Какие свойства популяции определяются особенностями возрастного

Популяция обладает «биологическими особенностями», которые она разделяет со всеми составляющими её организмами (она так же растёт, дифференцируется, т. е. подразделяется на более мелкие подгруппы, изменяется вместе с изменением условий жизни).

Одновременно она обладает «групповыми особенностями», которые служат уникальными характеристиками группы и присущи только группе особей в целом.

Например, такие показатели, как обилие (общее число организмов), рождаемость (скорость прироста численности), смертность (скорость сокращения численности в результате гибели особей), возрастной состав (соотношение численности разновозрастных особей), нельзя применить к отдельным организмам, они могут характеризовать только популяцию в целом. Эти показатели называются демографическими.

Их нельзя применить к отдельным организмам, они могут характеризовать только популяцию в целом. Особь рождается и умирает, имеет тот или иной возраст, но применительно к особи нельзя говорить о рождаемости, смертности или возрастной структуре — характеристиках, имеющих смысл только на уровне группы.

Во всех этих случаях нас интересуют прежде всего изменения популяции в целом, возможность прогнозировать эти изменения, регулировать их (например, снижение численности вредителей сельскохозяйственных угодий).

Крайне необходимо для этого знать причины и скорость популяционных изменений, а также уметь измерять различные параметры этих природных объектов.
Рассмотрим эти показатели подробнее.

Мера обилия особей какой-либо популяции — общая численность популяции, или её общая биомасса. Однако измерение этих показателей применительно ко многим животным связано с большими трудностями, поэтому показателем, который обычно используют для суждений об убывании или возрастании численности популяции, является плотность.

Измерением плотности пользуются в тех случаях, когда важнее знать не конкретную величину популяции в тот или иной момент времени, а её динамику, то есть ход изменений численности во времени. Плотность в данных случаях служит мерой относительного обилия.

Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности за счёт размножения особей.

Различают максимальную рождаемость (иногда её называют физиологической, или абсолютной) и экологическую, или просто рождаемость.

Максимальная рождаемость во многом определяется способностью самок производить одновременно какое-либо количество потомства, то есть физиологической плодовитостью, а также общим количеством потомков (за определённый срок).

Экологическая рождаемость непостоянна и изменяется в зависимости от физических условий среды и состава популяции.

Если прослеживать судьбу некоторой группы особей, родившихся в одно и то же время, легко обнаружить, что их численность в течение жизни непрерывно снижается в результате отмирания части особей. Этот процесс, называемый смертностью, может характеризовать отдельные популяционные подгруппы или же популяцию в целом.

Если говорить о средней продолжительности жизни группы организмов, например средней продолжительности жизни группы рыб, появившихся на свет в одном и том же году, то эта продолжительность будет определяться величиной смертности.

 “Введение в общую биологию и экологию. 9 класс”. А.А. Каменский (гдз)

Вопрос 1. Что такое популяция?
Популяция — элементарная структура вида — это совокупность свободно скрещивающихся особей данного вида, живущая длительно на определенной территории ареала вида. Внутри популяции частота скрещиваний особей гораздо выше, чем между популяциями.

Вопрос 2. Почему биологические виды существуют в форме популяций?
Существование биологических видов требует соответствующих условий и необходимых для поддержания жизни ресурсов. В связи с неодинаковыми условиями среды особи одного вида в пределах ареала распадаются на более мелкие единицы — популяции. Реально вид существует именно в виде популяций.

