Каким важнейшим свойством обладает популяция
Понятие популяции
Каждый вид заселяет ареал не просто как скопление особей, а в виде относительно обособленных групп разного масштаба. Формирование этих групп является следствием разнообразия абиотических факторов и наличия различных преград (реки, горы) в пределах ареала. Такие группы особей, неравноценные по ряду признаков и населяющие разные по условиям участки ареала, были названы популяциями. Термин «популяция» (от лат. populus — народ, население) ввел в экологию датский биолог В. Иогансен в 1903 г.
Популяция — способная к саморегуляции группа особей одного вида, обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.
Популяция — это форма существования вида в пространстве.
Как биологическая система, популяция имеет свои собственные признаки (групповые признаки). Но поскольку она состоит из особей, то ей присущи и признаки особей (биологические признаки), характеризующие стадии их жизненного цикла. Любая популяция в природе существует ограниченное время. Этот интервал времени можно назвать жизненным циклом популяции, поскольку он включает те же стадии, что и жизненный цикл организма. Однако признаки популяции, характеризующие стадии ее жизненного цикла, не позволяют получить представление о ней как о самостоятельной биологической системе.
Групповые признаки позволяют человеку прогнозировать будущее популяции и правильно строить с ней взаимоотношения. Рассмотрим характеристику свойств популяций.
Численность — общее количество особей на участке ареала с однородными экологическими условиями. Численность популяции постоянно изменяется, но ее колебания ограничиваются верхним и нижним пределами. Выход за эти пределы может привести к гибели популяции.
Верхний предел численности — максимальное количество особей, способных существовать в данной части ареала. Он зависит от количества корма, площади занимаемой территории и силы воздействия экологических факторов. Если численность достигает верхнего предела, то начинается гибель особей из-за нехватки корма. Возникают эпидемии из-за повышенной контактности, что в конечном итоге может привести к гибели всей популяции. Следовательно, если численность близка к верхнему пределу, то часть особей следует изъять из популяции. Это может быть переселение на свободную территорию, использование в хозяйственных целях, санитарный отстрел или вырубка.
Нижний предел численности — минимальное количество особей, способных обеспечить длительное существование популяции. Он зависит от биологических свойств организмов и является величиной постоянной для всех популяций в пределах вида. Снижение численности ниже нижнего предела является причиной снижения возможности встречи полов для размножения особей. Это неизбежно приводит к вымиранию популяции. Вот почему популяции с очень малой численностью особей длительно существовать не могут. Известны случаи вымирания популяций даже в заповедниках со строгим режимом охраны, когда их численность снижалась ниже нижнего предела. Следовательно, если численность приближается к нижнему пределу, следует осуществлять охрану популяции или вселять новые особи, чтобы не допустить снижения численности ниже нижнего предела.
Всем популяциям присущи периодические (сезонные) колебания численности под влиянием биотических и абиотических факторов среды (популяционные волны, или волны жизни).
Плотность — количество особей популяции на единицу площади. Этот показатель прямо пропорционален численности. При увеличении численности плотность не повышается или даже снижается лишь в том случае, если возможно расселение особей вследствие расширения ареала. Различают два вида плотности. Средняя плотность — количество особей в расчете на единицу площади всей занимаемой территории. Экологическая (удельная) плотность — количество особей в расчете на единицу площади территории, пригодной для обитания. Плотность, как и численность, имеет верхний и нижний пределы, поэтому прогноз для популяции можно давать и на основании плотности.
Рождаемость — число особей, появившихся в популяции в единицу времени за счет размножения особей. В курсе географии вы познакомились с понятием «рождаемость» при изучении причин естественного изменения численности населения. Рождаемость является важной демографической характеристикой. В экологии под рождаемостью понимают любой способ появления новых особей (деление клетки, прорастание семян, вылупливание из яиц, живорождение и т. д.). Для популяции можно рассчитать абсолютную и удельную рождаемость. Абсолютная рождаемость — отношение числа потомков к периоду времени, за который они появились. Удельная рождаемость — число особей, появившихся в единицу времени в расчете на одну особь популяции.
