что такое возрастная структура популяции
Биология. 10 класс
*§ 38—2. Возрастная и этологическая структуры популяций
Возрастная структура
Возрастная структура — соотношение в популяциях возрастных групп особей, различающихся по способности к воспроизводству. Есть виды с очень простой возрастной структурой популяций, которые состоят практически из представителей одного возраста (однолетние растения, саранча). Сложная возрастная структура популяций возникает тогда, когда в них представлены все возрастные группы. В природных популяциях животных выделяют три возрастные группы, различающиеся по способности к воспроизводству. Предрепродуктивные особи — молодые особи, не достигшие полового созревания и еще не способные давать потомство. Репродуктивные особи — половозрелые размножающиеся особи. Пострепродуктивные особи — старые особи, утратившие функцию размножения и уже не дающие потомства.
Продолжительность существования каждой возрастной группы по отношению к продолжительности жизни поколения сильно варьирует у разных организмов. У современного человека эти три возраста по продолжительности примерно одинаковы. Предрепродуктивный период у некоторых организмов очень длинный по сравнению с остальными. Например, у цикад он длится 17 лет, в то время как репродуктивный период продолжается только один летний сезон, а пострепродуктивный вообще отсутствует. Отсутствие пострепродуктивного периода наблюдается у ряда насекомых (поденки) и рыб (лососевые).
Количественное соотношение численности (в %) разных возрастных групп в популяциях животных выражают с помощью возрастных пирамид. Они позволяют прогнозировать дальнейшее изменение численности популяций. Популяция с большой долей предрепродуктивных особей относительно других возрастных групп будет иметь возрастную пирамиду с широким основанием. Такая популяция будет увеличивать свою численность. Она называется развивающейся или растущей. При относительно равномерном распределении особей по возрастным группам популяция будет находиться в стабильном состоянии. При малой доле предрепродуктивных особей популяция будет иметь возрастную пирамиду с узким основанием. Ее численность будет снижаться. Такая популяция называется вымирающей или стареющей. Она нуждается в охране или дополнительном вселении особей.
Возрастные различия в популяциях существенно усиливают их экологическую неоднородность, то есть обеспечивают особям неодинаковую сопротивляемость факторам среды. Возрастная структура популяций имеет приспособительный характер. Она формируется на основе биологических свойств вида, но всегда отражает и силу воздействия факторов окружающей среды. Возрастная структура популяций влияет как на рождаемость, так и на смертность в данный момент и показывает, что может произойти с популяцией в будущем. Изучение соотношения возрастных групп в популяциях имеет практическую значимость для человека. Оно позволяет оценить, какую возрастную группу и в каком объеме можно изъять для использования. Или наоборот, какая возрастная группа особей в наибольшей степени нуждается в охране.
*§ 38—2. Возрастная и этологическая структуры популяций
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | *§ 38—2. Возрастная и этологическая структуры популяций |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Вторник, 16 Ноябрь 2021, 13:04 |
Оглавление
Возрастная структура
Возрастная структура — соотношение в популяциях возрастных групп особей, различающихся по способности к воспроизводству. Есть виды с очень простой возрастной структурой популяций, которые состоят практически из представителей одного возраста (однолетние растения, саранча). Сложная возрастная структура популяций возникает тогда, когда в них представлены все возрастные группы. В природных популяциях животных выделяют три возрастные группы, различающиеся по способности к воспроизводству. Предрепродуктивные особи — молодые особи, не достигшие полового созревания и еще не способные давать потомство. Репродуктивные особи — половозрелые размножающиеся особи. Пострепродуктивные особи — старые особи, утратившие функцию размножения и уже не дающие потомства.
Продолжительность существования каждой возрастной группы по отношению к продолжительности жизни поколения сильно варьирует у разных организмов. У современного человека эти три возраста по продолжительности примерно одинаковы. Предрепродуктивный период у некоторых организмов очень длинный по сравнению с остальными. Например, у цикад он длится 17 лет, в то время как репродуктивный период продолжается только один летний сезон, а пострепродуктивный вообще отсутствует. Отсутствие пострепродуктивного периода наблюдается у ряда насекомых (поденки) и рыб (лососевые).
Количественное соотношение численности (в %) разных возрастных групп в популяциях животных выражают с помощью возрастных пирамид. Они позволяют прогнозировать дальнейшее изменение численности популяций. Популяция с большой долей предрепродуктивных особей относительно других возрастных групп будет иметь возрастную пирамиду с широким основанием. Такая популяция будет увеличивать свою численность. Она называется развивающейся или растущей. При относительно равномерном распределении особей по возрастным группам популяция будет находиться в стабильном состоянии. При малой доле предрепродуктивных особей популяция будет иметь возрастную пирамиду с узким основанием. Ее численность будет снижаться. Такая популяция называется вымирающей или стареющей. Она нуждается в охране или дополнительном вселении особей.
Возрастные различия в популяциях существенно усиливают их экологическую неоднородность, то есть обеспечивают особям неодинаковую сопротивляемость факторам среды. Возрастная структура популяций имеет приспособительный характер. Она формируется на основе биологических свойств вида, но всегда отражает и силу воздействия факторов окружающей среды. Возрастная структура популяций влияет как на рождаемость, так и на смертность в данный момент и показывает, что может произойти с популяцией в будущем. Изучение соотношения возрастных групп в популяциях имеет практическую значимость для человека. Оно позволяет оценить, какую возрастную группу и в каком объеме можно изъять для использования. Или наоборот, какая возрастная группа особей в наибольшей степени нуждается в охране.
Этологическая (поведенческая) структура
Этологическая (поведенческая) структура — соотношение особей по комплексу поведенческих реакций в социальных группах. Эта структура характерна для животных. При изучении биологии в 8-м классе вы познакомились с разнообразием поведенческих реакций животных. В популяциях некоторых видов особи ведут одиночный образ жизни. По поведению они равнозначны и независимы друг от друга (божьи коровки, жужелицы, бабочки). Есть временные группы особей, например скопления морских черепах на островах в период размножения, скопления животных у водопоя в период засухи, в которых особи по поведению также независимы друг от друга. В большинстве случаев особи объединяются в социальные группы — семьи, колонии, стаи, стада и др.
Семейный образ жизни резко усиливает связи между родителями и их потомством. Проявлением этих связей является забота о потомстве. При этом у птиц забота о птенцах продолжается до поднятия их на крыло, а у ряда крупных млекопитающих (медведей, тигров) детеныши воспитываются в семейных группах в течение нескольких лет, до наступления их половой зрелости. В зависимости от того, кто из родителей берет на себя уход за потомством, различают семьи отцовского, материнского и смешанного типа. Как правило, в семьях с устойчивыми парами обычно оба родителя принимают участие в охране и выкармливании детенышей.
При семейном образе жизни наиболее ярко выражено территориальное поведение животных. С помощью сигналов, маркировки, ритуальных форм угрозы и даже прямой угрозы (часто со стороны и самца, и самки) они обеспечивают владение участком, размеры и запасы корма которого достаточны для выкармливания потомства.
Некоторые общественные насекомые — пчелы, муравьи, термиты образуют сложные семьи. В них насекомые выполняют сообща много основных функций: защиту, размножение, обеспечение кормом себя и потомства, строительство. Для осуществления этих функций формируются этологические группы особей в результате разделения труда и специализации. При этом члены семьи постоянно обмениваются информацией друг с другом.
Колонии — групповые поселения оседлых животных, которые могут существовать как длительно, так и возникать лишь на период размножения (грачи, чайки, гагары, морские котики). Такой образ жизни повышает вероятность выживания отдельных особей. Например, тревога, поднятая любой заметившей хищника птицей, мобилизует остальных и сообща им удается отогнать врага. Характерно, что по мере усложнения колониального объединения, поведение, а иногда даже физиология и строение отдельной особи все в большей степени подчиняются интересам всей колонии.
Стаи — временные объединения животных, связанные с общностью места обитания или размножения. Стая облегчает выполнение какой-либо функции: защиты от врагов, добывания пищи, миграции (волки, сельдь, журавли, дельфины). Исходя из способа координации действий, стаи подразделяются на два вида: 1) без выраженного лидер а (обычно у рыб); 2) с лидер ами, на которых ориентируются остальные особи (стаи крупных птиц и млекопитающих, например волков). Волчьи стаи образуются зимой для групповой охоты. В этом случае хищникам удается справиться с крупными копытными (например, со взрослым лосем), охота на которых в одиночку часто заканчивается гибелью самих хищников. В процессе групповой охоты вожак стаи «организует» засаду, захват жертвы в кольцо и другие действия, что требует согласованности и координации действий всех членов стаи.
Стада — более длительные по времени, чем стаи, постоянные объединения животных (олени, зубры, зебры), в которых, как правило, выполняются все жизненные функции вида: защита от врагов, добывание пищи, миграции, размножение, воспитание молодняка и т. д.
Наиболее сложная этологическая структура отмечается в стаях и стадах, где имеет место система «доминирования-подчинения». У разных видов животных она зависит от типа иерархии. При иерархической организации популяций особям свойствен закономерный порядок перемещения, расположения на отдых, определенная организация при защите от врагов. Так, при передвижении стада павианов, в центре в наибольшей безопасности находятся детеныши или беременные самки, вокруг их располагаются неразмножающиеся самки, а по краям — вожаки и молодые самцы. Впереди и позади стада находятся крупные самцы, готовые отразить нападение хищника.
В биологическом аспекте смысл иерархической системы «доминирования-подчинения» заключается в создании согласованного поведения группы, которое выгодно для всех ее членов. Осуществив своеобразную «расстановку сил», животные уже не тратят лишней энергии на конфликты между отдельными особями, а группа в целом получает преимущества, подчиняясь наиболее сильным и опытным индивидуумам. Конечно, в экстремальных условиях (например, при отсутствии кормов) гибнут в первую очередь более слабые, подчиненные особи, но тем не менее под защитой группы они все же имеют больше шансов выжить, нежели в одиночку.
Как вы уже знаете, в социальных группах наблюдается эффект группы, повышающий устойчивость особей в группе по отношению к неблагоприятным условиям среды по сравнению с отдельной особью. Однако положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит недостатком кормовых ресурсов среды. Вступают в действие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем деления ее на части, расселения на другие территории или снижения рождаемости.
Повторим главное. Для популяций характерны определенные возрастная и этологическая структуры. Возрастная структура популяций представляет собой соотношение предрепродуктивных, репродуктивных и пострепродуктивных особей. Количественно возрастная структура у животных описывается с помощью возрастных пирамид. По их форме можно дать прогноз изменения численности популяции в будущем. Этологическая (поведенческая) структура — это соотношение особей, различающихся по комплексу поведенческих реакций. В большинстве случаев она проявляется, когда особи объединяются в социальные группы — семьи, колонии, стаи, стада.
Проверим знания
1. Назовите типы возрастных групп особей в популяциях. Чем они отличаются друг от друга?
2. Как тип возрастной структуры влияет на рост численности популяций? Составьте прогноз для роста численности популяций с разными возрастными пирамидами.
3. Приведите примеры разных типов этологической структуры в социальных группах животных.
4. Что дает особям объединение в социальные группы? Ответ продемонстрируйте на примере конкретных социальных групп.
1. Какое значение для хозяйственной и природоохранной деятельности человека имеет определение возрастной структуры популяций? Приведите примеры, где может использоваться информация о возрастной структуре популяций.
2. Две популяции промысловых рыб обитают в разных водоемах и имеют разную возрастную структуру: у одной популяции возрастная пирамида с широким основанием, а у другой — с узким. Составьте план мероприятий по нормализации возрастной структуры данных популяций.
3. Две популяции северных оленей оказались в разных условиях среды, что повлияло на их возрастную структуру. В первой популяции было 140 предрепродуктивных особей, 80 особей репродуктивного и 40 особей пострепродуктивного возраста. Во второй популяции оказалось 60 предрепродуктивных, 140 репродуктивных и 80 пострепродуктивных особей. Постройте возрастные пирамиды, используя масштаб: 1 см = 20 особей. Дайте прогноз на будущее этих популяций. Укажите, какие действия в отношении каждой из популяций должен предпринять человек, чтобы они сохранили свое существование.
Индивидуальное домашнее задание. Используя доступную статистическую информацию о возрастном составе популяций нескольких видов охраняемых или промысловых животных, постройте их возрастные пирамиды. Составьте для данных популяций экологический прогноз и примерный план мероприятий по поддержанию их численности на оптимальном уровне.
Возрастная структура популяций
Возрастная структура популяций
Возрастная структура популяции характеризует общее количество представленных в ней возрастных групп и соотношение их численности или общей массы присутствующих в группе организмов (биомассы). Такое соотношение называют обычно возрастным распределением (то есть распределением численности по возрастным группам) или возрастным спектром популяции.
Как это было показано на примере, обсуждавшемся в предыдущем разделе, возрастной спектр связан с интенсивностью смертности организмов. Кроме того, он зависит также и от величины рождаемости, поскольку последней определяется величина приплода.
Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они контролируют процессы и рождаемости, и смертности.
Анализ возрастной структуры популяций и выделение возрастных групп у растений и животных производится по-разному. У растения календарный возраст (число лет) и возрастное состояние (этап развития организма) не тождественны. Также не тождественны они и у некоторых животных, например у насекомых.
В жизненном цикле растений выделяют около десяти возрастных состояний, объединенных в четыре периода: период покоя (семена), вегетативный (молодые неплодоносящие растения), генеративный, или период зрелости (плодоносящие растения) и сенильный, или старческий (отмирающие растения).
У позвоночных возрастная группа, как правило, означает группу животных одного и того же календарного возраста. Популяция может быть представлена особями одного календарного возраста, двух, трех и более. Так, например, популяция снетка (мелкой озерной рыбки) целиком состоит из особей одной возрастной группы. К концу первого года жизни они начинают размножаться, а после нереста погибают. Новое поколение в конце первого года жизни даст начало следующему и так далее.
Значение исследований возрастной структуры популяций
По возрастному спектру оцениваются способность популяции к самоподдержанию численности и ее устойчивость к внешним воздействиям. Чем сложнее возрастной спектр, тем устойчивее воспроизводство популяции.
Анализ возрастной структуры позволяет прогнозировать численность популяции на ряд ближайших лет, что применяется, к примеру, для оценки возможностей промысла рыбы в охотничьем хозяйстве, в некоторых зоологических исследованиях.
Особенностями возрастной структуры определяются многие свойства популяции как системы. Популяция, включающая в себя множество возрастных групп, в меньшей степени подвержена влиянию факторов, определяющих успешность размножения. Ведь даже крайне неблагоприятные условия размножения, способные приводить к полной гибели приплода того или иного года, не являются катастрофическими для популяции сложной структуры, поскольку одни и те же родительские пары участвуют в воспроизводстве много раз.
Например, одна и та же самка трески нерестится ежегодно в течение 9 лет (с шестилетнего до пятнадцатилетнего возраста). Самка горбуши нерестится в возрасте 2 лет и сразу же после нереста погибает. Очевидно, что возникновение неблагоприятных условий для нереста горбуши (и связанное с этим снижение численности приплода) сразу же вызовет значительное сокращение численности всей популяции. Это произойдет в силу того, что большая ее часть представлена молодыми рыбами, появившимися на свет в текущем году.
Многовозрастные популяции (как у трески) гораздо менее чувствительны по отношению к факторам, оказывающим воздействие на отдельные популяционные подгруппы (например, на молодь). Ведь численность молоди составляет сравнительно небольшую долю от общей численности популяции. Вместе с тем любое воздействие, приводящее к заметному изменению численности отдельной возрастной группы, остается заметным и влияет на состав многовозрастной популяции в течение гораздо более длительного времени.
Половая структура отражает соотношение полов популяции; этот показатель особенно важен для видов с преобладающим половым размножением. Возраст и условия наступления половой зрелости самцов и самок оказывают существенное влияние на поддержание численности популяции.
Самцы и самки нередко по-разному проявляют себя в сообществе через своеобразное питание, ритм жизни и поведение. Например, самки многих комаров, некоторых клещей и мошек являются кровососущими. Самцы же питаются нектаром. Из-за своих сравнительно малых размеров самка куницы оказывается более всеядной по сравнению с самцом, в рационе которого преобладают белки и крупные птицы.
Возрастная структура отражает не только соотношение различных возрастных групп в популяции, но и то, как меняется это соотношение в разные сезоны года, при смене биогеоценозов; определяет, какова скорость обновления популяции и каково взаимодействие возрастных групп с окружающей средой..
Популяция как основная структурная единица вида
Вопрос 2. Как вы думаете, почему нельзя изучить все признаки и свойства популяции или вида на примере одной особи?
Признаки и свойства популяции или вида — это признаки и свойства группы особей, а не отдельной особи, т.е. они характерны для большинства особей совокупности. Отдельная особь может не обладать некоторыми признаками или, напротив, нести нетипичные для популяции (вида) черты. Например, кролик альбинос имеет нехарактерную окраску, а особь, родившаяся с дефектом сетчатки, теряет некоторые присущие виду признаки (например, способность различать цвета).
Очевидно также, что, изучая мужскую особь, мы далеко не всегда сможем предугадать характеристики самки, а по строению личинки часто сложно судить о взрослом организме. Наконец, многие видоспецифичные признаки (в первую очередь особенности поведения) проявляются только при взаимодействии нескольких особей.
Вопрос 4. От чего зависит возрастная структура популяции?
Возрастная структура популяции. Этот аспект структуры популяций определяется соотношением различных возрастных групп (когорт) организмов в составе популяции. Возраст отражает, с одной стороны, время существования данной когорты в популяции, и в этом аспекте имеет значение абсолютный (календарный) возраст организмов. С другой стороны, возраст есть отражение онтогенеза; в этом аспекте большее значение имеет не календарный, а биологический возраст, определяющий стадийное состояние организмов, а вместе с тем их роль в популяционных процессах (продукция биомассы, участие в размножении и т. п.).
Возрастная структура популяции зависит от продолжительности жизни и частоты размножения отдельных особей. У однолетних растений в популяции все особи одного возраста. С другой стороны, популяция, состоящая из нескольких поколений, может иметь очень сложную структуру, на которую накладывают отпечаток климатические процессы, стихийные бедствия, эпидемии и др. Иногда возрастная структура популяции определяется физиологическими особенностями вида, например размножением и последующей гибелью в строго определенный момент онтогенеза.
Вопрос 5. У каких популяций не определяется половая структура?
Говорить о половой структуре популяции можно только и отношении видов с полной бисексуальностью; в первую очередь это относится к высшим группам животных. У растений половая дифференциация особей имеет не столь важное значение: во-первых, у них велика значимость вегетативного размножения, а во-вторых, для большинства видов свойственна либо двуполость цветков, либо однодомность; раздельнополые (двудомные) цветковые растения составляют ис более 5 % от общего числа современных видов. У таких видов раздельнополые особи могут отличаться не только строением цветков, но и особенностями морфологии вегетативного тела, сроками наступления генеративного периода (у мужских растений — на 1—2 года раньше). В силу этого в онтогенезе популяции в молодом генеративном состоянии преобладают мужские особи, а среди средневозрастных и старших генеративных растений соотношение полов выравнивается и даже несколько сдвигается в сторону преобладания женских особей. У некоторых видов часть особей в начале генеративного периода продуцирует только женские генеративные органы, а к возрасту масимального плодоношения они становятся двуполыми. В целом же в популяционной экологии растений половой структуре не придается сколько-нибудь существенного значения. Половая структура не определяется у популяций животных-гермафродитов, например у моллюсков и дождевых червей.
Глава 1. Структура и функции биосферы
О.А. Барабанова, И.Н. Безкоровайная, Е.Б. Бухарова [и др.]
Экология: курс лекций
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. – 325 с.
Глава 1. Структура и функции биосферы
Лекция 5. Популяция
5.3. Структура популяции
Возрастная и половая структура. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. На соотношение их влияют общая продолжительность жизни, время достижения половой зрелости, интенсивность размножения – особенности, вырабатываемые в процессе эволюции, как приспособления к определенным условиям.
По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: пререпродуктивный, репродуктивный, пострепродуктивный.
Следствием правила максимальной плодовитости (рождаемости) популяции служит правило стабильности возрастной структуры: любая естественная популяция стремится к стабильной возрастной структуре, четкому количественному распределению особей по возрастам. Это правило сформулировано А. Лоткой в 1925 г. и приложимо лишь к высшим организмам с возрастной структурой популяции. Это правило дополняется правилом стабильности соотношения полов и в совокупности они составляют правило стабильности половозрастной структуры популяции.
Для описания возрастной структуры в популяции выделяют возраст-ные группы, состоящие из организмов одного возраста, и оценивают численность каждой из этих групп. Результаты представляют в виде диаграмм или пирамиды (рис. 5).
Рис. 5. Возрастные пирамиды: а – популяции с высокой численностью, %, молодых особей; б – популяции с умеренной численностью, %, молодых особей; в – популяции с малой численностью, %, молодых особей (по Ю. Одуму, 1986)
Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1. Но в силу разной жизнеспособности мужского и женского организмов это первичное соотношение нередко отличается от вторичного (при рождении) и третичного (для взрослых особей). У человека вторичное соотношение полов – 100 девочек на 106 мальчиков, к 16–18 годам выравнивается и к 50 годам может составлять 100 к 85.
Для разных видов соотношение полов может очень различаться, и у некоторых видов пол определяется и генетическими, и экологическими факторами.
Экологическая структура популяции – не только подразделенность по полу и возрасту, но и на группы особей, находящихся в специфических связях с окружающей средой. Иными словами, экологическая структура – различия между особями по экологически м свойствам в популяции. Так, известно, что пищевые спектры самцов и самок особей разных возрастных групп различны, поэтому можно говорить о трофическом полиморфизме особей в популяции. Например, исследование биологии якутского подвида соболя показало, что осенью самцы и самки питаются полевками, более крупными млекопитающими и птицами, но при этом самцы соболя чаще используют в пищу рыбу, а самки – мышевидных грызунов. В конце зимы у самок соболя рацион становится более разнообразным, чем у самцов.
Кроме того, избегание хищников особями зависит от возраста, опыта, здоровья особей. В популяции можно выделять группировки особей по особенностям двигательной активности и, как следствие, по интенсивности использования территории.
В популяции всегда есть различия между группами особей и по фенологии, т. е. по срокам выхода, например, из спячки, диапаузы и т. д., вплоть до появления сезонных рас у растений.
Таким образом, структурированность – непременная черта любой популяции. Любое усложнение экологической структуры популяции является адаптацией, позволяет более дифференцированно использовать природную среду.
Кратко рассмотренные структурные характеристики популяции не статичны, а изменяются в процессе ее существования. Изменения касаются и величины ареала популяции, и численности особей ее составляющих.