Вопрос 3. Какие свойства могут характеризовать популяцию как группу организмов?
Популяцию как группу организмов характеризует такой показатель, как обилие. Мерой обилия служит общая численность организмов в популяции. Поскольку измерение общей численности сопряжено с большими трудностям, то в экологии используется такой показатель как плотность популяции.
Плотность популяции — это численность или биомасса особей, которая приходится на единицу площади или объема жизненного . пространства. Мерой обилия могут служить показатели, отнесенные к единице времени, например, количество птиц на пролете в час, количество рыбы, выловленной за сутки и т.д. Такие относительные показатели называются индексами численности.
Демографическими показателями популяции служат рождаемость и смертность. Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности в результате про-цесса размножения.
Смертность отражает процессы снижения численности популяции и выражается числом особей, погибших за определенный период времени.
Смертность и рождаемость оказывают существенное влияние на численность популяции, и, помимо биологических особенностей вида, определяются действием многих внешних факторов, как абиотических, так и биотических. При одних и тех же показателях рождаемости, чем выше смертность, тем ниже численность популяции, и наоборот.
Возрастной и половой состав популяции зависят от продолжительности жизни особей, времени достижения половозрелости, способов и интенсивности размножения, смертности, скорости смены поколений и т.д. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они влияют на процессы рождаемости и смертности. Возрастной состав популяции позволяет оценить ее способность к самоподдержанию численности и устойчивости к внешним воздействиям. Чем шире возрастной спектр популяции, тем устойчивее ее воспроизводство. Популяция, включающая в себя множество возрастных групп, менее подвержена действию факторов, определяющих успешность размножения.
Анализ возрастной структуры популяции позволяет прогнозировать численность популяции на несколько лет вперед, что особенно важно для оценки промысла рыбы, развития охотничьих хозяйств, в ряде зоологических исследований.
В соответствии с генетическими закономерностями соотношение полов в популяциях составляет 1:1, однако в связи с разной выживаемостью особей на разных этапах онтогенеза это соотношение может меняться. Особые случаи представляют популяции партеногенетических видов, например, коловраток, дафний, тлей и т.д. На определенных стадиях жизненного цикла их популяции представлены только самками. У животных — гермафродитов половая структура популяций не определяется.
Под регуляцией численности понимают способность популяции к самовоспроизводству, то есть восстановлению числа особей до оптимальной величины, которая определяется условиями местообитания организмов. Эту способность обеспечивают определенные механизмы, которые начинают действовать, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Механизмы, регулирующие плотность популяции, могут быть поведенческими, демографическими, физиологическими.
У ряда млекопитающих в условиях перенаселения происходят резкие изменения физиологического состояния. Затрагивая нейроэндокринную систему, они сказываются на поведении животных, снижая их устойчивость к заболеваниям, поражению паразитами и сопротивляемость к различным видам стрессовых воздействий.
При возрастании плотности популяций у многих животных и растений наблюдается повышение показателей смертности и снижение показателей рождаемости.

Вопрос 4. В чем состоит практическое значение изучения популяций? Приведите примеры.
Изучение популяций важно для прогнозирования происходящих в них изменений и их регулирования. Например, при заготовках древесины очень важно знать скорость восстановления леса, чтобы правильно планировать интенсивность рубок. Аналогична ситуация с популяциями животных, которые используются человеком для получения пищевого или пушного сырья. Например, постоянно изучаются популяции промысловых рыб, изучается их кормовая база, численность и другие биологические параметры, что позволяет учёным прогнозировать их промысел. Практически значимо с медико-санитарной точки зрения изучение популяций мелких грызунов — носителей возбудителя опасного для человека заболевания — чумы. Широко изучаются популяции птиц, как переносчиков различных заболеваний (например, вирусные заболевания). Для решения проблем охраны животных и растений изучаются популяции этих организмов. Например, на Дальнем востоке (Приморский край) изучение популяций Дальневосточного леопарда и Амурского тигра, позволило сохранить популяцию леопарда на безопасном репродукционном уровне, а популяцию тигра увеличить численно.

Возрастная структура популяции — отражает интенсивность размножения, уровень смертности и скорость смены поколений. Для каждого вида и каждой популяции свойственен свой тип соотношений возрастных групп.

Такие особенности вырабатываются в процессе эволюции как адаптации к конкретным условиям среды.