Как правило, при повышении рождаемости численность популяции увеличивается. Но иногда в популяции отмечается высокая рождаемость, а численность особей в ней остается прежней или даже снижается. Это может быть связано с высокой смертностью особей или с какими-либо другими причинами (например, с расселением особей на новые территории).
Смертность — количество особей, погибших за единицу времени. Она является одной из характеристик демографических процессов. Смертность по характеру влияния на численность природных популяций является свойством, противоположным рождаемости. Но охарактеризовать ее можно аналогичными по способу расчета показателями: абсолютной смертностью и удельной смертностью. Увеличение смертности, как правило, приводит к снижению численности популяции и свидетельствует о неблагоприятном воздействии факторов окружающей среды.
Соотношение между рождаемостью и смертностью определяет скорость роста численности популяции. Если показатель рождаемости ниже показателя смертности, то численность популяции снижается (отрицательный рост численности), и она нуждается в охране. Наоборот, если смертность ниже рождаемости, то численность популяции возрастает (положительный рост численности), и из нее возможно изъятие особей. В случае равенства рождаемости и смертности численность популяции поддерживается на постоянном уровне, и популяция является стабильной.
Популяция — это способная к саморегуляции группа особей одного вида, обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Любая популяция имеет биологические и групповые признаки. К свойствам популяции относятся численность, плотность, рождаемость и смертность.
- Читать дополнительно: Популяции
- Основные свойства популяций
- Основные характеристики популяции
- Структура популяции
- Рождаемость;
Смертность;
Кривые выживания - Популяция: Структура, динамика…
- Читать: Биоценозы;
Экологические сукцессии - Животные — разрушители природных экосистем!?
- Динамика популяций;
Возрастная структура популяций - ВИД — форма существования жизни
Основные свойства популяций
Важнейшее свойство популяций — самовоспроизводство. Даже несмотря на пространственную разобщенность, популяции способны неограниченно долго поддерживать свое существование в данном местообитании. Они являются устойчивыми во времени и пространстве группировками особей одного вида. К стайке рыб или воробьев не применим термин «популяция». Такие группы могут легко распадаться под влиянием внешних факторов или смешиваться с другими. Иными словами, они не способны устойчиво воспроизводить сами себя. Это под силу лишь крупным группам, обладающим основными свойствами вида и представленным всеми категориями слагающих его особей. Таковы, например, все особи окуня в озере или все сосны в лесном массиве.
Очевидно, что наборы условий в различных местообитаниях могут несколько различаться. Под влиянием разных условий в отдельных популяциях могут возникать и накапливаться свойства, отличающие их друг от друга. Это может проявляться в небольших отклонениях строения организмов, принадлежащих к разным популяциям, их физиологических показателей (вспомните о явлении акклиматизации) других характеристик. Таким образом, популяции, как и отдельные организмы, обладают изменчивостью. Как и среди организмов, среди популяций невозможно найти двух полностью тождественных.
Изменчивость, как вы уже знаете, важнейший фактор эволюции . Популяционная изменчивость повышает внутреннее разнообразие вида. Это, в свою очередь, повышает устойчивость вида к локальным (местным) изменениям условий жизни, позволяет ему проникать и закрепляться в новых для себя условиях и районах. Можно сказать, что существование в форме популяций обогащает вид, обеспечивает его целостность и постоянное самоподдержание основных видовых свойств.
Популяции, обитающие в различных участках видового ареала (общей области распространения вида), не живут изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с ними биотические сообщества ? целостные системы еще более высокого уровня организации . В каждом сообществе популяция данного вида играет отведенную ей роль, занимая определенную экологическую нишу и совместно с популяциями других видов обеспечивая устойчивое функционирование сообщества.
Экологи, изучающие экологические системы, рассматривают популяции в качестве их основных элементов. Именно благодаря функционированию популяций создаются условия, способствующие поддержанию жизни.
Не отдельными организмами, а именно популяциями определяется характер и степень использования различных видов ресурсов. От популяций зависит круговорот веществ, энергетический обмен между живой и неживой природой. Совместная деятельность популяций определяет многие важные свойства биотических сообществ и экологических систем.
На основании сказанного можно дать более широкое определение популяции. Популяция ? относительно изолированная группировка организмов одного вида, обладающая способностью к самоподдержанию видовых свойств и выполняющая определенную роль в сообществе живых организмов.
Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и собственными, которые присущи только этой группе особей в целом. Как и отдельный организм, популяция растет, совершенствуется, поддерживает сама себя. Однако групповые свойства, например обилие, рождаемость, смертность, возрастной состав, могут характеризовать только популяцию в целом и не применимы к отдельным ее особям.
Составляющие популяцию организмы связаны друг с другом различными взаимоотношениями: они совместно участвуют в размножении, они могут конкурировать друг с другом за те или иные виды ресурсов, могут поедать друг друга или вместе обороняться от хищника. Внутренние взаимоотношения в популяциях очень сложны. Поэтому реакции отдельных особей на изменения тех или иных экологических факторов и популяционные реакции часто не совпадают. Гибель отдельных организмов (например, от хищников) может улучшить качественный состав популяции (гибнут слабые, остаются сильные), повысить ее способность к самоподдержанию численности . Здесь мы сталкиваемся с одним очень важным правилом, применимым к экологическим объектам, состоящим из многих элементов, связанных друг с другом различными взаимоотношениями: о состоянии экологического объекта (будь то популяция, сообщество или экосистема) не всегда можно судить по состоянию его отдельных элементов.
Демографические показатели. Такие популяционные характеристики, как обилие, рождаемость, смертность, возрастной состав, называются демографическими показателями. Знание их очень важно для понимания законов, управляющих жизнью популяций и предугадывания происходящих в них постоянных изменений.
Изучение демографических показателей имеет большое практическое значение. Так, при заготовках древесины очень важно знать скорость восстановления леса, чтобы правильно планировать интенсивность рубок. Некоторые популяции животных используются для получения ценного пищевого или пушного сырья. Изучение других популяций (например мелких грызунов, среди которых циркулируют возбудители опасных для человека заболеваний) важно с медико-санитарной точки зрения.
Во всех этих случаях нас, прежде всего, интересуют изменения популяции в целом, предсказание этих изменений и их регулирование (например, снижение численности вредителей сельскохозяйственных угодий). Крайне необходимым для этого является знание причин и скорости популяционных изменений, а также умение измерять эти природные объекты.
Для популяции характерны свойства связанные с генетическими особенностями.
1. Популяция – это целостное явление, биомасса обладающая определенными биологическими свойствами присущими отдельным особям популяции и групповыми свойствами, присущими группе в целом.
Биологические свойства включают: рост, развитие, самоподдержание, организацию, структуру.
Групповые свойства: рождаемость, смертность, выживаемость, плотность, ареал и др. св-ва. Их невозможно выделить применительно к одной особи.
2. Высокая адаптивная способность. У популяции в целом адаптивные св-ва выражены сильнее, чем у отдельной особи. Н-р, борьба с вредителями ведет к селекции, мы убиваем слабых, а сильнейшие выживают, т.е. мы неосознанно ведем селекцию вида. поэтому доза для уничтожения с каждым разом должна быть сильнее.
3. Потенциальное бессмертие.
Каждая особь смертна, а популяция в целом за счет смены поколений выживает.
Кроме того, для каждой популяции характерны своя пространственная, половая и возрастная структуры, динамика численности и другие демографические показатели.
4. Пространственная структура популяций. Рациональное использование ресурсов среды популяций достигается упорядоченным размещением особей на занимаемом участке. Различают типы пространственного размещения особей в популяции: 1) равномерное; 2) диффузное (беспорядочное); 3) мозаичное.
5. Половая структура— соотношение мужских и женских особей, также влияет на размножение и рождаемость.
6. Возрастная структура популяции—количественное соотношение особей разного возраста. Возрастная структура определяет способность популяции к размножению.
У каждого вида организмов, образующих популяцию, свой темп полового размножения, число семян или детенышей в потомстве, свои скорость отмирания популяции и продолжительность жизни. Эти характеристики называютсядемографическими показателям» популяции. К ним относятся также общая численность, плотность расселения и скорость роста популяций.
7. Численность (N) – это количество особей на данный момент времени. Величина непостоянная, сильно зависит от факторов внешней среды.
Однако измерить общую численность некоторых популяций на практике бывает довольно трудно, поэтому пользуются таким понятием, как плотность популяции. Выражается в шт/га, шт/м3 , шт/км2. Р= N/А.
8. Плотность популяции — это число особей (или биомасса), приходящееся на единицу площади или объема жизненного пространства (в воде или почве). Зная плотность популяции в тот или иной момент времени, можно судить о росте, размножении, старении популяции.
Популяция — явление чрезвычайно динамичное, и ее плотность, величина и другие параметры изменяются с определенной скоростью. Плотность популяции определяется внутренними факторами — рождаемостью и смертностью, а на них, в свою очередь влияют внешние абиотические и биотические факторы.
9. Рождаемость — это способность популяции к увеличению численности за счет размножения особей. Показатель рождаемости — число новых особей (яиц, семян), родившихся в популяции за определенный промежуток времени.
Абсолютная рождаемость — это число новых особей (∆Nn ) добавляющихся в единицу времени (∆t). В свою очередь, удельная рождаемость зависит от числа уже имеющихся особей — N:
удельная рождаемость b = ∆Nn / ∆tN
10. Смертность — это показатель состояния популяции, противоположный рождаемости.
Рассчитывается как отношение числа умерших за определенное время к числу популяции.
d= -D N/ Nt
11. Выживаемость (В)– это количество выживших из числа родившихся за определенное время.
Каждый организм характеризуется своей индивидуальной продолжительностью жизни, уровнем рождаемости и смертности, что отражают кривые выживания. Их разделяют на три общих типа.
Популяцией в экологии называют группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих большую территорию. Согласно определению ШварцаС.С., популяция — это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.
Популяциям свойственен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, то есть популяции обладают определенными генетическими и экологическими характеристиками.
Таблица содержит основные экологические характеристики популяции вида — ареал обитания, возрастной и половой состав, численность и плотность популяции.
Характеристики
Экологические характеристики популяции
Популяционный ареал
Как часть вида, популяция обладает собственным ареалом. Он может расширяться или сужаться. Величина ареала популяции животных в значительной степени зависит от степени подвижности особей. У растений величина ареала определяется расстоянием, на которое могут распространяться пыльца, семена или вегетативные части (например, корневища), способные дать начало новому растению.
Пространственное распределение особей
Особи, составляющие популяцию, могут иметь различные типы пространственного распределения, выражающие их реакции на благоприятные и неблагоприятные физические условия или конкурентные отношения. Знание типа распределения организмов очень важно при оценке плотности популяции методом выборки.
Различают случайное, равномерное и групповое распределение особей и их групп.
Равномерное распределение особей встречается в природе крайне редко. Оно чаще связано с острой конкуренцией между разными особями.
Случайное распределение встречается только в однородной среде и у видов, не обнаруживающих склонности к скоплению.
Распределение группами — гораздо более распространенное. Группы в свою очередь могут распределяться случайно или образовывать скопления.
Численность популяции
Численность популяции — это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Оно никогда не бывает постоянно и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности.
Численность популяции является видоспецифическим признаком. У насекомых, мелких травянистых растений численность может достигать сотен тысяч и миллионов особей. Популяции же крупных животных и больших древесных растений чаще всего бывают небольшими по численности.
Падение численности ниже оптимальной обусловливает ухудшение защитных свойств популяции, уменьшение ее плодовитости и ряд других отрицательных явлений, что может привести к исчезновению популяции (популяция амурского тигра численностью около 200 особей находится на грани исчезновения). В каждом конкретном случае минимальная численность популяции является специфической для разных видов.
Динамика популяции
Размеры популяции (пространственные и по числу особей) подвержены постоянным колебаниям. В общей форме на динамику популяции оказывают влияние факторы окружающей среды. Различают непериодические, редко наблюдаемые, и периодические, постоянные колебания численности. Примером непериодических колебаний может служить резкое сокращение численности американской сельди. С 1900 года ее ежегодно добывали по 2000 тонн, затем уловы снизились на 98%. А в 1944 году численность сельди внезапно возросла, и уловы достигли 2500 тонн. Примером периодических колебаний являются сезонные изменения численности. Так, на одном из островков у побережья Англии обитает дикая популяция кроликов. Осенью, в благоприятное по кормовым условиям время, численность достигает 10000 особей, но иногда, после холодной, малокормной зимы, может сократиться до 100 особей. Еще более значительны сезонные колебания численности у некоторых беспозвоночных (мухи, комары и др.). Их численность может варьировать в сотни тысяч и миллионы раз.
Динамика численности популяций находится в прямой зависимости от плодовитости, смертности и способности особей популяции совершать миграции.
Плотность популяции
Плотность популяции определяется количеством особей (либо биомассой) на единице площади или объема, занимаемого популяцией. Например, 150 растений сосны на 1га или 0,5г циклопов в 1 м3 воды характеризуют плотность популяции этих видов.
Рождаемость и плодовитость
Рождаемость — это число новых особей, появившихся в единицу времени в результате размножения. В живых организмах заложена огромная возможность к размножению.
Средняя величина плодовитости для каждого вида является результатом естественного отбора и определилась исторически как приспособление, обеспечивающее пополнение убыли популяций. У бактерий деление клетки происходит каждые 20 минут. При таком темпе размножения потомство одной клетки за 36 часов может покрыть сплошным слоем всю планету. Потомство одного одуванчика может за 10 лет заселить всю Землю при условии, что все семена прорастут. В действительности такая громадная плодовитость никогда не реализуется. В результате гибели по разным причинам выживают значительно менее 100% особей.
Смертность популяции
Смертность — это количество особей, погибших за определенный период. Различают три типа смертности. Первый характеризуется смертностью, одинаковой во всех возрастах; второй тип отличается повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития; третий тип характеризуется повышенной гибелью взрослых (старых) особей.
Смертность популяции, как и плодовитость, характерна для каждого вида и изменяется в зависимости от условий среды, возраста особей и состояния популяции. У большинства видов смертность в раннем возрасте выше, чем у взрослых особей. У многих рыб до взрослого состояния доживают 1-2% от числа выметанных икринок, у насекомых — 0,3-0,5% от всех отложенных яиц.
Миграция в популяциях
В результате миграций устраняется избыток особей в одной популяции и компенсируется недостаток в другой. Кроме того, расселение особей и занятие ими иных площадей позволяет снизить внутривидовую конкуренцию, что ведет к процветанию вида.
В различных популяциях по-разному протекают миграции, что приводит к сезонным и многолетним колебаниям численности.
Возрастной состав популяции
Популяция состоит из разных по возрасту особей. Для каждого вида характерны свои соотношения возрастных групп. А среди видов, размножающихся половым путем, имеются и особи различных полов. При этом продолжительность жизни особей и время наступления половой зрелости не одинаковы у разных видов.
Обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный, репродуктивный и постре-
продуктивный. У многих животных и растений особенно длительным является предрепродуктивный период. У поденок он продолжается несколько лет (длительное развитие личинок); репродуктивный — всего несколько дней, а пострепродуктивный практически отсутствует.
Кроме общей продолжительности жизни и периода достижения половой зрелости, на возрастной состав популяции влияют длительность периода размножения, число приплодов в сезон, плодовитость и смертность разных возрастных групп. У мелких грызунов, например полевок, взрослые особи могут давать три и более приплода в год. При этом молодые особи способны размножаться уже в 2-3-месячном возрасте. Сложный возрастной состав популяций характерен для многих древесных растений. В дубраве одновременно опыляют друг друга и плодоносят дубы в возрасте более 100 лет и совсем молодые.
Половой состав популяции
Половой состав (соотношение полов) — важный параметр структуры популяции и зависит прежде всего от биологии вида. Этот вопрос достаточно подробно рассмотрен в разделе «Половой состав популяции».
Следует отметить, что выживаемость самок особенно возрастает при неблагоприятных условиях. В результате процент женских особей далеко превышает норму. Это явление имеет очень важное адаптивное значение, поскольку от самок в первую очередь зависит восстановление подорванной численности популяции.
Знание экологической характеристики популяции (включающей величину популяции, ее динамику, возрастной и половой состав особей и другие особенности) позволяет понять многие проблемы, связанные с видообразованием.
Чем сложнее поло-возрастная структура, тем выше приспособительные возможности популяции.
Биология для поступающих в вузы / Г.Л. Билич, В.А. Крыжановский. — 2008.
ЭКОЛОГИЯ / С.В.Алексеев, Спб. — 1997.