Характеристика та структура популяції

Лекція. ХАРАКТЕРИСТИКА ТА СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦІЇ

План

1. Екологічна і біологічна характеристика  популяції.

2. Просторова структура популяції.

3. Етологічна структура популяції.

4. Вікова структура популяції.

5. Статева структура популяції.

6. Генетична структура популяції.

7. Популяція як об’єкт використання.

Хід лекції

1. Екологічна і біологічна характеристика популяції

Кожній популяції властиві свої ознаки:

а) внутрішньононуляційні,  визначені морфофізіологічними особливостями  особин,   їх взаємодією і способом життя;

б) групові – визначаються біологічними особливостями виду та екологічними умовами, є типовими для всієї популяції.

Стан популяції на певний момент є її екологічною структурою. Вона відбиває адаптацію популяції до умов середовища і властиві їй механізми пристосувань в нормальних, оптимальних і екстремальних умовах середовища.

Кожна окрема особина характеризується лише однією величиною певної ознаки, а популяція описується двома – середнім показником ознаки і дисперсією (за середнім квадратичним відхиленням від середнього). Середнє і дисперсія визначаються тільки для певної відбірки особин популяції. Такі показники називаються популяційними параметрами, оскільки стосуються оцінки всієї популяції і визначаються на основі їх індивідуальних величин у особин популяції. Як уже згадувалось, до мінливих метричних ознак популяції належать чисельність, щільність, народжуваність, смертність, виживання, характер кривої виживання і смертності, типи росту і швидкість росту популяції, вікова структура, співвідношення статей, генетична структура і частота генів. Щодо особин, то не всі ці ознаки можна визначити окремо у кожної з них. До індивідуальних метричних характеристик особин належать: розміри і маса тіла, величина території для однієї особини, специфічна народжуваність і специфічна смертність, плодючість, тривалість життя і репродуктивного періоду та ін.

Популяція є не тільки структурною  одиницею виду, але й елементарною одиницею біоценозу.

Популяція може існувати лише в межах  відповідного біоценозу (екосистеми). Розрізняють ценопопуляції – сукупність особин виду в межах окремого фітоценозу;

поліценотичні популяції – популяції тварин, які переходять з одного біоценозу в інший;

інвазійні популяції – це популяції, які нападають на популяції інших організмів (нашестя сарани, колорадського жука, поширення гриба фітофтори на картоплі).

Популяції можуть розподілятися  в екосистемах по-різному. Зокрема:

• одна популяція виду живе в різних екосистемах;
• в одній екосистемі може бути лише одна популяція виду;
• в одній екосистемі співіснують декілька популяцій виду.

Кожна популяція займає певну територію  з властивим їй комплексом екологічних  факторів. Кожен біологічний вид  заселяє місце свого проживання за рахунок різноманітних біологічних  особливостей своїх окремих особин.

Звідси випливає, що чим різноманітніші біологічні особливості особин виду, тим більше шансів у нього на виживання навіть в дуже несприятливих умовах. І чим різноманітніші умови місць проживання на території ареалу виду, тим більше у нього можливостей зберегтися на певних її ділянках.

Крім біологічних особливостей окремих особин, які складають  популяцію, в процесі освоєння і  заселення території та адаптації  до її умов, популяція набуває певних типових загальних (групових) властивостей. Вивчення індивідуальних особливостей особин та групових властивостей популяції має важливе практичне значення для галузей рослинництва, тваринництва і охорони видів. Знання законів функціонування і життя популяцій необхідне для збереження цінних видів живої природи, для успішної акліматизації тварин і рослин, для боротьби з хижаками і шкідниками

Розмір і стійкість  популяції

Популяції живих організмів характеризуються великою різноманітністю та різними  розмірами, які визначаються загальною  кількістю організмів або їх біомасою. Вони змінюються з віком та посезонне.

Розмір популяції залежить від  ємності середовища та біологічних  властивостей виду, особливо характеру  розмноження. Одна група видів живих  організмів скеровує свої репродукційні  можливості на продукування більшої  кількості нащадків за кожний акт розмноження, а друга група - на продукування малої кількості нащадків високої життєздатності. Так, потомство від однієї самки мух, колорадських жуків нараховує сотні особин, а лосі, олені приводять в рік 1-2 малят. При цьому все багаточисельне потомство комах може вміститися на одній зараженій рослині, а популяція лося займає територію в десятки квадратних кілометрів.

Специфіка розмноження виробилась у кожного виду в процесі еволюції. Розмір кожної популяції є наслідком  її взаємодії з навколишнім середовищем і його опору в межах збереження можливостей до розмноження.

Стійкість популяцій  залежить від їхньої здатності до самопідтримки і відтворення в умовах несприятливих впливів середовища. Вона по-різному забезпечується у рослин і тварин. Популяції рослин підтримують свою стійкість за рахунок саморозрідження (зменшення щільності дерев у лісі, густоти травостою на луках) або зміною фенотипу рослини. У розріджених популяціях рослини більше галузяться, у загущених – вони витягуються, слабо галузяться, мають менше листків. Щодо популяцій тварин, то збереження оптимальної щільності визначається способом життя, пошуком корму і міграційним простором.

Одним із факторів стійкості популяції  є величина території популяції  та розмір її самої. Малі популяції швидше деградують і вимирають, оскільки в них внаслідок близькоспорідненого схрещування життєздатність нащадків знижується. Для оцінки стійкості популяцій використовують поняття "мінімальна життєздатність", що базується на врахуванні багатьох властивостей популяції. Стійкішими виявляються генетично мінливі популяції, здатні швидше адаптуватися і відновити свій розмір.

Чисельність популяції

Чисельність популяції – це загальна кількість її особин на даній території або в даному об'ємі (води, повітря, ґрунту).

Чисельність особин у популяціях рослин і тварин змінюється в різні роки, оскільки залежить від впливу багатьох факторів. Наприклад, розмір популяції  травневого хруща може змінюватися в 1 млн. разів; у кролів – у сотні разів, у копитних тварин – у десятки разів. Хвилеподібна амплітуда чисельності популяції є загальною біологічною закономірністю існування популяції.

У природі  частіше спостерігаються періодичні коливання чисельності популяцій, що пов'язано з біологічними особливостями  виду та мінливістю умов середовища. Рідше мають місце неперіодичні зміни чисельності ("вибухоподібні"), за яких спостерігаються різкі збільшення кількості особин. До таких можна віднести масові розмноження в окремі роки гризунів, шкідників, збудників захворювань.

Експериментально, в лабораторних умовах, встановлено, що в ідеальних умовах число особин збільшується експоненціально (в геометричній прогресії). Такий ріст чисельності популяції спостерігався в окремих видів, завезених у нові регіони, де вони знайшли найкращі умови для свого розвитку, де б не було ні природних ворогів, ні інших негативних факторів. Аналогічні вибухи чисельності мають місце у шкідників після використання отрутохімікатів, оскільки при цьому гинуть і їх природні вороги. Однак, ні одна популяція в природі не здатна до експоненціального росту протягом довгого часу, оскільки будуть використані просторові і харчові ресурси.

Класичним прикладом  є ріст чисельності кролів в Австралії, завезених європейцями. Відбувся небачений  ріст їхньої чисельності, внаслідок чого вичерпався резерв території і кормові ресурси. Чисельність їх на певний час різко скоротилась, але високий репродуктивний потенціал і плодючість сприяли швидкому відновленню популяції кролів. Такий характер розвитку популяції може тривати доти, поки смертність і народжуваність майже вирівняються.

Дані про розміри та чисельність  популяції окремих видів рослин і тварин необхідні для визначення допустимих норм вилучення її особин при господарському використанні та вирішенні проблем збереження видового багатства дикої природи, сортів культурних рослин і порід сільськогосподарських тварин.

Найкращою для функціонування і росту популяції  є оптимальна чисельність особин, що в найбільшій мірі дозволяє створити умови, необхідні для реалізації біологічного потенціалу виду. Підтримання оптимальної чисельності є важливим фактором прогресуючого розвитку популяції.

Репродуктивний потенціал

Чисельність популяції, в першу чергу, визначається здатністю до розмноження її особин в конкретних умовах середовища. Кожній популяції властивий свій репродуктивний потенціал.

Під репродуктивним потенціалом  розуміють швидкість, з якою могла б рости чисельність популяції за умов необмеженого простору, багатства їжі, відсутності хижаків та паразитів, інших факторів, які б перешкоджали розмноженню.

Репродуктивний  потенціал виду має еволюційно-адаптивний характер, зумовлений природним добором. Чим більший репродуктивний потенціал  виду, тим швидше відбувається ріст його популяцій за наявності необхідних умов. Оскільки оптимальні умови в природі виникають рідко, то вибухи чисельності популяцій є випадковими.

Біотичний потенціал

Репродуктивний потенціал безпосередньо  зв'язаний з біотичним потенціалом виду. Він визначає теоретичний максимум нащадків від однієї пари (або особини) за певну одиницю часу (за сезон, за рік, протягом життя). Біотичний потенціал виражають коефіцієнтом (r) і обчислюють як максимально можливий приріст популяції за певний проміжок часу від кожної особини (пари) при початковій чисельності популяції.

                               

Величина біотичного потенціалу у  різних видів різна. Ще Ч. Дарвін, відзначаючи високу біологічну здатність живих організмів до розмноження, писав у праці "Походження видів", що кожна жива істота природно розмножується в такій прогресії, що за сприятливих умов потомство однієї пари могло б покрити всю Землю.

Вчені орієнтовно підрахували, що через  зниження біотичного потенціалу протягом історичного періоду розвитку органічного  світу на Землі вимерло понад 500 млн. видів живих істот і  тепер їх нараховується близько 1,8 млн. видів.

Ряд популяцій, які займають малопридатні ділянки ареалу, не в змозі підтримувати свою чисельність і можуть існувати за імміграції особин з інших популяцій.

Плодючість

З розмноженням організмів пов'язана  велика кількість пристосувань, які виникли в процесі природного добору, зокрема, плодючість і турбота про потомство. Вони теж є важливими біологічними особливостями виду, які забезпечують прогресивний розвиток популяції і збереження виду в природі

Плодючість  тварин означає, в якій кількості і як часто народжують вони своїх малят. Плодючість характеризується коефіцієнтом народжуваності, тобто кількістю нащадків, які продукуються одиницею популяції (особиною, парою) за одиницю часу. Вона залежить від виду тварин, способу життя, способу розмноження, швидкості статевого дозрівання, тривалості репродуктивного періоду і тривалості життя, стану середовища. Для людини коефіцієнт народжуваності становить 3,64, тобто 3,64 дитини на 100 осіб.

Найвища плодючість спостерігається  у безхребетних тварин (найпростіших, червів), особливо у паразитних видів. Без високої плодючості вони перестали б існувати. Так, у кожному членику бичачого ціп’яка є по 175 тис. яєць. Щодня в середовище виділяється 6-8 і більше таких члеників кожною особиною. Живе цей паразит понад 10 років в організмі людини. Не нижчою є плодючість іншого внутрішнього паразита - людської аскариди, яка щодня виділяє до 200 тис. яєць, живе вона до 1 року.

Набагато більше шансів на виживання  у тих тварин, яким властиве внутрішнє запліднення і турбота про потомство. В них плодючість значно менша. Так, самка восьминога відкладає запліднені яйця в затишне місце і протягом всього періоду розвитку, який триває до 4 міс., вона пильно охороняє гніздо, стежить за чистотою води, очищає яйця від сміття і паразитів, обережно погладжуючи їх щупальцями і ополіскуючи водою. Дбайлива мати весь цей час нічого не їсть, щоб не забруднювати яйця в гнізді.

Турбота про потомство проявляється в дуже різноманітних формах. Відомо, що під час нересту річковий вугор, що живе в річках Європи, мігрує, долаючи до 6-7 тис. км, в Саргасове море, де є корм для мальків.

Наземні тварини теж відзначаються  різною плодючістю і, особливо, турботою про потомство.

Найплодючішими є плазуни, але вони виявляють меншу турботу про своє потомство, ніж риби і земноводні.

Найбільша кількість яєць є в  кладці черепах - до 200 шт., але їх багато гине в молодому віці, не добравшись до води. А там на них чатують хижі риби. З кожної тисячі молодих черепашок лише чотири стають дорослими. Лише те, що черепахи живуть до 100 років, запобігає їх вимиранню.

Усі птахи, подібно до плазунів, розмножуються яйцями, але проявляють велику турботу про пташенят.

Кількість яєць у кладці різних птахів невелика – від 1 до 25. Одне яйце відкладають  пінгвіни, альбатроси, буревісники; два – голуби, фламінго, пелікани; три – крячки; чотири – кулики. Різні горобині відкладають від 4-5 до 15-16 яєць. Проте для визначення їх плодючості має значення ще й кількість кладок у період гніздування. Так, гриф каліфорнійський розмножується один раз у два роки, а в його кладці – лише одне яйце. Однак, хижі птахи можуть жити 50-60 років. Рекордні цифри тривалості життя птахів: кондора-70 років, стерв’ятника – 101 рік, білоголового сипа – 117 років. Така тривалість життя компенсує їхню низьку плодючість.