У растений возрастная структура популяций определяется биологическими особенностями вида:

1.Периодичностью плодоношения

2. Числом семян и вегетативных зачатков

3. Способностью к омоложению

4. скорость перехода от одного возраста к другому для однолетних и многолетних растений.

5. длительностью жизненного цикла.

На возрастную структуру популяций животных влияют:

1. Соотношение рождаемости и смертности в различных возрастных группах.

2. Общая продолжительность жизни.

3. Интенсивность размножения.

4. Время достижения половой зрелости.

5. Человеческая деятельность.

В популяциях выделяют 3 экологических возраста:

1) до наступления половой зрелости (препродуктивный или ювенильный период)

2) период репродукции (генеративный)

3) пострепродуктивный (сенильный) период.

У животных более длителен репродуктивный период, в котором различают: молодых, средневозрастных и стареющих особей, сохраняющих способность к размножению.

При коротком предрепродуктивном периоде популяции могут быстро восстановить свою численность за счет увеличения плодовитости. В сокращающихся популяциях преобладают старые особи, которые не могут интенсивно размножаться. В стабильных популяциях соотношение молодых и старых особей примерно одинаково, уменьшаются представители всех возрастных групп, и поддерживается приемлемый уровень численности для воспроизводства и сохранения популяции. Следствием правила максимальной рождаемости служит правило Лотки (1925) — о стабильности возрастной структуры:

«Любая природная популяция стремится не только к максимальной рождаемости, но и к сложившейся в течение многих поколений возрастной структуре и закономерному распределению особей по возрастам»

Правило Лотки дополняется положением о стабильности соотношения полов в популяции. В большинстве случаев, если в популяциях существует дифференциация по полу, это соотношение составляет 1:1, но это соотношение не универсально. Например, в популяциях серебряного карася один самец приходится на 17 самок (1:17), и в зависимости от складывающихся экологических условий у этого вида в течение сезона может происходить инверсия пола.

Соотношение полов может меняться с возрастом: у человека в детском возрасте на 100 девочек приходится 106 мальчиков, к 50-ти годам 100 женщин на 85 мужчинам, к 80 годам 100:50.

Самки и самцы в популяциях могут различаться по образу жизни, объектам питания(млекопитающих кусают только самки комаров), темпу роста, срокам полового созревания.

У некоторых видов мух популяции образованы самками, размножающихся партеногенезом.

Лучше всего половая и возрастная структура популяций может быть представлена в виде возрастных пирамид. На таких пирамидах можно отображать не только живых, но и погибших представителей каждого пола (см. учебники А.С. Степановских), тогда по такой пирамиде можно судить о смертности и рождаемости по возрастам. Возрастные пирамиды можно построить подобно трофическим:

Если в такой пирамиде основание широкое (1, 2) — это означает, что рождаемость превышает смертность, численность популяции растет. Если молодых особей меньше старших, то можно говорить о сокращении численности (3). Первая пирамида соответствует массовому размножению популяции. Вторая — стабильной популяции. Третья — сокращающейся популяции.

Рост популяций подразумевает не только увеличение численности, происходящее в результате превышения рождаемости над смертностью, но и увеличение биомассы особей.

Рост — характеристика и отдельной особи и популяции, означающая увеличение ее массы. Для бактерий выделено 4 фазы роста: 1 — лагфаза равномерного роста, 2 — логарифмическая фаза ускоренный рост, 3 — стационарная фаза, 4 — фаза замедления роста. Такой тип роста зависит от плотности популяции, которая связана с интенсивным использованием и последующим истощением пищевых ресурсов при одновременном накоплении в среде экзометаболитов — продуктов жизнедеятельности, имеющих токсическое значение.

Популяция может характеризоваться генетической структурой — разделением на группы особей, имеющих разнообразные генотипы.

