Определение популяции, ее характеристики и новые (эмерджентные) свойства по сравнению с организменным уровнем. Типы пространственного распределения особей

Популяцией в экологии называют совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и населяющих общую территорию. Популяция – это минимальная самовоспроизводящаяся группировка особей одного вида, населяющая определенный ареал в течение длительного ряда поколений, образующая собственную генетическую систему, формирующая собственную экологическую нишу и более или менее изолированная от других подобных группировок данного вида.

 

Популяция есть форма существования вида и элементарная единица эволюции.

Практическое значение популяционной биологии связано с тем, что популяция есть единица эксплуатации, охраны и подавления.

 

Основные характеристики популяции. Популяции обладают рядом свойств, которые не присущи отдельно взятой особи или просто группе особей. К основным характеристикам популяции относятся: численность, плотность, рождаемость, смертность, относительный и абсолютный прирост. Занимаемое популяцией пространство предоставляет ей средство к жизни. Каждая территория или акватория может прокормить лишь определенное число особей. Однако полнота использования ресурсов зависит не только от общей численности особей популяции, но и от их размещения в пространстве. Это хорошо видно на примере растений, «жизненная территория» которых не может быть меньше некоторой предельной величины (злаки – 25–30 см2). Перехватывая корнями питательные вещества и воду, выделяя активные вещества, каждое растение распространяет свое влияние на определенную территорию, поэтому оптимальным для популяции является такой интервал между соседними особями, при котором они не влияют отрицательно друг на друга.

Суть принципа эмерджентности заключается в том, что свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изучении следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происходящие на этом следующем уровне;он должен быть изучен непосредственно.

Для иллюстрации принципа эмерджентности приведем пример из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют водуг жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким содержанием этих элементов. Следовательно, фантастическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов-эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества..

Типы пространственного распределения особей. Равномерное упорядоченное распределение особей на занимаемой территории в природе встречается редко. В каждом конкретном случае тип распределения в занимаемом пространстве оказывается приспособительным, т.е. позволяющим оптимально использовать имеющиеся ресурсы.

У подвижных животных имеются разнообразные способы упорядочивания распределения в пространстве. Эти животные делятся на две основные группы – оседлых и кочевых. При оседлом существовании животные в течение всей или большей части жизни используют довольно ограниченный участок среды. Этот образ таит в себе угрозу быстрого истощения ресурсов, поэтому у оседлых животных выработались приспособления, которые обеспечивают разграничения мест обитания отдельных особей или других внутрипопуляционных группировок.

У оседлых видов пространственная структура популяции может быть диффузной, мозаичной, пульсирующей или циклической.

В популяциях диффузного типа животные в пространстве распределены дисперсно, не образуя обособленных поселений. Этот тип структуры характерен для мелких млекопитающих открытых пространств (пустынь, степей).

Мозаичный тип размещения возникает тогда, когда пригодные для заселения места распределены в пространстве резко неравномерно (колонии кротов встречаются на луговинах и опушках леса).

Пульсирующий тип характерен для популяций с резким колебанием численности. В годы депрессий популяция состоит из обособленных поселений, в годы подъема – занимает всю пригодную территорию.

Циклический тип пространственной структуры характерен для оседлых животных, попеременно использующих разные участки в течение года (например, лемминги зимуют на сухих прибрежных возвышенностях, а летом переселяются на разнотравно-злаково-лишай­никовые участки).

Циклический тип освоения территории оседлыми животными сходен с использованием ресурсов кочевыми популяциями. Наиболее заметно кочевничество у тех млекопитающих, образ жизни которых требует обширных пространств, - слонов, медведей, копытных и т.д.

Как видно, пространственная структура популяций очень динамична. Она подвержена сезонным и другим адаптивным перестройкам. Однако масштабы возможных изменений и тип использования территории определяются биологическими особенностями вида.

