1. Поняття чисельності популяцій
2. Коливання чисельності популяцій
Популяція (від лат. - populus - народ, населення) - одне з центральних понять в екології і позначає сукупність особин одного виду, яка володіє загальним генофондом і має загальну територію. Вона є першою надорганізменну біологічною системою. Основною властивістю популяцій, як і інших біологічних систем є те, що вони знаходяться в безперервному русі, постійно змінюються. Це відбивається на всіх параметрах: продуктивності, стійкості, структурі, розподілі в просторі.
До числа найважливіших властивостей популяцій відноситься динаміка властивою їм чисельності особин і механізми її регулювання. Будь-яке значне відхилення чисельності особин в популяціях від оптимальної пов'язано з негативними наслідками для її існування. У зв'язку з цим популяції зазвичай мають адаптаційні механізми, що сприяють як зниження чисельності, якщо вона значно перевищує оптимальну, так і її відновленню, якщо вона зменшується нижче оптимальних значень.
Зміна чисельності супроводжується перебудовою вікової структури. Коли чисельність збільшується, що відбувається при наявності достатньої кількості необхідних ресурсів (їжі, простору), відзначається зростання частки молодих особин. Зростання чисельності популяції в кінцевому рахунку призводить до зменшення ресурсів, необхідних особинам. Спад чисельності супроводжується зменшенням частки особин молодших вікових груп і підвищенням смертності і триває аж до настання наступного сприятливого періоду, який зумовлює чергове збільшення чисельності. Актуальність даної теми полягає в тому, що необхідно комплексне вивчення таких серйозних показників екології, як коливання чисельності популяцій, адже серйозні їх відхилення можуть привести до зникнення цілих видів.
1. Поняття чисельності популяцій
Чисельність популяції - це загальна кількість особин енної виду, присутнє на тій чи іншій території. Наприклад, популяція уссурійського тигра налічує близько 300 особин, ладожской нерпи - близько 10 тис. Азіатського лева - близько 70 особин, зубрів - близько 2 тис.
Чисельність популяції - важлива екологічна характеристика популяції. Число особин в популяції має величезне еволюційне значення. Але важлива не загальна чисельність особин в популяції, а ефективна чисельність - репродуктивна чисельність - та частина популяції, яка формує генофонд наступного покоління (генетично ефективна величина).
Для людини ефективна чисельність дорівнює 45, для будинкової миші - 10, для комара аёдес і дрозофіли - 500, для молюска Ціпі немораліс - 230, для мокриці (сухопутного раку) - 19 особин.
Після досягнення заключної фази зростання розміри популяції продовжують коливатися від покоління до покоління навколо якоїсь більш-менш постійної величини. При цьому чисельність одних видів змінюється нерегулярно з великою амплітудою коливань (комахи-шкідники, бур'яни), коливання чисельності інших (наприклад, дрібних ссавців) мають відносно постійний період, а в популяціях третє видів чисельність коливається від року до року незначно (довгоживучі великі хребетні і деревні рослини).
У природі в основному зустрічаються три види кривих зміни чисельності популяції: відносно стабільний, стрибкоподібний і циклічний Види, у яких чисельність з року в рік знаходиться на рівні підтримує ємності середовища, мають досить стабільні популяції. Така сталість характерно для багатьох видів дикої природи і зустрічається, наприклад, в незайманих тропічних вологих лісах, де середньорічна кількість опадів і температура змінюються з кожним днем і з року в рік вкрай мало.
У інших видів коливання чисельності популяцій носять правильний циклічний характер.
Ряд видів, таких, як єнот, в основному мають досить стабільні популяції, проте час від часу їх чисельність різко зростає (підскакує) до найвищого значення, а потім різко падає до деякого низького, але відносно стабільного рівня. Ці види відносять до популяцій зі стрибкоподібним зростанням чисельності Раптове збільшення чисельності відбувається при тимчасовому підвищенні ємності середовища для даної популяції і може бути пов'язано з поліпшенням кліматичних умов (факторів) і харчування або різким зменшенням чисельності хижаків (включаючи мисливців). Після перевищення нової, більш високої ємності середовища в популяції зростає смертність і її розміри різко скорочуються.
Протягом історії в різних країнах не раз спостерігалися випадки краху популяцій людини, наприклад, в Ірландії в 1845 р коли в результаті зараження грибком загинув весь урожай картоплі. Оскільки раціон харчування ірландців сильно залежав від картоплі, До 1900 р половина восьмимільйонного населення Ірландії померла від голоду або емігрувала в інші країни.
Сучасна концепція автоматичного регулювання чисельності популяцій базується на поєднанні двох принципово різних явищ: модифікацій, або випадкових коливань чисельності, і регуляцій, що діють за принципом кібернетичної зворотного зв'язку та що нівелюють коливання. Відповідно до цього виділяють модифікують (незалежні від щільності популяції) і регулюючі (залежні від щільності популяції) екологічні фактори, причому перші з них впливають на організми або безпосередньо, або через зміни інших компонентів біоценозу. По суті, модифікують чинники є різні абіотичні чинники. Регулюючі чинники пов'язані з існуванням і активністю живих організмів (біотичні чинники), оскільки лише живі істоти здатні реагувати на щільність своєї популяції і популяцій інших видів за принципом негативного зворотного зв'язку. Якщо впливу модифікуючих факторів призводять лише до перетворень (модифікаціям) коливань чисельності, не усуваючи їх, то регулюючі чинники, вирівнюючи випадкові відхилення, стабілізують (регулюють) чисельність на певному рівні. Однак на різних рівнях чисельності популяції регулюючі чинники принципово різні. При досягненні популяцією жертви ще більш високої чисельності створюються умови для поширення хвороб і, нарешті, граничний фактор регуляції - внутрішньовидова конкуренція, яка веде до вичерпання доступних ресурсів і розвитку стресових реакцій в популяції жертви.
Таким чином, щоб отримати вичерпну інформацію про те, які фактори викликають коливання чисельності, теоретично потрібні дані про фізико-хімічних умовах, забезпеченості ресурсами, життєвому циклі цих організмів і вплив конкурентів, хижаків, паразитів і т.д. причому потрібно знати, як всі ці фактори впливають на народжуваність, смертність і міграцію.
Загальна зміна чисельності природної популяції визначається такими процесами, як народжуваність, смертність та міграція особин.
Народжуваність розрізняють абсолютну і питому. Абсолютна народжуваність - це кількість нових особин, що з'явилися за одиницю часу, а питома - те ж саме кількість, але віднесене до певного числа особин. Наприклад, показником народжуваності людини служить число дітей, народжених на 1000 чоловік протягом року. Народжуваність визначається багатьма факторами: умовами середовища, наявністю їжі, біологією виду (швидкість статевого дозрівання, кількість генерацій протягом сезону, співвідношення самців і самок в популяції). Згідно з правилом максимальної народжуваності (відтворення) в ідеальних умовах в популяціях з'являється максимально можливу кількість нових особин; народжуваність обмежується фізіологічними особливостями виду.
Смертність, як і народжуваність, буває абсолютної (кількість особин, які загинули за певний час), так і питомої. Вона характеризує швидкість зниження чисельності популяції від загибелі через хвороби, старості, хижаків, нестачі корму, і грає головну роль в динаміці чисельності популяції.
Розрізняють три типи смертності: однаковий на всіх стадіях розвитку - зустрічається рідко, в оптимальних умовах; підвищена смертність в ранньому віці - характерна для більшості видів рослин і тварин (у дерев до віку зрілості доживає менш 1% сходів, у риб - 1-2% малюків, у комах - менш 0,5% личинок); висока смерть в старості - зазвичай спостерігається у тварин, чиї личинкові стадії проходять в сприятливих мало змінюються: грунті, деревині, живих організмах.
2. Коливання чисельності популяцій
При сприятливих умовах в популяціях спостерігається зростання чисельності і може бути настільки стрімким, що призводить до популяційному вибуху. Сукупність усіх факторів які сприяють зростанню чисельності називається біотичних потенціалом. Він досить високий для різних видів, але ймовірність досягнення популяцією межі чисельності в природних умовах низька, т.к цьому протистоять лімітують (обмежують) фактори. Сукупність факторів, що лімітують ріст чисельності популяції, називають опором середовища. Стан рівноваги між біотичних потенціалом виду і опором середовища підтримує сталість чисельності популяції отримало назву гомеостазу або динамічної рівноваги. При порушенні його відбуваються коливання чисельності популяції, тобто її зміни.
Розрізняють періодичні і неперіодичні коливання чисельності популяцій. Перші здійснюються протягом сезону або декількох років (4 роки - періодичний цикл плодоношення кедра, підйому чисельності лемінга, песця, полярної сови; через рік плодоносять яблуні на садових ділянках), другі - це спалаху масового розмноження деяких шкідників корисних рослин, при порушеннях умов середовища проживання (посухи, незвично холодні або теплі зими, занадто дощові сезони вегетації), непередбачені міграції в нові місця проживання. Періодичні та неперіодичні коливання чисельності популяцій під впливом біотичних і абіотичних факторів середовища, властиві всім популяціям, іменуються популяційних хвилями.
Будь-яка популяція володіє строго певною структурою: генетичної, статево-віковою, просторової і ін. Але вона не може складатися з меншої кількості особин, ніж необхідно для стабільного розвитку і стійкості популяції до факторів зовнішнього середовища. У цьому полягає принцип мінімального розміру популяцій. Небажані будь-які відхилення параметрів популяцій від оптимальних, але якщо надмірно високі значення їх не становлять прямої небезпеки для існування виду, то зниження до мінімального рівня, особливо чисельності популяції, становлять загрозу для виду.
Однак поряд з принципом мінімального розміру популяцій є і принцип (правило) популяційного максимуму. Воно полягає в тому, що популяція не може збільшуватися нескінченно. Лише теоретично вона здатна до необмеженого росту чисельності.
Відповідно до теорії Х.Г. Андреварти - Л.К. Бірча (1954) - теорія лімітів популяційної чисельності, - чисельність природних популяцій обмежена виснаженням харчових ресурсів і умов розмноження, недоступністю цих ресурсів, занадто коротким періодом прискорення росту популяції. Теорія "лімітів" доповнюється теорією биоценотические регуляції чисельності популяції К. Фредерікса (1927): зростання чисельності популяції обмежується впливом комплексу абіотичних і біотичних факторів середовища.
Фактори або причини коливання чисельності:
достатні запаси їжі і її недолік;
конкуренція кількох популяцій через одну екологічної ніші;
взаємини між популяціями хижака і жертви, господаря і паразита;
зовнішні (абіотичні) умови середовища: гідротермічний режим, освітленість, кислотність, аерація і ін.
Флуктуації (відхилення) чисельності викликаються самими різними причинами. І вони не завжди однакові для різних видів. Періодичні коливання чисельності популяцій, що мають 10-11-річний період, пояснюються періодичністю активності Сонця: кількість плям на Сонці змінюється з періодом в 11 років. Кількість корму є причина флуктуації у сибірського шовкопряда: він дає спалах після сухого теплого літа. Може викликати спалах чисельності і збіг багатьох обставин. Наприклад, біля берегів Флориди спостерігаються "червоні припливи". Вони неперіодичних і для їх прояву необхідні такі події: рясні зливи, змивають з суші мікроелементи (залізо, цинк, кобальт - їх концентрація повинна збігатися до десятитисячного частки відсотка), знижена солоність поди, певна температура і затишність біля берега. При таких умовах водорості дінофлагелляти починають інтенсивно ділитися. Теоретично з однієї одноклітинної дінофлагелляти в результаті 25 послідовних поділів можуть відбутися 33 млн. Особин. Вода від них стає червоною. Дінофлагелляти виділяють в воду смертоносну отруту, що викликає параліч, а потім загибель риби та інших мешканців моря.
Людина може своєю діяльністю викликати спалах чисельності деяких популяцій. Результатом антропічний впливу є зростання чисельності сисних комах (попелиць, клопів і ін.) Після обробки полів інсектицидами, які знищують їх ворогів. Завдяки людині кролики і кактус опунція в Австралії, хатні горобці і непарний шовкопряд в Північній Америці, колорадський жук і філоксера в Європі, канадська елодея, американська норка і ондатра в Євразії дали неймовірні спалаху чисельності після потрапляння на ці нові для них території, де не було їх ворогів.
Різкі неперіодичні коливання чисельності можуть виникати внаслідок природних катастроф. Наприклад, на згарищах звичайні спалаху чисельності іван-чаю і пов'язаного з ним спільноти комах. Багаторічна посуха перетворює болото в луг і викликає зростання чисельності членів біоценозу луки.
"Хвилі життя" зникають за рахунок появи великої кількості хижаків, паразитів, виникнення епізоотії, зміни абіотичних умов.
Еволюційне значення популяційних хвиль в тому, що вони:
змінюють частоти алелей (нечисленні на піку хвилі можуть проявитися фенотипно, а на спаді - зникнути з генофонду);
на піку хвилі ізольовані популяції зливаються, зростає міграція і панмиксия, зростає гетерогенність генофонду;
популяційні хвилі змінюють інтенсивність природного відбору і його напрямок.
Таким чином, популяції схильні до дії комплексу абіотичних і біотичних факторів, які приводять в дію механізми регуляції їх чисельності. Тому в непорушення діяльністю людини природних співтовариствах рідко відбувається нестримне зростання чисельності, вичерпання ресурсів і загибель популяцій.
Чисельність природних популяцій не залишається постійною, так як мінливі умови навколишнього середовища. Діапазон мінливості чисельності різний у різних видів. Він обумовлений ступенем мінливості умов середовища проживання, а також біологічними особливостями конкретного виду.
Чисельність особин виду мають велике значення для його виживання. Багато видів можуть нормально розмножуватися тільки тоді, коли вони живуть досить численною групою. Так, баклан нормально живе і розмножується, якщо в його колонії налічується не менше 10 тис. Особин. Принцип мінімального розміру популяції пояснює, чому рідкісні види важко врятувати від зникнення. Спільне життя полегшує пошуки їжі і боротьбу з ворогами. Так, тільки зграя вовків може зловити здобич великих розмірів, а стадо коней і бізонів може успішно оборонятися від хижаків.
У той же час надмірне збільшення чисельності особин одного виду призводить до перенаселення співтовариства, загострення конкуренції за територію, їжу, лідерство в групі.
вода, температура, поживні речовини. Лімітують факторами водних екосистем є солоність, освітленість, температура і наявність кисню. 2. Вплив екологічних факторів на динаміку чисельності 2.1 Поняття динаміки чисельності В природі не зазначено жодної популяції, яка залишалася б стабільною навіть протягом короткого відрізка часу. Залежно від.
Беринговому морі, на о-ві Тюленячий в Охотському морі, на о-вах Пастки і Середнього Великий Курильської гряди і на о-ві Сен-Мігуель поблизу Каліфорнії. Біологія виду В роді північні морські котики (Callorhinus) вид північний морський котик (Callorhinus ursinus) - єдиний. Статевий диморфізм різко виражений: довжина тіла самця до 2,1 м, маса до 300 кг, самки - відповідно до 1,5 м і 65 кг. Статура.
навіть при постійних умовах життя. Сліди прояви різних дій регуляторних факторів досить часто виявляються в динаміці тих популяцій, для яких властиві циклічні коливання чисельності. Біотичних ВЗАЄМОВІДНОСИНИ ОРГАНІЗМІВ У природі кожен організм живе не ізольовано. Його оточує безліч інших представників живої природи. І всі вони взаємодіють один з.