Генетическая структура характеризуется изменчивостью генотипов частотами встречаемости отдельных генов, возможностями обмена генетической информации как внутри популяции, так и между ними. В каждой популяции встречаются как гомозиготные так и гетерозиготные особи. Все природные популяции гетерогенны (различны по генотипам) и насыщены мутациями. При отсутствии давления внешних факторов гетерогенность популяций должна сохраняться в определенном равновесии, что отражено в законе Харди-Вайнберга. Для каждой популяции характерен определенный уровень генотипического и фенотипического полиморфизма — разнообразие признаков организмов, находящихся под совместным контролем генов и экологических факторов. Благодаря наличию мутаций один и тот же генотип в разных условиях способен привести к появлению различающихся фенотипов. Разнообразие генотипов (генотипическая изменчивость или полиморфизм) зависят от размера популяции и внешних факторов, влияющих не ее структуру. В небольших изолированных и стабильных популяциях закономерно возрастает вероятность близкородственного скрещивания, что уменьшает генетическое разнообразие популяций и видов, и увеличивает угрозу вымирания.

Гомеостаз популяции

На индивидуальном уровне гомеостаз — сохранение постоянства внутренней среды организма. Устойчивость популяций, их относительная самостоятельность и реальные отличия от многих других популяций определяется тем, насколько структура и внутренние свойства сохраняют свои особенности на фоне изменчивых условий существования. Принцип поддержания гомеостаза популяций как целостных биологических систем заключается в поддержании динамического равновесия со средой. Под гомеостазом популяции понимается сохранение и поддержание во времени и пространстве половозрастной и генетической структуры, обеспечивающих оптимальное существование при максимальной адаптации к конкретным условиям среды. При всем многообразии механизмов популяционного гомеостаза, их можно сгруппировать по трем направлениям:

1. Поддержание пространственного распределения

2. Сохранение генетической структуры

3. Регуляция плотности.

Все формы взаимодействия популяции со средой и осуществление общепопуляционных функций базируются на физиологических и поведенческих реакциях отдельных особей. Каждая особь одновременно является и источником и получателем информации о состоянии окружающей среды. Совокупность восприятия и передачи информации для всей популяции формирует общую адаптивную реакцию всей популяции, направленную на сохранении гомеостаза. Главным регулятором динамики численности и плотности популяций является соотношение между рождаемостью и смертностью. Его величина может определяться как внутренними эндогенными факторами (совокупностью генотипов, плодовитостью, сроками полового созревания); так и внешними экзогенными факторами (комплексом абиотических факторов, емкостью среды, объемом ресурсов данной территории, миграцией и эмиграцией отдельных особей). Для большинства видов наибольшая смертность отмечена в раннем онтогенезе. На начальных этапах развития большее значение имеют эндогенные факторы, но в дальнейшем их роль ослабевает, и решающее значение для выживаемости приобретают экзогенные факторы (прежде всего количество и качественные характеристики пищи), которые в основном и определяют динамику численности.

Биотический репродуктивный потенциал — совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяции, его реализация может привести к достижению максимальной численности при благоприятных условиях среды и отсутствии сдерживающих факторов. Рост популяции может быть столь быстрым, что может привести к вспышке численности (популяционному взрыву), при этом повышение плотности сверх оптимальной оказывает неблагоприятное воздействие на популяцию. По степени важности фактора смертности можно выделить:

1. Предел, обусловленный общим количеством ресурсов (исчерпанием кормовой базой и сокращением жизненного пространства)

2. Внутривидовая конкуренция

3. Болезни

4. Хищники.

Учитывая разные соотношения биотического потенциала и смертности, численность любой популяции является непостоянной и характеризуется подъемами и спадами, которые в синтетической теории эволюции называются «волнами жизни». Для природных популяций свойственен циклический характер динамики численности, охватывающий различные пространства и промежутки времени.

