Какие свойства популяционно видового уровня
В современной биологии живую материю принято рассматривать как иерархическую структуру. Каждый уровень представляет собой систему взаимосвязанных элементов. При этом отдельная структурная единица одновременно является и совокупностью «деталей» более низкого порядка. Популяционно-видовой уровень организации жизни — одна из таких ступеней в иерархической лестнице организмов. Именно на нем начинают в полной мере проявляться все эволюционные изменения.
Иерархическая модель
Живые системы принято объединять в четыре группы:
Молекулярно-генетический уровень. На нем размещаются такие составляющие живых организмов, как липиды, углеводы, белки и нуклеиновые кислоты. Этот уровень еще нельзя назвать живым, но макромолекулы, его составляющие, создают основу для следующей ступени развития.
Онтогенетический уровень. Здесь размещаются клетки, органы, ткани и многоклеточные организмы, от гидры до человека. Именно на этом уровне впервые возникает жизнь.
Популяционно-видовой уровень. Изложению его особенностей посвящена данная статья.
Биогеоценотический уровень. Включает сообщества организмов, биоценозы и биосферу. Это уровень, на котором организация живой материи достигает наибольшей сложности.
Некоторые особенности
Структуры, размещающиеся на каждом из уровней, являются системными. Им свойственно состоять из некоторого числа элементов, постоянно взаимодействовать с окружающей средой, управлять внутренними процессами с помощью саморегуляции. Они обладают границей, определяющей, где заканчивается система и начинается внешний мир. Популяционно-видовой уровень — это структура с аналогичными свойствами. Границей, отделяющей его от окружающей среды, является не некая физическая структура, но сложные взаимоотношения отдельных особей и генетические факторы.
Популяционно-видовой уровень организации жизни является важнейшим для понимания эволюционных процессов. Именно на этом этапе хорошо заметны все основные механизмы отбора. Главные элементы уровня — вид и популяция.
Критерии выделения
Видов живых существ на нашей планете существует огромное множество. Различия между ними определяются по целому набору характеристик. Все они представляют собой разные варианты сходства особей одного вида:
Морфологический признак. Иначе говоря, это сходство внешнего строения.
Единообразие физиологических и биохимических процессов. У особей одного вида сходным образом протекает обмен веществ, совпадает молекулярный состав тканей и органов.
Географический признак. Все особи данного вида размещаются в пределах одного ареала.
Экологический признак. Организмы, принадлежащие к одному виду, схожим образом реагируют на изменения условий обитания. Для нормального функционирования им требуется определенный уровень температуры, влажности, освещения и других параметров.
- Генетический признак. Для особей одного вида характерна одинаковая нуклеотидная последовательность ДНК. У них совпадает число хромосом.
Отсутствие главного
Любой из этих признаков, взятый в отдельности и обнаруженный у группы особей, не гарантирует, что перед нами описываемый элемент, составляющий популяционно-видовой уровень жизни. Только все параметры, взятые вместе, позволяют утверждать, что рассматриваемая группа организмов составляет единое целое. По морфологическому признаку могут быть схожи так называемые виды-двойники. Примером их являются аскариды, в целом одинаковые по строению, но отличающиеся средой обитания. Бывает и так, что особи одного вида различаются внешне. Распространенный пример — несовпадение по окрасу и размерам самок и самцов некоторых птиц или насекомых.
Единая территория обитания в отрыве от остальных показателей также может привести к ошибочному отнесению особей к одному виду. Ареал часто бывает разрозненным в силу некоторых характеристик ландшафта. И наоборот, на одной территории нередко совместно проживают особи совершенно разных видов.
Определение
Подобные примеры можно обнаружить для любого из перечисленных параметров. Элементы, составляющие популяционно-видовой уровень организации жизни, можно различить, только используя весь набор признаков. Наиболее же существенное значение имеет свободное скрещивание особей и плодовитое потомство. На основе этих признаков можно вывести определение понятия. Вид — это совокупность особей, схожих по внутреннему и внешнему строению, а также протеканию процессов жизнедеятельности, занимающих один ареал и способных свободно скрещиваться друг с другом, оставляя способное к размножению потомство.
Подразделения
Популяционно-видовой уровень, примеры которого встречаются на любой территории, является той ступенью иерархии жизни, где в полной мере разворачиваются все механизмы естественного отбора. Именно здесь располагается так называемая единица эволюции. Это популяция, представляющая собой одновременно и структурный элемент вида. Последний является, скорее, систематической единицей. В природе нельзя обнаружить вид, не поделенный на популяции.
У этого элемента, входящего в популяционно-видовой уровень, есть несколько характеристик:
- все особи принадлежат одному виду;
- они населяют относительно обособленный ареал на территории данного вида;
- особи свободно скрещиваются и оставляют плодовитое потомство.
Показатели
Разделение вида на популяции чаще всего происходит в результате географической или биологической изоляции одной группы особей от других. В первом случае их разделяют горы, озера, реки или иные природные преграды. Во втором — в результате несколько различающихся потребностей в условиях окружающей среды, отличий в поведении или наличия мутаций исчезает возможность скрещивания особей разных групп.
Популяции обладают набором таких показателей, как численность, рождаемость, смертность и прирост. Первый представляет собой совокупность всех особей. Популяцию отличает способность к саморегуляции своей численности. Сдерживающим фактором является сопротивление среды: в результате увеличения количества особей снижается кормовая база на данной территории, ухудшаются другие условия. Ответом на это будет снижение численности — ее восстановление до некоего среднего уровня.
Важными показателями этого элемента, входящего в популяционно-видовой уровень организации живого, являются рождаемость и смертность. Они представляют собой число появившихся и умерших особей за определенный период соответственно. Разница между ними называется приростом. Он бывает отрицательным и положительным. В первом случае численность популяции снижается, а во втором — увеличивается.
Структура
Особи рассматриваемого элемента, входящего в популяционно-видовой уровень организации жизни, различаются по полу и возрасту. Эти показатели легли в основу выделения соответствующих структур. Соотношение мужских и женских особей, как правило, один к одному, однако вследствие воздействия внешних факторов может возникать дисгармония по этому параметру. Одновременное присутствие в популяции особей разного возраста способствует большей ее приспособляемости. При этом увеличение числа «молодняка» позволяет прогнозировать повышение в будущем численности популяции.
Выделяют также поведенческую структуру, характерную исключительно для животных. Особи в популяции могут быть одиночками или же образовывать стаи, семьи и стада. Первые рано или поздно ищут общества себе подобных, поскольку иначе невозможно размножение. Стая характеризуется наличием большого числа подражательных реакций, четкого внутреннего порядка, разработанной системой сигнализации. В период размножения, как правило, она распадается на пары. В семье более крепкими становятся взаимоотношения потомства и родителей. Хорошим примером этого типа поведенческой структуры является львиный прайд, состоящий из одного самца, нескольких самок и их детенышей.
Стадо — наиболее постоянное объединение животных. Оно характеризуется наличием строгой иерархии во главе с вожаком.
Единица эволюции
Как уже отмечалось, популяционно-видовой уровень организации — та ступень в иерархии живых систем, на которой в полной мере можно проследить эволюционный процесс. Изменения начинаются с популяции. Особи, ее составляющие, обладают генофондом, то есть совокупностью наследственного материала всех организмов. Он характеризуется способностью к направленному изменению. Популяцию называют единицей эволюции, поскольку отдельный организм в течение жизни не может изменяться в силу фиксированности набора его генов.
Эволюционный материал
Изменение генофонда происходит в результате появления и накопления мутаций. Они появляются довольно редко и могут затронуть любой признак. Выделяют доминантные и рецессивные мутации. Первые, появившись, сразу же проявляются. Особи с новым признаком затем подвергаются естественному отбору. Если мутация полезна, то она закрепляется. Постепенно в популяции увеличивается число особей с этим признаком.
Рецессивные мутации, встречающиеся в природе гораздо чаще доминантных, сначала неактивны. Они накапливаются в генофонде в течение часто довольно длительного периода. При достижении определенного уровня концентрации таких мутаций они могут проявиться в виде нового признака, и процесс пойдет аналогично описанному выше.
Также появление различных характеристик особей возможно на основе перемешивания (комбинации) имеющегося в генофонде материала в результате свободного скрещивания. При этом количество возможных вариаций будет тем больше, чем внушительнее численность популяции.
Направленное изменение
В относительно спокойных, то есть постоянных, условиях в популяции сосуществуют особи с разным набором признаков. При этом поддерживается некий средний состав генов. В случае, когда особи подвержены постоянному влиянию агрессивных факторов внешней среды, выживать будут лишь наиболее приспособленные организмы. Так работает естественный отбор, зорко «контролирующий» популяционно-видовой уровень. Примеры его воздействия составляют всю эволюцию животного мира. Подобные изменения генофонда являются необходимой предпосылкой для всех более крупных преобразований.
В природной иерархии нельзя выделить самые важные и нужные структуры. Каждый более высокий уровень развития невозможен без «наработок» предыдущих. Однако новая ступень всегда качественно отличается от простой суммы особенностей нижележащих. Так, популяционно-видовой уровень организации живой материи становится «полем деятельности» естественного отбора, основного эволюционного процесса.
Особенности популяционно-видового уровня жизни
Напомним, что популяция — это внутривидовая группировка особей определенного вида, существующая в течение достаточно длительного времени в виде большого числа поколений и занимающая определенное пространство. Популяция характеризуется экологическим, морфофизиологическим и генетическим единством. Благодаря популяциям с их бесчисленными поколениями особей вид приобретает «опыт» процесса развития в условиях постоянно изменяющейся среды. Этот опыт закрепляется в соответствующих структурах и функциях биосистемы «вид» и проявляется в особых вещественно-энергетических функциях в биогеоценозе.
Проявление свойств популяции прямо отражается в свойствах вида (как части по отношению к целому), поэтому данный структурный уровень живой материи называют популяционно-видовым.
В природе существует колоссальное разнообразие видов. Они могут быть представителями того или иного царства живой природы. Однако все они отражают свойства одного и того же структурного уровня организации жизни — популяционно-видового.
Как и другие уровни, популяционно-видовой уровень представляет собой специфический, непрерывно развертывающийся во времени и пространстве процесс существования живой материи. В отличие от биосферного и биогеоценотического уровней, популяционно-видовой структурный уровень характеризуется новыми, особыми, надорганизменными качествами. Чтобы оценить их, надо определить: какова структура данного уровня жизни, какие процессы ему свойственны, что его организует и какова его роль в существовании живой материи.
Структура популяционно-видового уровня выражает законы групповой, или надорганизменной, формы жизни. Поэтому при характеристике явлений и законов этого уровня особи как организмы лишь поясняют, иллюстрируют картину групповой жизни популяции и вида, но не отражают ее сущность. Групповая форма жизни проявляется в таких характеристиках, как плодовитость, рождаемость, смертность, выживаемость, плотность, численность, структурность (половая, возрастная, поведенческая, территориальная), а также информационность, функционирование в природе и др.
Многообразие групп организмов в популяции обеспечивает своеобразие движения живой материи на данном структурном уровне. Оно связано с взаимодействием особей в популяции, благодаря чему в процессе скрещивания и возникновения мутаций создается общая морфогенетическая структура, обеспечивающая принципиальную возможность широкого генетического разнообразия популяции и ее дивергенции.
Основные процессы, свойственные популяционно-видовому уровню — свободное скрещивание, создание многообразия генотипов и обновление генофонда, выработка путем естественного отбора приспособительных свойств организмов в изменяющихся внешних условиях, а также освоение новых территорий («растекание» по земной поверхности). На этом уровне в череде поколений внутри каждой популяции и вида реально осуществляется процесс исторического изменения форм организмов, приводящий к видообразованию и эволюции. То есть в недрах этого уровня, на материале его компонентов происходит огромной важности событие в движении живой материи — эволюция, выражающая исторический ход развития и преобразования всего органического мира и всей биосферы в целом.
На данном уровне совершился антропогенез, обеспечивший появление уникального вида — Человек разумный.
Организация популяционно-видового уровня обеспечивается многообразием и сложностью типов внутривидовых связей. Это служит главной организующей силой поддержания единства данного уровня жизни. Многообразие связей, выработанных видом и популяциями в историческом процессе своего становления, направлено на их самосохранение в течение как можно более длительного времени вплоть до бесконечности, на поддержание устойчивости системы, репродукцию и способность к генетическому изменению в связи с внешней сменой условий.
Значение популяционно-видового уровня
В природе значение популяционно-видового уровня выражается прежде всего в том, что здесь осуществляется огромное увеличение числа видов. В них воплощаются гармоничные, хорошо интегрированные генные комплексы, обеспечивающие возможность существования живых организмов в биогеоценотической среде.
На этом уровне живой материи возник метод продуцирования новых генных комплексов, способных к экологическим адаптивным сдвигам, — видообразование, с помощью которого эволюция движется вперед. Без видообразования не было бы многообразия органического мира.
На популяционно-видоваом уровне происходит постоянный, в известно мере направленный естественным отбором, процесс эволюции живых организмов на Земле. Центральным этапом эволюции является возникновение нового вида и его дифференциация на популяции.
На данном уровне организации жизни происходит также возникновение приспособленности видов к среде, их более активное качественное и количественное участие в использовании среды обитания в биогеоценозах.
Совершенно очевидно, что эволюционный путь развития и появления видов — это не непрерывное шествие возникающих видов по широкой дороге, а сложный путь с множеством тупиков и тропинок. «Прокручивая» с помощью мутаций и естественного отбора множество вариантов, природа отсекает нежизнеспособные структуры, в то же время оставляет многие простые, но хорошо приспособленные к внешним условиям популяции и виды. Естественных отбор как контроль на этом этапе играет двоякую роль. С одной стороны, он предотвращает накопление генетических ошибок, а с другой — допускает и поддерживает усовершенствование форм, тем обеспечивая развитие адаптаций (приспособлений) к новым условиям.
Наконец, на этом уровне жизни происходит важнейшее событие в биосфере — путем эволюции идет наполнение живой материи колоссальным разнообразием биологических видов и их популяций. С помощью возникающего многообразия популяций и видов обеспечивается саморегуляция биогеоценозов и поддерживается их устойчивость.
Таким образом, благодаря процессам, совершающимся на популяционно-видовом уровне, идет непрерывное наполнение царств живой природы новыми видами. В то же время, существуя в биогеоценозах, популяции обеспечивают их устойчивость, непрерывность биологического круговорота веществ и потока энергии в них и биосфере в целом. Следовательно, популяционно-видовой уровень оказывается чрезвычайно значимым в органическом мире: реализует генетико-эволюционный ряд, отражающий филогенетические связи (популяция — вид — род … — царство) и обеспечивает ряд функционально-энергетических взаимосвязей (популяция — биоценоз — биогеоценоз — биосфера).
Схема функциональной роли популяции в природе
Создание биологического разнообразия видов, приспособленных к среде обитания, и обеспечение устойчивого существования биогеоценозов, биосферы и в целом жизни — важнейшее свойство популяционно-видового структурного уровня организации жизни.
Таким образом, популяционно-видовой уровень организации жизни представляет собой особый структурный уровень, характеризующий групповую надорганизменную форму жизни. Он отличается от других уровней специфической структурной компонентов, особыми процессами и организацией. Роль данного уровня чрезвычайно велика.
Популяционно-видовой уровень живых систем — это совокупность особей одного вида, объединенных общей территорией и генофондом.
Вид — основная структурная единица в системе живых организмов. Под видом понимается совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических свойств, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал. Особи одного вида имеют общее происхождение и единый генофонд. Вид характеризуется практически полной нескрещи- ваемостью с другими видами в природных условиях.
Виды отличаются друг от друга по многим признакам — критериям, среди которых различают морфологический, генетический, физиологический, географический и экологический.
Морфологический критерий базируется на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида.
Генетический критерий — это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размер и форма; генетический критерий — главный видовой признак.
Физиологический критерий — это сходство всех процессов жизнедеятельности, и прежде всего сходство размножения. Особи одного вида способны скрещиваться в природных условиях и давать жизнестойкое потомство.
Географический критерий — это определенный ареал (территория, акватория), занимаемый видом в природе. Он может быть большим или маленьким, прерывистым или сплошным. Есть виды, распространенные повсеместно, и нередко — в связи с деятельностью человека (насекомые-вредители — мухи, тараканы и др., виды сорных растений).
В процессе эволюции у каждого вида сформировались приспособления к определенной среде обитания. Это определяет деление видов на популяции.
Экологический критерий — совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.
Только совокупность указанных критериев характеризует принадлежность особей к одному виду.
Целостность вида обусловлена связями между его особями.
В настоящее время зарегистрировано около 2 млн видов организмов (примерно 1,5 млн видов животных и 0,5 млн видов растений). Существуют основания считать, что за счет большого числа неиден- тифицированных низших форм организмов фактическое число видов может быть в 2-3 раза больше.
Каждый вид состоит из отдельных индивидуумов (особей), имеющих свои отличительные черты.
Популяция — форма существования вида; совокупность особей одного вида, которая длительно существует и занимает определенную часть ареала, относительно обособленную от других совокупностей того же вида. Популяция является структурной единицей вида и элементарной единицей эволюционного процесса. Примеры популяций: у людей — национальности, расы; у животных — породы.
Популяция — динамическая группа организмов, адаптированная к изменяющимся условиям окружающей среды путем изменения численности возрастных групп и генетического состава.
Популяция как биологическая единица обладает определенной структурой и функциями. Ей свойственны рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях. В популяции постоянно возникают наследственные изменения: в ней происходят борьба за существование, а также естественный отбор, благодаря которым выживают и дают потомство лишь особи с полезными в данных условиях свойствами. Популяция обладает многими признаками, которые характеризуют группу как целое. Основными характеристиками популяции являются плотность, численность, рождаемость, смертность, возрастной состав, характер распределения на территории.
Плотность популяции определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема. Каждому виду присуща определенная оптимальная плотность популяции, отклонения от которой в ту или другую сторону отрицательно сказываются на темпах воспроизводства и жизнедеятельности особей.
Численность популяции различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов (критической численности). Падение численности ниже критической может привести к исчезновению популяции. Численность популяции может резко меняться по сезонам и годам.
Возрастной состав популяции имеет большое значение для ее существования и процветания. При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный возрастной состав. Возрастной состав популяции зависит от продолжительности жизни особей, периода достижения ими половой зрелости, числа генераций.
Характер распределения особей популяции в пространстве может быть равномерным, случайным и скученным.
На уровне популяций экология решает вопросы, связанные с количеством отдельных видов, изменениями и колебаниями численности отдельных популяций.