей популяции. Значение генетической разнокачественности для устойчивости популяции будет подробно раскрыто в следующем уроке. Сегодня же отметим, что половая структура, то есть соотношение полов, причастен непосредственно к воспроизводству популяции и ее устойчивости.

Принято выделять первичное, вторичное и третичное соотношение полов в популяции. Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом. Например, у человека XY-хромосомы определяют развитие мужского пола, а XX - женского. И здесь первичное соотношение полов 1:1, то есть равновероятно.

Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на данный момент (среди новорожденных). Это может существенно отличаться от первичного по целому ряду причин: избирательность яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X - или Y-хромосому, неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению, различными внешними факторами. Например, зоологами описано влияние температуры на вторичное соотношение полов у рептилий. Аналогичная закономерность характерна и некоторым насекомым. То в муравьев оплодотворение обеспечивается при температуре более 20 С, а при более низких температурах откладываются неоплодотворенные яйца. Из последних вылупляются самцы, и если из оплодотворенных - в основном, самки.

Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.

Пространственная структура популяции. Пространственная структура популяции отражает характер размещение особей в пространстве.

Выделяют три основных типа распределения особей в пространстве:

единообразное (особи размещены в пространстве равномерно, на одинаковых расстояниях друг от друга), тип также называется равномерного распределения;

конгрегационное, или мозаичное (то есть "пятнистое", особи размещаются в обособленных скоплениях);

случайное, или диффузионная (особи распределены в пространстве случайно).

Если вы хоть дружеские статистике, то разницу между этими типами пространственной структуры можно описать так. Возьмем определенное количество выборок, подсчитав число особей одинаковые площадях. Если дисперсия числа особей в выборках катится к нулю - мы имеем дело с равномерным распределением. Если дисперсия близка именно к среднему арифметическому - это случайное распределение. Если же дисперсия намного больше среднего арифметического, можно говорить о конгреационном размещения особей.

Равномерное распределение есть в природе редко и чаще всего вызвано острой внутренней конкуренции (как, например, у хищных рыб).

Случайное распределение можно наблюдать только в однородной среде и только у видов, которые обнаруживают никакого стремления к объединению групп. Как хрестоматийный пример равномерного распределения, ставят распределение жука Tribolium в муке.

Распределение группами встречается гораздо чаще. Он с особенностями микросреды или особенностям поведения животных.

Пространственная структура имеет важное экологическое значение. Прежде всего, определенный тип использования территории позволяет популяции смогли эффективно использовать ресурсы среды и снизить внутривидовую конкуренцию. Эффективность использования среды и снижение конкуренции между представителями популяции позволяют ей укрепить свои позиции по отношению к другим видам, населяющим данную экосистему.

Другое важное значение пространственной структуры популяции в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции. Без определенного уровня внутрипопуляционных контактов популяция сможет выполнять как свои видовые функции (размножение, расселение), и функции, связанные с участием в экосистеме (что в круговоротах веществ, создание биологической продукции и так далее).

17. Динамическая характеристика популяций: рождаемость, смертность

Рождаемость.

Рождаемость - это количество особей популяции, что родилась за единицу времени. ее вычисляют по следующей формуле:

где В - рождаемость, ігь - количество организмов, родившихся, (г^ - £2) - определенный промежуток времени (обычно 1 год).

Каждый организм имеет свои физиологические возможности размножения (плодовитости), но при различных условиях (в том числе и экологических) они реализуются по-разному. Поэтому для каждой популяции в определенные периоды существует свой показатель рождаемости. В перенаселенных популяциях рождаемость, как правило, уменьшается, и наоборот, когда плотность популяции меньше от оптимальных показателей, рождаемость может расти. Чем больше рождаемость, тем скорее увеличивается численность организмов в популяциях. Но нет вечно живих организмов - рано или поздно они погибают или отмирают, освобождая место для потомков. То есть для популяций характерна определенная смертность организмов.

Смертность.

Разные организмы (даже одного вида) имеют разную продолжительность жизни. В идеальных (оптимальных) условиях живые организмы могут жить довольно длительное время, чего они не демонстрируют в природных условиях. Так, например, обычная жаба в условиях невольного содержания может прожить до 26 лет, в то время как в природе они редко переживают 6-летний возраст. Это означает, что физиологически организмы могут жить дольше, чем они живут в определенных условиях природной среды. Именно неблагоприятные условия окружающей среды (абиотические и ряд биотических, в частности, хищники, паразиты и др) не дают организмам возможности дожить до своего максимального возраста. Поэтому в популяции наблюдается определенная смертность организмов. Смертность - это количество организмов популяции, которые умирают или погибают по разным причинам в определенный промежуток времени. ее определяют по формуле:

где М - смертность, ЛГт - количество организмов, которые погибли или умерли, (£и - и) - определенный промежуток времени (обычно 1 год).

Смертность как показатель популяции может меняться по разным причинам. Она может вырасти при резком изменении оптимальных условий существования на экстремальные, при увеличении плотности популяции и наоборот. Сравнивая величины рождаемости и смертности, можно предсказать темпы изменения численности в популяции. Если смертность будет превышать рождаемость, то популяция будет уменьшаться численно. При одинаковых величинах смертности и рождаемости популяция будет иметь стабильную численность. Когда же рождаемость будет превышать смертность, то популяция будет расти численно.

18. Эксплуатация популяций.

Эксплуатация популяций растительных сообществ, в частности, с целью получения древесного сырья, обычно приурочивается к тому периоду, когда имеет место возрастное замедление накопления продукции (прироста). Этот период обычно совпадает с максимальным накоплением древесной массы на единице площади. Лесоводами применительно к решаемым задачам и сообразуясь с эколого-биологическими свойствами популяций (экосистем) разработаны различные виды рубок. Прежде всего, они делятся на две большие группы: промежуточного и главного пользования. Рубки промежуточного пользования проводятся практически во всех возрастах жизни леса. При их проведении, наряду с изъятием части продукции, преследуется цель создания более благоприятных условий для жизнедеятельности и роста остающейся части древостоя. Ими же создаются условия для увеличения доли более ценных с точки зрения целей хозяйства видов (например, хвойных в смешанных хвойно-лиственных сообществах). При рубках главного пользования убирается весь древостой, достигший возраста спелости. Этот урожай может сниматься единовременно (сплошные рубки) или в несколько приемов (постепенные, выборочные рубки). Изымается при этом такая часть древостоя, которая не нарушила бы жизнедеятельности популяций и экосистем в целом, механизмов их самоподдержания и саморегулирования (гомеостаза). Такой тип ведения хозяйства рассматривают как мягкое управление природными процессами.