А.С. Мончадский (1962) все экологические факторы, влияющие на динамику численности популяций, разделял на первично-периодические(температура и солнечная радиация), вторично-периодические (атмосферная влажность, кормовая база, внутривидовые отношения) и непериодические (осадки, ветер, течения, паразиты, хищники, болезни). Ведущую роль в формировании циклов численности он отводил вторично-периодических факторов, т.к. к первично-периодическим вырабатываются эффективные адаптации в процессе эволюции, а непериодические влияют на численность популяций случайным и непредсказуемым образом.

В природных условиях вероятность того, что сочетание факторов окажется максимально благоприятным, очень невелика, и в реальности абиотические и биотические факторы становятся лимитирующими, а их сочетание называют сопротивлением среды. Оно сильнее всего действует на молодых особей, которые недостаточно приспособлены и чаще страдают от недостатка воды, пищи, от нападения хищников, болезней и т.д.

Равновесное состояние популяций, их гомеостаз определяется соотношением между биотическим потенциалом и сопротивлением среды.

Биотический потенциал:

1. Высокая рождаемость и плодовитость.

2. Способность к расселению и захвату новых территорий

3. Внутренние защитные механизмы (иммунитет, морфологические и физиолого-биохимические адаптации)

4. Толерантность — способность выдерживать неблагоприятные воздействия

Сопротивление среды:

1. Нехватка воды, пищи или питательных веществ

2. Недостаток подходящих мест обитания

3. Неблагоприятные погодные условия

4. Конкуренты

5. Хищники

6. Болезни и паразиты.

Рост, снижение или постоянство численности популяций, периодические спады или популяционные взрывы возникают при нарушении баланса между биотическим потенциалом и сопротивлением среды, которые называют — внутренним динамическим равновесием популяции.

Тип динамики численности тесно связан с особенностями биологии отдельных видов и внутри видовых групп. Разные типы динамики численности отражают разные жизненные стратегии, направленные на повышение вероятности выживания и оставления жизнестойкого потомства. Такие представления лежат в основе концепции экологических жизненных стратегий Мак-Артура и Уилсона. В экологии чаще всего рассматриваются экологические стратегии r-видов и К-видов применительно к животным.

r — константа скорости роста численности популяции при оптимальных условиях и без давления ограничивающих факторов (иначе говоря – репродуктивный потенциал). Высокое значение r свидетельствует о быстром размножении, r-виды чаще всего быстро заселяют нарушенные места обитания.

Виды с низким значением r называют К-видами. Скорость их размножения чувствительна к плотности популяции и остается близкой к уровню равновесия. Под К понимается максимальное число организмов, которое может существовать в реальных условиях среды, поэтому величину К иногда называют поддерживающей емкостью среды.

Характерные особенности r- и К-видов

Одну и ту же среду обитания разные популяции могут использовать по-разному, и в одном и том же биотопе могут спокойно сосуществовать виды и с r- и с К-стратегией, между которыми в большинстве случаев существуют многочисленные переходные формы.

Аналогичные типыжизненных стратегийвыделены русским ботаником Раменскимдля растений:

1) Виолентные виды — конкурентоспособные, с высокой жизнестойкостью и возможностями быстрого освоения новых территорий, что соответствует r-стратегиям у животных.

2) Патиентные виды — устойчивые к неблагоприятными воздействиям, способны осваивать местообитания, недоступные другим, что соответствует К-стратегии у животных

3) Экспелерентные виды — способные к быстрому размножению, активно расселяющиеся и осваивающие места с искусственно нарушенными условиями, соответствует r-стратегиям.

r-стратегииу растений характеризуются конкурентоспособностью за счет быстрой реакции на увеличение доступности ресурсов в благоприятные периоды. Периоды с низкой доступностью ресурса такие виды переживают в толерантной стадии приспособления (виоленты), или в скрытой латентной стадии (экспелеренты). Виды с К-стратегией обладают конкурентоспособностью за счет низкой пороговой концентрации ресурсов среды.

Сравнительная характеристика жизненных стратегий у растений: