что такое минимальная численность популяции

Проблема выживания малых популяций

Минимальная численность популяции

Проблема выживания малых популяций возникла прежде всего как проблема сохранения популяций редких млекопитающих и птиц в зоопарках и питомниках их предварительного размножения для последующего выпуска в природу. Существенным для ее решения и создания моделей выживания малых популяций является понятие эффективной численности (N_e). Она отличается от полной, или действительной, численности популяции (N), так как исключает особей, вышедших из репродуктивного возраста и часть молодняка, для которой низка вероятность доживания до этого возраста и оставления потомства. Иными словами, эффективная численность — это численность особей, оставляющих потомство и вносящих свой вклад в генофонд следующего поколения.

Если действительная численность популяции N, дисперсия числа потомков — O,

При реальном распределении числа потомков у разных видов оказывается, что N_e составляет от 60 до 85% N. Для полигамных видов (тюлени, слоны, олени, многие утки, часть куриных) вклад самцов и самок в генофонд следующего поколения различен, и N_e связана с численностью размножающихся самцов (N_m) и самок (N_f) отношением

Если, например, в популяции 90 размножающихся самок и 10 — самцов, составляет не 100, а всего 36. Эффективная численность, средняя для нескольких поколений, сильно зависит от отдельных лет с резким падением численности. Если t — число последовательных поколений,

Так, если популяция с обычным размером N_e = 1000 в одном из 10 поколений по каким-то причинам сокращается до N_e = 50, то средняя величина N_e за 10 поколений составит всего 345.

Вероятность выживания зависит от уровня инбридинга, или близкородственного скрещивания, при котором в гомозиготное состояние переходит тем больше генов, чем меньше N_e. Соответственно при длительном размножении в малочисленной популяции коэффициент инбридинга и уровень инбредной депрессии возрастают тем быстрее, чем меньше N_e. Эти характеристики отражают зависимость жизнеспособности популяции от объема ее резерва наследственной изменчивости и подробно рассмотрены в специальной литературе. Учет изменений характеристик популяции позволяет на математических моделях исследовать вероятную судьбу малых популяций.

Достаточно сложная теория отбора в ограниченных популяциях оценивает вероятность изменений уровня инбредной депрессии в разных ситуациях, уровень численности, при котором мутационный процесс, вводящий в генофонд новые аллели, компенсирует инбредную депрессию, и многие другие стороны проблемы. Из теории следует, что минимальный уровень эффективной численности, при котором популяция может сохранять свою жизнеспособность на протяжении жизни нескольких десятков поколений, составляет не менее 50 особей.

Вместе с тем следует особо отметить, что теория эта разработана преимущественно для подвижных млекопитающих, птиц и летающих насекомых (в частности, большая часть экспериментов, лежащих в основе теории, поставлена на классическом объекте генетики — дрозофиле), то есть для животных, которым свойственна высокая степень панмиксиса, свободного скрещивания. Существует множество видов и более крупных таксономических групп сидячих или малоподвижных животных, для которых высокий уровень инбридинга неизбежен. Сюда же относятся самоопыляющиеся и апомиктические (апомиксис семенное размножение без оплодотворения) растения. У таких видов эволюция выработала специальные механизмы избегания инбредной депрессии, например за счет большого числа производимых потомков, среди которых носители аллелей, летальных и снижающих в гомозиготном состоянии жизненность, погибают, постепенно избавляя популяцию от избыточного «генетического груза». К апомиктическим растениям относятся, в частности, такие процветающие виды, как луговой мятлик и одуванчик. Проблема минимальной численности для апомиктических и самоопыляющихся видов остается неразработанной. Вероятно, эффективная численность для них окажется на несколько порядков больше, чем для видов с высокой степенью панмиксиса. Вместе с тем панмиксия, очевидно, дает растениям некоторые дополнительные преимущества, поскольку избавляет зависимость их размножения от насекомых, численность которых может колебаться в широких пределах. Достаточный для поддержания высокой адаптивности уровень генетического разнообразия в этом случае обеспечивается «размыванием» жесткого механизма чередования гаплоидности гамет и диплоидности вегетирующей стадии жизненного цикла, что приводит, как и у гаплоидных организмов, к тому, что каждая мутация проходит контроль естественного отбора уже в первом поколении, а запас аллелей формируется отчасти за счет увеличения числа гомологичных генов, отчасти за счет других изменений хромосомного аппарата. В эволюционном отношении переход к апомиксису, очевидно, на последних этапах эволюции покрытосеменных оказался весьма выгодным, поскольку он проявился независимо друг от друга во многих семействах как двудольных, так и более молодых однодольных цветковых растений.

Источник

Численность популяций

Различают численность: минимальную, максимальную, эффективную и реальную.

Минимальный размер популяции — количество особей, достаточное для выживания популяции при резких изменениях численности, достигающих в природных условиях тысячекратных величин.

Ниже минимальной численности популяция может исчезнуть по генетическим причинам, вследствие близкородственных скрещиваний.

Минимальная численность различна для разных видов и в общем случае составляет десятки особей. Например, популяция суматранского носорога менее 50 особей, амурского тигра около 200 особей. При таком сокращении численности возможна ситуация, что по случайным причинам численность популяций сократиться на столько, что оставшиеся единицы вымрут на протяжении нескольких поколений.

Эффективная численность – число размножающихся особей

Максимальная численность — теоретически возможное количество особей, к которому популяция может прийти при неконтролируемом размножении и при оптимальных условиях существования.

Выделяют общую реальную численность популяции — общее число особей всех возрастов на определенный момент времени.

Источник

Биология. 10 класс

*§ 37—1. Популяция — структурная единица вида. Статические свойства популяций

Популяция — структурная единица существования вида

Каждый вид заселяет ареал не просто как скопление особей, а в виде относительно обособленных групп. 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» ввел в экологию датский биолог В. Иогансен в 1903 г.

Популяция (от лат. populus — народ, население) — относительно изолированная и способная к саморегуляции группа особей одного вида, длительно обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.

Каждая популяция живет в конкретной части ареала и приспособлена к существованию в определенных экологических условиях. Благодаря этому вид может занимать довольно обширный и неоднородный по условиям ареал. Чем более неоднородный по условиям и рельефу ареал, тем больше популяций включает вид. Таким образом, вид в пределах ареала существует за счет разнообразия популяций.

Популяция — это форма существования вида в пространстве с относительно однородными условиями обитания. Например, вид Окунь обыкновенный в крупных водоемах представлен двумя популяциями — придонной и прибрежной. Их пространственная разобщенность проявляется в обитании на разных глубинах водоема с разными пищевыми ресурсами. Благодаря данным популяциям окунь обыкновенный способен заселять весь водоем.

Как биологическая система, популяция имеет свои собственные признаки (групповые признаки). Но поскольку она состоит из особей одного вида, то ей присущи и признаки особей (биологические признаки), характеризующие жизненный цикл. Любая популяция, как и отдельно взятая особь, в природе существует ограниченное время. Этот интервал времени можно назвать жизненным циклом популяции, поскольку на его протяжении у популяции наблюдаются признаки, аналогичные признакам особей в течение их жизненного цикла. В определенный момент времени в определенной среде появляется группа особей одного вида (рождение популяции). Затем численность особей увеличиваются (рост популяции), происходит изменение половой и возрастной структуры (развитие популяции). В популяции происходит процесс размножения особей (самовоспроизведение). Она способна поддерживать существование в постоянно изменяющихся внешних условиях (адаптация). Численность популяции никогда не остается постоянной. В определенные промежутки времени численность популяции может возрастать или снижаться. Иногда снижение численности может привести к исчезновению популяции (гибель популяции).

Однако признаки популяции, характерные для нее, как и для отдельной особи (биологические признаки), не позволяют получить полное представление о популяции как о самостоятельной биологической системе — группе особей одного вида. Для управления численностью популяций промысловых, хозяйственно-ценных, редких или других видов необходимо знать их групповые характеристики. Лишь в этом случае возможно прогнозирование изменения состояния популяций при воздействии на них человека или факторов среды.

Разнообразие групповых характеристик (признаков) популяции можно показать с помощью схемы.

Как видно из схемы, групповые характеристики разделяют на свойства и структуру. Именно их изучение позволяет человеку прогнозировать будущее популяции и правильно с ней взаимодействовать. Свойства популяции по возможности их определения разделяют на статические и динамические. Статические свойства можно определить в любой момент времени. К ним относятся численность и плотность. Для определения динамических свойств требуется интервал времени. К ним относятся рождаемость, смертность и рост численности. Рассмотрим характеристику статических свойств популяции.

Источник

Численность и рост популяции: факторы регуляции численности популяции

Содержание:

Численность популяций любого вида в природе не остаётся неизменной. Колебания численности в первую очередь связаны с пищей, убежищами, местами для размножения. Неограниченному росту численности популяции препятствует нехватка ресурсов для существования на любой территории. Отклонения показателей численности от оптимального (среднего) уровня вызывают многие факторы окружающей среды. Возвращение к среднему показателю в биологии называется регуляцией.

Популяции

Для характеристики популяции используются такие показатели, как численность (общее число организмов данного вида в местообитании), рождаемость, смертность. Один из основных параметров — плотность или количество особей на единицу поверхности (в единице объёма).

Важны и другие показатели:

При изучении конкретной популяции обращают внимание на её численность и плотность. Пример: численность волков может быть ограничивающим фактором для зайцев. Волк питается травоядными животными, а при высокой численности хищников им требуется больше корма. Численность популяции зайцев может сильно сократиться. И наоборот, сокращение численности хищников ведёт к увеличению численности популяции жертв — размножению грызунов, распространению среди них инфекционных заболеваний.

При чрезмерном увеличении численности и плотности популяции возрастает сила давления, оказываемая на среду обитания и другие живые организмы. При сокращении численности существует опасность исчезновения данного вида, сокращения биоразнообразия. Кроме того, экологическую нишу исчезающего вида может занять более агрессивный.

Если условия оптимальные для популяции, то численность организмов данного вида увеличивается с максимальной скоростью. Так происходит при обилии пищи, отсутствии врагов и перенаселении самой популяции. Примеры таких изменений: «цветение» воды в стоячих водоёмах из-за усиленного размножения водорослей, вспышки размножения саранчи.

Неоднородность популяции — это фактор благоприятный для выживания. Наоборот, внутри- и межвидовая конкуренция в условиях нехватки ресурсов приводят к замедлению роста популяций. В какой-то момент времени численность достигает уровня, когда рождаемость равна смертности. Такое состояние называется равновесной плотностью популяции.

Как регулируется численность популяции

В природе никогда не происходит неограниченный рост численности. Действуют лимитирующие факторы, поэтому виды не размножаются бесконечно. Суммарные потребности особей одного вида в определённом ресурсе могут превышать его количество в экосистеме. Организмы начинают конкурировать за ресурс, а те, что его недополучают, слабеют, перестают размножаться либо гибнут.

Рассмотрим факторы, влияющие на численность популяций: не зависящие и зависящие от её плотности. Не зависящими от плотности считаются такие факторы, на действие которых не влияет изначальная численность и плотность популяции. К этой группе относятся сильные морозы, засухи, ураганы, наводнения. Число погибших и выживших особей в результате природной стихии не зависит от первоначальной численности и плотности популяции.

Разберём задание: «Какой абиотический фактор среды вызывает миграцию птиц?»

Перелёты пернатых связаны не с одним фактором, а с природным механизмом регуляции сезонных изменений в жизни птиц. Уменьшается количество корма, его становится недостаточно для всех особей, усиливаются внутри- и межвидовая конкуренции. Сигналом к началу миграции является изменение длины дня, что приводит к гормональным изменениям в организме перелётных птиц.

Факторы, зависящие от плотности, сильнее влияют на популяцию по мере роста её численности и увеличения плотности. К этой группе относятся биотические факторы — внутри- и межвидовые. Чем выше плотность особей, тем сильнее действуют эти факторы.

Зависят от плотности:

Действие этих факторов повышается по мере увеличения плотности, что препятствует в дальнейшем неблагоприятному росту численности популяции. Наблюдается отрицательная зависимость или обратная связь.

Источник

Эффективный размер популяции

При исследовании действия генетического дрейфа предполагается вполне определенная численность популяции. При конкретных экологических исследованиях (например, касающихся ограниченности таких ресурсов как пища и свет), для измерения численности популяции подходит общее число индивидов на территории или цензовое число. Для многих организмов, которые ведут скрытый образ жизни или таких, по которым трудно вести наблюдение, очень трудно точно оценить численность всех особей в популяции. В результате, экологи детально исследуют методы расчета или оценки количества индивидов в популяции или популяционной плотности [1] [2]

Однако для эволюции, в первую очередь, имеет значение количество особей, размножающихся, а не их цензовое число. Эти два измерения размера популяции могут сильно отличаться, потому что часть популяции, которая размножается, может составлять лишь малую долю от всего количества индивидов в популяции. Например, у деревьев, млекопитающих и других организмов, которые созревают только после длительного ювенильного периода, большая часть популяции находится в дорепродуктивном фазе. У людей и других позвоночных существует также значительная доля особей в пострепродуктивном периоде. Иногда можно оценить численность популяции, которая размножается, с достаточной степенью точности, учитывая такие индикаторы репродуктивной активности, как гнездования и размер кладки у птиц, численность колоний в животных или количество цветущих растений в популяции.

Численность части популяции, которая размножается, может не отражать размер популяции, но этот параметр вполне подходит для эволюционных исследований. Кроме того, важны такие факторы, как изменчивость в соотношении полов особей, размножающихся количество потомков на одну особь, количество индивидов, размножающихся в разных поколениях и тип размножения. Все эти факторы могут влиять на генетический вклад в следующее поколение, и общая оценка популяции, которая размножается, не принимает их во внимание. Эволюционные процессы, протекающие в популяциях с ограниченной численностью, позволяют исследовать модель идеальной популяции. Идеальную популяцию численностью N, в которой все родители равновероятно могут быть родителями любой особи в потомстве, можно рассматривать с позиций ‘эффективного размера популяции’. Другими словами, гаметы выбираются случайно от всех особей, размножающихся и вероятность каждой взрослой особи производить определенную гамету равна 1 / N (N — количество особей, размножающихся). Эта базовая модель предусматривает, что диплоидные организмы дают и мужские, и женские гаметы, то есть существует возможность самооплодотворение.

В таком случае, если N велико, то распределение числа потомков (гамет) на отца (к) стремится к распределения Пуассона

, ,

Источник