что такое критическая численность популяции

Экология популяций

Экология популяций

Синоним – биогеоценоз (термин В.Н.Сукачева); обычно относится к сухопутным природным системам с фитоценозом (растительным сообществом) в качестве основного звена. Элементарный биогеоценоз – имеет однородные совокупности живых организмов (фито- и зооценоз) и однородные условия среды обитания (почвы, гидрологические условия, микроклимат).

1. Определение популяции

Виды организмов входят в биоценоз не отдельными особями, а популяциями или их частями.

Популяция – это часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая относительно однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности. Каждый вид в пределах занимаемой территории распадается на популяции.

Если рассматривать воздействие факторов среды обитания на отдельно взятый организм, то при определенном уровне фактора (например, температуры) исследуемая особь либо выживет, либо погибнет. Картина меняется при изучении воздействия того же фактора на группу организмов одного вида. Одни особи погибнут или снизят жизненную активность при одной конкретной температуре, другие – при более низкой, третьи – при более высокой.

Поэтому можно дать еще одно определение популяции: все живые организмы, для того чтобы выжить и дать потомство, должны в условиях динамичных режимов экологических факторов существовать в виде группировок, или популяций, т.е. совокупности совместно обитающих особей, обладающих сходной наследственностью.

Важнейшим признаком популяции является занимаемая ею общая территория. Но в пределах популяции могут быть более или менее изолированные по разным причинам группировки. Поэтому дать исчерпывающее определение популяции затруднительно из-за размытости границ между отдельными группами особей.

2. Критические значения численности популяции

Для популяций различных видов существуют допустимые пределы снижения численности особей, за которыми существование популяции становится невозможным. Точных данных о критических значениях численности популяций в литературе нет. Приводимые значения разноречивы.

Остается, однако, несомненным факт, что чем мельче особи, тем выше критические значения их численности. Для микроорганизмов это миллионы особей, для насекомых – десятки и сотни тысяч, а для крупных млекопитающих – несколько десятков.

Численность не должна уменьшаться ниже пределов, за которыми резко снижается вероятность встречи половых партнеров. Критическая численность также зависит от других факторов. Например, для некоторых организмов специфичен групповой образ жизни (колонии, стаи, стада). Группы внутри популяции относительно обособлены. Могут иметь место такие случаи, когда численность популяции в целом еще достаточно велика, а численность отдельных групп уменьшена ниже критических пределов. Например, колония (группа) перуанского баклана должна иметь численность не менее 10 тыс. особей, а стадо северных оленей – 300 – 400 голов.

3. Возрастная структура популяций

Для понимания механизмов функционирования и решения вопросов использования популяций большое значение имеют сведения об их структуре.

У животных выделяют следующие возрастные группы:

ювенильная группа (детская)

сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве)

взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию)

Обычно наибольшей жизнеспособностью отличаются нормальные популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. В регрессивной (вымирающей) популяции преобладают старческие особи, что свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих воспроизводительные функции. Требуются срочные меры по выявлению и устранению причин такого состояния. Внедряющиеся (инвазионные) популяции представлены в основном молодыми особями. Жизненность их обычно не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей, поскольку в таких популяциях не сформировались трофические и другие связи. Особенно опасно, если это популяция видов, ранее отсутствовавших на данной территории. В таком случае популяции обычно находят и занимают свободную экологическую нишу и реализуют свой потенциал размножения, интенсивно увеличивая численность.

Если популяция находится в нормальном или близком к нормальному состоянии, человек может изымать из нее количество особей (у животных) или биомассу (у растений), которая прирастает за промежуток времени между изъятиями. Изыматься должны прежде всего особи послепродуктивного возраста (окончившие размножение). Если преследуется цель получения определенного продукта, то возраст, пол и другие характеристики популяций корректируются с учетом поставленной задачи.

Эксплуатация популяций растительных сообществ (напр., для получения древесины), обычно приурочивается к периоду возрастного замедления прироста (накопления продукции). Этот период обычно совпадает с максимальным накоплением древесной массы на единице площади.

4. Половая структура популяций

Популяции свойственно также определенное соотношение полов, причем соотношение самцов и самок не равно 1:1. Известны случаи резкого преобладания того или иного пола, чередование поколений с отсутствием самцов.

5. Пространственная структура популяций

Рис.3. Пространственные подразделения популяций.

1- ареал вида; 2- географическая популяция; 3- экологическая, или местная популяция; 4- микропопуляция (элементарная)

6. Динамика популяций. Типы роста.

Каждой популяции свойствен биотический потенциал (теоретически возможное потомство от одной пары особей при реализации способности организмов увеличивать численность в геометрической прогрессии). Обычно биотический потенциал тем выше, чем ниже уровень организации организмов. Так, дрожжевые клетки, размножающиеся простым делением, при наличии условий для реализации биотического потенциала могли бы освоить все пространство земного шара за несколько часов; гриб дождевик, приносящий до 7,5 млрд. спор, уже во втором поколении освоил бы весь земной шар. Крупным организмам с низким потенциалом размножения потребовалось бы для этого несколько десятилетий или столетий.

Однако биотический потенциал реализуется организмами со значительной степенью полноты только в отдельных случаях и в течение коротких промежутков времени. Например, если быстроразмножающиеся организмы осваивают какой-либо субстрат или среду, где нет конкурентов (при освоении экскрементов крупных животных насекомыми, размножение микроорганизмов в богатых нутриентами средах, например в эвтрофированных водоемах).

В этом случае увеличение численности идет по J-образной экспоненциальной кривой. Близкий к экспоненциальному тип роста характерен в настоящее время для популяции человека. Он обусловлен прежде всего резким снижением смертности в детском возрасте. Для человека характерна кривая выживаемости потомства первого типа (рис. 3).

Рис.3. Экспоненциальная (А) и логистическая (Б) кривые роста популяций

Периоды резкого изменения численности носят название «популяционных волн», «волн жизни», «волн численности». Причины таких колебаний до конца неясны. В одних случаях их связывают с пищевым фактором, в других – с погодными (климатическими) явлениями (например, для леммингов – с количеством тепла, приносимого Гольфстримом), в третьих – с солнечной активностью или комплексом взаимосвязанных факторов (что наиболее вероятно).

Резкие колебания численности обычно отрицательно влияют на жизнь популяций: высокая численность приводит к ослаблению всех особей из-за недостатка пищи, самоотравления среды, возможных массовых заболеваний; низкая численность – превышает порог ее минимальных значений.

7. Модифицирующие и регулирующие факторы

Выделяется динамика популяций независимая от плотности (численности) ее особей (экспоненциальная кривая роста) и зависимая от плотности (логистическая кривая). Соответственно различаются и механизмы (факторы), влияющие на плотность (численность) особей. При независимом от плотности типе изменения численности обусловливаются в основном абиотическими модифицирующими факторами (погодные явления, наличие пищи, различного рода катастрофы), способными обеспечивать условия как для неограниченного (пусть кратковременного) роста популяций, так и для снижения их численности до нулевой. Зависимая от плотности динамика популяций обеспечивается биотическими регулирующими факторами, работающими по принципу обратной отрицательной связи: чем значительнее численность, тем сильнее работа механизмов по ее снижению, и наоборот – при низкой численности сила этих механизмов ослабевает и создаются условия для более полной реализации биотического потенциала. Факторы такого типа лежат в основе популяционного гомеостаза, обеспечивающего поддержание численности в определенных границах значений.

К числу регулирующих факторов относится, в частности, взаимоотношение организмов типа «хищник – жертва». (высокая численность жертвы создает пищевые условия для размножения хищника. Последний, увеличив численность, снижает количество жертвы. В результате численность обоих видов синхронно колеблется). Регулирующие факторы, в отличие от модифицирующих, никогда не доводят численность популяций до нулевых значений вследствие того, что сила их действия уменьшается по мере уменьшения численности популяций.

Действие регулирующих факторов можно рассматривать на уровне межвидовых и внутривидовых (внутрипопуляционных) взаимоотношений организмов. К межвидовым механизмам гомеостаза относятся взаимоотношения типа «хищник – жертва», «паразит – хозяин» (высокая численность создает условия для увеличения количества паразитов и паразитарных заболеваний в результате скученности и ослабления организмов). К межвидовым механизмам относится также конкуренция, острота которой находится в прямой зависимости от численности организмов.

8. Конкуренция и гомеостаз

Конкуренция лежит и в основе внутрипопуляционного гомеостаза. Она может проявляться в жестких и смягченных формах. Жесткие формы обычно заканчиваются гибелью части особей. В растительном мире это проявляется в самоизреживании фитоценозов. Напр., на стации всходов и молодых растений в лесных сообществах на одном гектаре насчитывается до нескольких сотен тысяч древесных растений. К возрасту спелости (100 – 120 лет для хвойных и 50 – 70 лет для лиственных) число экземпляров обычно не превышает 1000 на 1 га. Остальные погибают в результате острой конкурентной борьбы. В результате этого процесса освобождается пространство для остающихся более сильных особей; ослабленные и погибающие особи выполняют положительную роль для сохранения популяции через включение в процессы круговорота, обогащение почвы минеральными веществами и гумусом.

В животном мире результат острой внутривидовой борьбы проявляется часто в форме каннибализма (поедания себе подобных), что обычно среди хищников. Например, взрослые окуни при высокой численности популяции, особенно в небольших водоемах, начинают питаться мальками своего вида. Каннибализм характерен также для некоторых грызунов, личинок насекомых, особенно в ограниченном пространстве.

Смягченные формы внутривидовой конкуренции проявляются обычно через ослабление части особей, выключения их из процессов размножения. Случаи гибели особей при таких формах борьбы менее вероятны. К таким механизмам внутрипопуляционного гомеостаза относятся угнетающие (ингибирующие) выделения во внешнюю среду более сильными особями, стрессовые явления, разграничение территорий (территориальность), миграции между популяциями.

Выделения во внешнюю среду характерны для растений и животных. Молодое поколение леса не появляется под материнским пологом или находится в сильно угнетенном состоянии не только и результате дефицита света, влаги и минерального питания, но и из-за ингибирующих выделений корней и надземных органов взрослых растений. Препятствием для прорастания семян и укоренения всходов молодого поколения является и мощный слой слаборазложившегося мертвого органического вещества (лесной подстилки). В спелых лесах сила влияния этих факторов обычно уменьшается, и молодое поколение постепенно сменяет теряющих конкурентную способность особей.

У лабораторных животных (крыс, мышей) воздух, подаваемый из перенаселенных помещений в помещения со свободным размещением и развитием животных, замедляет и угнетает их рост. Аналогичные результаты наблюдались в опытах с головастиками лягушек, когда в аквариумы, где они хорошо развивались, добавляли воду из аквариумов, в которых плотность организмов была чрезвычайно высокой.

При высокой скученности особей в популяциях (обычно у млекопитающих) стрессовые явления приводят к снижению или потере репродуктивных функций, особенно у слабых особей. При ослаблении или прекращении стрессовых явлений организмы обычно восстанавливают функции жизнедеятельности и репродукционного процесса.

Миграции, как фактор гомеостаза, проявляются чаще всего в двух видах. Первый – массовый исход (нашествие) особей из популяции при перенаселенности (у леммингов, белок и других видов с взрывным типом динамики численности). Оставившие популяцию особи (как правило, молодняк) обычно не возвращаются на прежнее место. Значительное количество их погибает при подобных перемещениях.

Даже при численности, близкой к оптимальной, популяции обмениваются особями, что важно для уменьшения вероятности инбридинга (близкородственного скрещивания) и для обмена информацией, специфичной для конкретных популяциях.

Неоднозначны реакции популяций на иммигрантов: в периоды высокой численности они препятствуют вселению особей из других популяций; при низкой численности эти механизмы снимаются.

У насекомых выселительная способность часто связана с появлением специфических особей, выделяемых в отдельную фазу, характеризующихся большей подвижностью, стремлением к перемещениям. У тлей появляется фаза с хорошо развитыми крыльями, у пустынной саранчи, кроме лучшего развития летательного аппарата, подвижность увеличивается за счет более темной окраски и в связи с этим лучшей прогреваемости тела, что для холоднокровных организмов является важнейшим фактором усиления активности.

Ясно, что гомеостаз в полной мере проявляется, если срабатывают все механизмы, лежащие в его основе. Например, не нарушается резко соотношение численностей хищников и жертв, не действуют ослабляющие факторы (загрязнение, нарушение местообитаний и др.), не превышаются критические пределы численности.

В настоящее время подобные нарушения гомеостатических механизмов вызываются в большинстве случаев антропогенными факторами. Прикладная экология решает задачу исключения или снижения действия подобных факторов.

Список литературы

Воронков Н.А. Основы общей экологии. М.: Агар, 1997

Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. СПб.: Химия, 1997

Человек и биосфера. Ростов-на-Дону, Изд. РГУ, 1977

Источник

Критические значения численности популяции

Для популяций различных видов существуют допустимые пределы снижения численности особей, за которыми существование популяции становится невозможным. Точных данных о критических значениях численности популяций в литературе нет. Приводимые значения разноречивы. Остается, однако, несомненным факт, что чем мельче особи, тем выше критические значения их численности. Для микроорганизмов это миллионы особей, для насекомых – десятки и сотни тысяч, а для крупных млекопитающих – несколько десятков. Численность не должна уменьшаться ниже пределов, за которыми резко снижается вероятность встречи половых партнеров. Критическая численность также зависит от других факторов. Например, для некоторых организмов специфичен групповой образ жизни (колонии, стаи, стада). Группы внутри популяции относительно обособлены. Могут иметь место такие случаи, когда численность популяции в целом еще достаточно велика, а численность отдельных групп уменьшена ниже критических пределов. Например, колония (группа) перуанского баклана должна иметь численность не менее 10 тыс. особей, а стадо северных оленей – 300 – 400 голов.

Возрастная структура популяций

У животных выделяют следующие возрастные группы:

ювенильная группа (детская);

сенильная группа (старческая, не участвующая в воспроизводстве);

взрослая группа (особи, осуществляющие репродукцию).

Одна из наиболее известных классификаций животных по возрасту Г.А. Новикова:

новорожденные – до момента прозревания;

молодые – подрастающие особи, «подростки»;

полувзрослые – близкие к половозрелым особям;

взрослые – половозрелые животные;

старые – особи, переставшие размножаться.

В геоботанике получила признание классификация растений по возрасту Н.М. Черновой, А.М. Быловой:

проростки (всходы) – растения первого года жизни, многие из них живут за счет питательных веществ в семядолях;

ювенильные – переходят к самостоятельному питанию, но размерами и морфологически еще отличаются от взрослых растений;

имматурные – обладают переходными признаками от ювенильных к взрослым растениям, еще очень малы, у них идет смена типа нарастания, начинается ветвление побегов;

виргинильные – «взрослые подростки», могут достигать размеров взрослых особей, но регенеративные органы отсутствуют;

молодые генеративные – характерно наличие генеративных органов, завершается формирование облика, типичного для взрослого растения;

средневозрастные генеративные – отличаются максимальным годичным приростом и максимальной репродуктивностью;

старые генеративные – растения продолжают плодоносить, но у них полностью прекращаются рост побегов и образование корней;

субсенильные – плодоносят очень слабо, идет отмирание вегетативных органов, новообразование побегов идет за счет спящих почек;

сенильные – очень старые, дряхлые особи, появляются черты ювенильных растений: крупные одиночные листья, порослевые побеги.

Рис.7.7 Типы популяций

Баланс популяций и причины его нарушения.

Эволюционные исследования традиционно направлены на изучение прогрессивной эволюции, механизмов и закономерностей новых, отсутствовавших у предков, адаптаций. Естественный отбор идет по функциональным признакам фенотипа. Поэтому он и сохраняет те признаки, которые остаются адаптивными, хотя другие признаки изменяются под действием движущего отбора. Между тем, экологическая ниша вида никогда не предоставляет ему стабильных условий существования:

колебания погоды и климата,

изменения численности пищевых ресурсов,

изменение численности конкурентов и хищников,

антропогенные загрязнения природной среды и др.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

§ 34. Популяции и процессы их регуляции

. Каждое единичное органическое существо,
можно сказать, напрягает все свои силы,
чтобы увеличить свою численность.
Ч. Дарвин

Каковы основные признаки популяций? Как распределяются особи в популяции? Какие параметры определяют численность популяции? Что такое кривые выживания? Какие факторы влияют на изменение характеристик популяций?

Урок-лекция

Анри Руссо. В тропическом лесу

ВАЖНЕЙШИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОПУЛЯЦИИ. Популяция — это элементарная единица надорганизмен-ного уровня организации живого, которая, как мы определили в § 28, представляет собой совокупность особей одного вида на определенной территории.

Важнейший параметр популяции — это ее численность. Поскольку подсчитать всех особей данной популяции, как правило, невозможно, то для оценки численности в экологии принято оперировать понятием «плотность популяции», т. е. числом особей, приходящихся на единицу площади или обьема. Изменения численности популяции в первую очередь связаны с соотношением двух противоположенных явлений — рождаемости и смертности В меньшей степени на динамику численности популяции оказывают влияние процессы иммиграции и эмиграции. Рождаемость напрямую зависит от плодовитости особей, составляющих популяцию. Плодовитость определяют как число потомков, которых производит одна особь (одна женская особь у двуполых организмов) или в ходе одного размножения, или за всю свою жизнь. Значения этого параметра у особей разных видов различаются очень сильно.

Самки морских рыб (например, сельдь, треска) выметывают миллионы мелких икринок и не проявляют ни малейшей заботы о них. В результате до взрослого состояния доживают единицы. А вот самка императорского пингвина откладывает в сезон размножения только одно яйцо, которое бережно согревается и охраняется самцом весь долгий период антарктической зимы. И после выклева птенца родители обеспечивают его кормом и обучают необходимым для самостоятельной жизни навыкам.

Изменения численности популяции зависят от сочетания явлений рождаемости и смертности, которые, в свою очередь, тесно связаны со стратегией размножения, характерной для вида.

Какая же стратегия размножения лучше: произвести огромное число малоприспособленных потомков при минимальном вкладе родителей в каждого из них («стратегия трески») либо же, наоборот, вложить все в одного крупного и относительно хорошо приспособленного потомка («стратегия пингвина»)? В первом случае большинство вложенной родителями в размножение энергии тратится впустую, поскольку 99% потомков не доживает до репродуктивного возраста, т. е. до возраста. когда организм способен к размножению. Во втором же случае гибель единственного потомка приводит к полной потере сезона размножения для родителей и может иметь катастрофические последствия для популяции, если произойдет сразу у многих пар, да еще и несколько лет подряд (например, при крайне неблагоприятных погодных условиях). Неудивительно, что стратегии размножения большинства живых существ располагаются между этими двумя крайностями. Замечательно, что тяготение в сторону «стратегии пингвина» характерно для более высокоорганизованных животных.

Смертность тесно связана со стратегией размножения, характерной для особей данной популяции, и может быть графически представлена в виде кривых выживания.

За точку отсчета при их построении берут число новорожденных за тот или иной временной интервал (например, родившиеся в какой-то год), а затем рассчитывают процент особей этой группы, которые доживают до определенного возраста (рис. 47).

Рис. 47. Типы кривых выживания: I — смертность до определенного возраста низкая, а затем чрезвычайно быстро возрастает; II — смертность относительно постоянна для разных возрастов; III — смертность на ранних стадиях развития очень высокая, а в более поздний период низкая

РЕГУЛЯЦИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ. Исследуя популяции живых организмов, ученые заметили, что некоторые из них длительное время сохраняют более или менее стабильную численность (рис. 48, а), другие же, напротив, испытывают периодические или случайные всплески численности (рис. 48, б). С чем это связано?

Рис. 48. Варианты изменения численности популяций: ста бильная численность (а); всплески численности (б)

Обнаружилось, что численность популяций контролируется множеством экологических факторов, среди которых можно выделить не зависящие и зависящие от плотности популяции. К первым относят климатические факторы, катастрофы (пожар, извержение вулкана, засуха, наводнение и т. п.), доступность мест обитания (например, численность птиц-дуплогнездовиков в лесу ограничивается числом дупел) и др. А вот зависящие от плотности факторы всегда связаны с взаимодействиями между живыми существами. Это могут быть внутривидовая конкуренция за пищу, убежища, места для гнездования и т. п.; межвидовые взаимоотношения, такие, как воздействие хищников и паразитов, инфекционные заболевания. Действие этих факторов усиливается с увеличением плотности популяции и ограничивает ее рост.

Колебания численности популяции могут быть непериодическими и периодическими. Первые носят непредвиденный характер. Определить вызвавшую их причину не просто, если речь не идет о стихийных бедствиях (ураган, пожар и др.). Периодические колебания могут быть сезонными (см. выше) либо же иметь период в несколько лет. Последнее характерно для популяций многих грызунов (леммингов), полярной совы, песца, атлантического лосося, саранчи и др.

Причины таких колебаний обычно связаны с каким-то периодически воздействующим фактором. Например, в Финляндии максимумы численности клеста наблюдаются с периодичностью в три года, что совпадает с урожаем еловых шишек, семенами которых клесты питаются.

Численность популяций живых организмов регулируется экологическими факторами, зависящими или не зависящими от ее плотности. Различное сочетание этих факторов определяет наблюдающиеся в природе колебания численности популяций, которые носят непериодический или периодический характер.

Что произойдет с популяцией при отсутствии сдерживающих рост ее численности факторов? Легко догадаться, что численность популяции любого вида увеличивалась бы беспредельно, пока не истощила бы все ресурсы окружающей среды.

ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА ДИНАМИКУ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ. В настоящее время одним из важнейших экологических факторов (не зависящим от плотности популяции), влияющих на численность популяций живых существ, является деятельность человека. Для любой популяции существует определенная критическая численность; если число особей становится ниже, то популяция обречена на вымирание, так как все механизмы поддержания стабильности популяции перестают действовать. Какова же эта критическая величина? Она различна для разных видов. Например, на грани вымирания находятся обезьяны орангутаны, хотя их численность составляет примерно 5000 экземпляров. Гигантский варан на острове Комодо сохранился в числе около 300 особей, и его численность, несмотря на принимаемые меры охраны, в последние годы не увеличивается. С тех пор как натуралисты начали описывать растения и животных, с лица Земли исчезло 53 вида птиц. 77 видов млекопитающих и множество других живых организмов, в большинстве случаев — по вине человека. Есть о чем задуматься!

Увеличение численности городских популяций таких видов животных, как вороны, крысы, мыши, является показателем загрязненности окружающей среды. Содержите город, где вы живете, в чистоте.

Источник