 

 

07. Экспоненциальный рост популяции. Удельная мгновенная скорость роста (r). Биотический потенциал (r - max).

Если относительный прирост популяции (r) – величина постоянная (не зависит от численности популяции), то изменение численности популяции описывается уравнением неограниченного (экспоненциального) роста. В этом случае численность популяции в данный момент времени зависит, в первую очередь, от величины r.

Однако в реальных сообществах всегда существуют лимитирующие факторы, ограничивающие численность популяций. Максимально возможная численность популяции в данных условиях называется ёмкость экологической ниши иобозначается символом К. В этом случае изменение численности популяции описывается логистическим уравнением, которому соответствует кривая ограниченного роста.

 

Экспоненциальный рост имеет место в тех популяциях, в которых прирост численности (число рождений минус число смертей) пропорционален числу особей популяции.

 

Численность популяции определяется в основном двумя противоположными явлениями — рождаемостью и смертностью. Пусть N— численность популяции. Тогда отношение dN/dt означает мгновенную скорость изменения N, т.е. изменение N в момент времени t, а отношение dN/dtN — удельную мгновенную скорость изменения численности популяции. Так, в популяции инфузорий с исходной численностью 100 особей и с численностью через 1 ч, равной 200 особям, рост популяции в расчете на одну особь равен 100/100*1 = 1 особь в 1 ч.

Таким же способом определяют рождаемость и смертность. Если dN— число рожденных особей в популяции, то коэффициент рождаемости b - dN/dt, если dN — число погибших особей, то коэффициент смертности d = dN/dt. Разность г = b - d представляет собой коэффициент прироста изолированной популяции, в которой нет ни эмиграции, ни иммиграции. Коэффициент прироста популяции — не что иное, как врожденная (специфическая) скорость естественного увеличения популяции, называемая иногда мальтузианским параметром. Эта величина является мерой мгновенной (в единицу времени) удельной (в расчете на одну особь) скорости изменения размера популяции и выражается как число особей, отнесенное к единице времени в расчете на одну особь. Различают максимальную мгновенную скорость прироста популяции (rmax) и фактическую скорость увеличения популяции (rа). При воображаемых идеальных условиях, когда значение b максимально, а значение d минимально, га достигает наибольшей величины и равно rmax.

Если допустить, что коэффициент прироста имеет постоянную величину, то зависимость численности популяции от времени будет выражаться экспоненциальной кривой (рис. 8.1, 7). Если г = const, то dN/dt = rN, следовательно, если N0 — численность популяции в исходный момент, Nt — ее численность в момент t, то Nt= N0ert. Экспоненциальная кривая выражает так называемый биотический потенциал.

 

В природе в основном наблюдается иная картина. Прежде всего, коэффициент прироста не остается постоянным, так как рождаемость и смертность меняются в зависимости от условий среды и возраста организмов, а пища и территория редко предоставлены в достаточном объеме. Чаще всего реальный рост численности популяции выражается S-образной зависимостью, которую называют логистической кривой роста (рис. 8.1, 2). Уравнение логистической кривой отличается от уравнения биотического потенциала корректирующим фактором: (K-N)/K, где К — максимальное число особей, способных существовать в рассматриваемой среде, т.е. асимптота кривой. Отсюда математическое выражение для логистической кривой имеет вид

dN/dt =rN[(K-N)/K] или Nt = K/(1 + ea-rt),

где а = r/К. Пространство, заключенное между биотическим потенциалом и логистической кривой роста, представляет собой сопротивление среды. Хотя рост многих популяций микроорганизмов, растений и животных как « в лабораторных, так и природных условиях может быть описан сигмоидной о кривой, это вовсе не означает, что такие популяции растут согласно логистическому уравнению.

 

Биотический потенциал-репродуктивный потенциал, важнейший условный показатель, отражающий способность популяции к размножению, выживанию и развитию при оптимальных экология, условиях, т. е. к увеличению численности при отсутствии лимитирующих факторов.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: