ОСНОВИ Екологія популяції
Розділ 8. РЕГУЛЮВАННЯ ЧИСЕЛЬНОСТІ ПОПУЛЯЦІЇ
Основні терміни і поняття: регуляція, стабільність популяції, що модифікують і регулюючі чинники, інформаційні зв'язки, резорбція, ємність середовища, опір середовища.
Популяція розвивається в напрямку досягнення стану стабільності і саморегуляції.
Регуляція росту популяції - це прагнення до відновлення величини, яка відповідає стану рівноваги.
Стабільність популяції - це прагнення зберегти свій відповідний розмір постійним.
Регуляція чисельності особин популяції здійснюється в межах тієї екосистеми, в яку вона входить. У простих за своєю структурою екосистемах, які піддаються впливу незвичайних або нерегульованих зовнішніх факторів, чисельність популяції залежить від погоди, стихійних явищ, забруднення середовища тощо. В екосистемах зі складною структурою регуляція здійснюється за рахунок біологічних факторів і биоценотических зв'язків.
Негативний вплив модифікуючих факторів знижує чисельність популяції і може стати причиною повного її зникнення. Несприятлива погода (сувора зима, ураган, посуха, повені, лісові та торф'яні пожежі) можуть знищити значну частину особин популяції незалежно від її щільності (рис. 8.1).
Мал. 8.1. Динаміка чисельності чапель (Ardeacinerea) в Англії і Уельсі (за кількістю зайнятих гнізд) в залежності від змін умов середовища.
У суворі зими чисельність чапель помітно зменшується, оскільки вони не можуть добути достатню кількість риби, коли ставки і озера замерзають.
Фактори, які знаходяться в прямій залежності від щільності популяції, називають регулюючими. Вони не тільки змінюють, але і будуть регулювати чисельність популяції і самі зазнають певних змін. Ці фактори вважаються одним з головних механізмів, які запобігають
перенаселення і сприяють встановленню стійкої рівноваги. До регулюючим відносяться ті біотичні фактори, механізм дії яких виражається через конкуренцію, хижацтво, паразитизм (рис. 8.2). Зокрема, важливе значення мають інформаційні зв'язки. При надмірній щільності популяції в ній спостерігається зниження інтенсивності розмноження, підвищується смертність молодняка, зменшується кількість самок, які беруть участь в розмноженні. У деяких видів ссавців відбувається розсмоктування ембріонів - резорбція; у птахів знижується несучість.
Мал. 8.2. Пороги і зони активності основних механізмів регуляції чисельності комах (по Г.А.Вікторовим, 1967).
Одним з факторів, який обмежує чисельність популяції, є хижацтво. Спеціалізований хижак, який харчується тільки одним видом жертви, може утримувати чисельність популяції протягом певного часу на дуже низькому рівні.
Неспеціалізовані хижаки, жертвами яких є тварини різних видів, легко переключаються з одного виду на інший. мають менший вплив на чисельність популяції кожного з цих видів. Такими є вовки, лисиці, тигри, леви, рись і ін.).
Найчастіше в природі чисельність популяції регулюють спеціалізовані хижаки, а неспеціалізовані грають тільки допоміжну роль.
Аналогічний механізм регуляції чисельності популяції властивий паразитам. Різко знизити чисельність своїх господарів здатні спеціалізовані паразити з високим репродуктивним потенціалом. До таких відносяться збудники захворювань.
Оскільки члени кожної популяції займають одну і ту ж екологічну нішу, вони однаковим способом використовують одні і ті ж ресурси, тому між ними виникає внутрішньопопуляційнаборьба. Її наслідком є скорочення чисельності популяції. Конкуренція між популяціями різних видів проявляється в двох аспектах: пасивне використання різними видами одних і тих же ресурсів і безпосереднє пригнічення одного конкуруючого виду іншим.
Іноді міжвидової конкуренція може бути такою гострою, що один з видів вимирає.
Отже, конкуренція за простір, їжу та інші жіттєвонеобхідні ресурси є лімітуючим фактором, який визначає максимальну щільність популяції. Якщо вона з якихось причин впаде нижче допустимого рівня, тоді спостерігається зростання кількості молодих статевозрілих особин, і чисельність популяції знову відновлюється. Сильна конкуренція найчастіше спостерігається там, де контакт між популяціями встановився недавно, або, коли в екосистемі відбулися значні або раптові зміни. Тому непродумане або раптове втручання людини в природу нерідко призводить до небажаних наслідків.
Регуляція чисельності популяції, можливих сильних коливань має важливе значення для її розвитку та сталого функціонування в межах екосистеми. Природним відбором закріплені найрізноманітніші регуляторні механізми, які перешкоджають катастрофічно високому збільшення чисельності популяції. Механізми регуляції росту популяції не спрацьовують в тому випадку, коли вид інтродукується на нову територію, де є ресурси, які ще не використовувалися, і відсутні негативні відносини його з іншими видами. Таку ситуацію спостерігають в модельних системах типу "хижак-жертва", "паразит-господар" і описують рівнянням Лотки-Вольтерра.
Так, в експериментальній мікросістемі паразит-господар сильні коливання чисельності спостерігалися в разі, коли господаря і паразита поміщали разом в обмежене штучне середовище. Коли обидва ці види попередньо протягом двох років існували спільно і їх чисельність піддавалася сильним коливанням, у них виробився екологічний гомеостаз, чисельність стабілізувалася на певному рівні.
У природі негативні відносини видів теж зменшуються, якщо екосистема є досить стабільною і її просторова структура забезпечує можливість взаємного пристосування популяцій різних видів. Однак, в реальному світі зустрічаються випадки, коли така взаємна адаптація їх в нових угрупованнях не проводиться. Тому зберігається загроза, що негативна взаємодія може стати причиною вимирання однієї з популяцій або навіть виду.
Таких прикладів чимало. Якщо підрахувати хвороби, види паразитів і комах-шкідників, які завдають величезної шкоди сільському господарству, і найбільш небезпечних для людини, то виявиться, що в більшості випадків винна сама людина, який багатьох з них занесла на нові території, де вони легко знайшли нового господаря або жертву і успішно розвиваються.
З цього можна зробити висновок, що епідемії, епізоотії, епіфітотії часто викликаються:
- раптовим або швидким вселенням організмів з високим репродуктивним потенціалом в екосистему, в якій відсутні або слабо діють механізми регуляції його чисельності;
- різкими або дуже сильними змінами середовища, які певним чином порушують здатність екосистеми до саморегуляції;
- в багатьох випадках причиною є людина, яка порушує природну рівновагу і взаємозв'язку між популяціями в екосистемах швидко і в значних масштабах.
Отже, необхідно уникати створення в екосистемах нових негативних взаємодій, не порушувати різко їх структуру і рівновагу.
Особливу зацікавленість викликають організми, що займають проміжне положення між хижаками і паразитами. Людина навчилася штучно розводити деяких паразитичних комах і використовувати їх для регуляції різких спалахів комах-шкідників. Біологічні методи боротьби, зокрема використання паразитів, повинні стати основними. Спроби використовувати з цією метою великих неспеціалізованих хижаків виявилися безуспішними.
Вивчення взаємодії паразитів і господаря, механізмів регуляції їх чисельності, методів негативних впливів на чисельність паразитів, їх розвиток і поширення мають безпосереднє практичне значення для медицини.
Визначальним фактором, що лімітує зростання чисельності популяції є ємність среди.Она визначається числом особин, яких дана середовище може забезпечити жіттєвонеобхіднімі ресурсами протягом тривалого періоду.
Сукупність факторів, що лімітують, які обмежують зростання популяції, називають опором середовища (рис. 8.3).
Рівновага в природних популяціях підтримується в межах певного середнього діапазону. Це пов'язано з тим, що фактори опірності середовища залежать від щільності популяції. Якщо щільність зростає, опір середовища збільшується, у зв'язку з цим збільшується смертність і зростання чисельності припиняється або навіть починає знижуватися. Зі зменшенням щільності популяції опір середовища і його ємність є основними лімітуючімі факторами росту популяції. На особливу увагу заслуговує вивчення механізму регуляції чисельності популяцій, яким загрожує вимирання. Особливо це стосується видів, які представлені лише однією популяцією. Різкий спад чисельності популяції таких видів може призвести до повного їх зникнення.
Мал. 8.3. Лімітуючим чинником зростання популяції.
За популяційнім спалахом внаслідок дії опору середовища зростає смертність. Крива чисельності виходить на плато, або навіть різко йде вниз, якщо популяційний вибух чисельності викликав виснаження життєво необхідних ресурсів території (екосистеми).
Важливим регулюючим фактором чисельності є антропогенний вплив - стихійна і цілеспрямована діяльність людини. Вона може проявлятися в безпосередньому знищенні певної частини особин популяції або в руйнуванні середовища їх проживання або зміні його. В культурних екосистемах регулюючий вплив людського фактора на чисельність популяції спрямований на створення оптимальних умов для росту культурних рослин.
Динаміку чисельності популяції і механізми її регуляції важливо знати для того, щоб управляти розвитком популяцій і визначати норми їх експлуатації без шкоди для них і виду. Щоб зберегти популяцію, особливо це стосується цінних і нечисленних видів, необхідно обмежити її використання, вилучаючи таку кількість особин, яка не порушить репродуктивну здатність популяції.
Показники, що свідчать про загрозу вимирання видів тварин
Чисельність популяції в природі залежить від комплексу багатьох абіотичних і біотичних факторів. Ті з них, що обмежують зростання популяції, називають лімітуючімі. Сукупність факторів, що лімітують називають опором середовища.
У природних популяціях чисельність підтримується в межах середньої. Щоб чисельність лишалася незмінною, в середньому, від кожної пари має виживати за два нащадки і доживати до репродуктивного віку. У разі, коли чисельність популяції різко зростає, в дію вступають природні механізми регуляції і зростає вплив факторів, що лімітують (знижується народжуваність, зростає смертність, зростає вплив внутрішньовидової конкуренції, чисельність спеціалізованих хижаків, паразитів, опірність середовища, зменшується його ємність тощо). Протилежне дію матимуть ці фактори в разі спаду чисельності популяції. На її зростання впливають стимулюючі чинники, які проявляються відповідно в підвищенні народжуваності і зниження смертності, повної реалізації біотичного потенціалу, зниження обмежує впливу хижаків, опірності середовища. Підвищується здатність до розселення і освоєння нових територій, вселення особин з інших популяцій цього виду, а також стійкість до несприятливих умов і здатність до виживання в них. Вони сприяють відновленню чисельності популяції.
Регуляція чисельності популяції, її сильних коливань є неодмінною умовою їх функціонування і розвитку і збереження виду.
В даний час особливим фактором, здатним різко змінити чисельність популяції, є антропогенний (різка зміна середовища проживання, екстенсивна експлуатація, акліматизація і інтродукція нових видів).
1. Що треба розуміти під регуляцією і стабільністю чисельності популяції?
2. Що таке модифікують і регулюючі чинники?
3. Назвіть фактори, які обмежують зростання популяції?
4. Які механізми спрацьовують в разі надмірної щільності?
5. Які фактори і механізми сприяють відновленню чисельності популяції?
6. У чому проявляється вплив людини на популяцію?
7. Який з наведених нижче факторів з найменшою вірогідністю може залежати від щільності популяції і обмежує її чисельність: а) паразитизм; б) накопичення відходів; в) хижацтво; г) сувора зима; д) конкуренція.
8. Чисельність популяції з року в рік залишається незмінною за умови, що: а) щороку гине приблизно однакове число особин; б) організми розмножуються інтенсивно при меншій щільності популяції, ніж при більшій; в) різні фактори середовища протидіють високому репродуктивному потенціалу; г) організми припиняють розмноження після того, як чисельність популяції перевищить середній рівень.
Виберіть потрібні фактори.
9. Популяція може рости експоненціально. а) якщо єдиним обмежуючим фактором є їжа;
б) якщо вперше потрапляє в сприятливе незайняте середовище; в) тільки в разі відсутності хижаків; г) тільки в лабораторії.
Виберіть потрібні фактори.
10. Якщо вам доведеться розробляти програму біологічної боротьби з якимось конкретним шкідником, то ви виберете спеціалізованого або неспеціалізованого хижака?
11. Що означають поняття: ємність середовища і опір середовища?