Понятие и структура популяции

 

 

Оглавление

1.Сущность популяции. Типы популяций 4

2. Основные характеристики популяций 5

3. Структура популяций 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Вплоть до нынешнего времени нет четкого определения понятия «популяция», которое бы удовлетворяло потребностям различных биологических направлений. Это произошли из-за  того, что генетики в понятие «популяция» вкладывают свой определенный смысл (как совокупность свободно скрещивающихся особей), систематики рассматривают с позиций морфофункционального единства, биогеографы – с позиций исторически обособленной группы организмов, которое характерно для конкретного ландшафта или группы ландшафтов, и т.д. С другой стороны, понятие «популяция» строится в зависимости от применяемого подхода к ее изучению. В-третьих, и что, пожалуй, главное, споры ведутся о том, что же является наименьшей структурной единицей вида, ибо популяции могут подразделяться на микропопуляции или объединяться в более крупные популяционные системы. Мы подойдем к определению понятия «популяция» с экологической точки зрения. Однако будем помнить, что современный эколог должен обязательно учитывать популяцию не просто как некое сообщество особей одного вида, но и как строго организованную в структурном и функциональном плане единицу вида, как в пространстве, так и во времени.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Сущность популяции. Типы популяций

Популяция (populus – от лат.) – это совокупность особей одного вида,  которые обладают общим генофондом и имеют общую территорию. Она является первой надорганизменной биологической системой. С экологических позиций четкого определения «популяции» еще не существует. Наибольшее признание получила определение С.С. Шварца, популяция – группировка особей, которая является формой существования вида и способна самостоятельно развиваться неопределенно долгое время.

Популяциям присущи определенные генетические и экологические признаки, которые отражают способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость. Наука, которая объединяет генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяций, называется популяционная биология.[2, c.66-67]

Типы популяций. Популяции  могут занимать разные по размеру  площади, и условия обитания в пределах местообитания одной популяции также могут быть не одинаковы. По данному признаку выделяют три типа популяций: элементарную, экологическую и географическую.

Элементарная популяция – это совокупность особей одного вида, которые занимают небольшой участок однородной площади и между которыми постоянно идет обмен генетической информацией.

ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; куртины  деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), которые разобщены лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.

Экологическая популяция  – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, которые приурочены к конкретным биоценозам. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; древостои  в монодоминантных лесах, которые представляют одну группу типов леса: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников (Магаданская область, север Хабаровского края); популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

Географическая популяция  – совокупность экологических популяций, заселивших географически похожие районы. Географические популяции существуют автономно, обмен генами происходит редко: у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

ПРИМЕРЫ. Географические расы лиственницы даурской: западная (к западу от Лены) и восточная, северная и южная расы лиственницы курильской. Зоологи выделяет тундровую и степную популяции у узкочерепной полевки. У вида "белка обыкновенная" насчитывается около 20 географических популяций.[1, c. 213-314]

2. Основные характеристики  популяций

Основными  характеристиками популяции являются численность и плотность. Численность – общее количество особей в данном объеме или на данной территории. Плотность – это количество особей или их биомасса на единице объема или площади. В природе происходит постоянные колебания плотности и численности.

Динамика численности  и плотности в основном определяется смертностью, рождаемостью и процессами миграции. Это показатели, которые характеризуют изменение популяции в течение определенного времени: месяца, сезона и т.п. Изучение этих причин и процессов очень важно для прогнозов состояния популяций.

 Рождаемость бывает абсолютной  и  удельной. Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, которые появились за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, которые родились на 1000 чел. в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: наличием пищи, условиями среды, биологией вида (скорость полового созревания, соотношение самцов и самок в популяции, количество генераций в течение сезона).

ПРИМЕР. Одуванчик за 10 лет  при условии, что все его семена прорастут, способен заполонить весь земной шар. Исключительно обильно семеносят тополя, ивы, березы, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые 20 минут и в течение 36 часов сплошным слоем могут покрыть всю планету. Очень высокая плодовитость у многих видов насекомых и низкая у крупных млекопитающих, хищников.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, которые погибли за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за старости, болезней,  хищников, нехватки корма, и играет основную роль в динамике численности популяции.

Популяция адаптируется к изменению условий среды путем замещения и обновления особей, т.е. процессами рождения и убывания, которые дополняются процессами миграции. В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности близки, сбалансированы. Они могут быть непостоянны, но плотность популяции отличается от какой-то средней величины незначительно.

В растущей популяции рождаемость  превышает смертность. Для растущих популяций характерны  массовое  размножение, особенно у мелких животных (28-точечная картофельная коровка, грызуны, колорадский жук, саранча, грызуны, воробьи; из растений –  одуванчик, отчасти – дуб монгольский). Нередко растущими становятся популяции крупных животных в условиях заповедного режима (олень пятнистый в Уссурийском заповеднике, лоси в Магаданском заповеднике) или интродукции ( ондатра в Восточной Европе, лось в Ленинградской области, домашние кошки в отдельных семьях). При переуплотнении у растений начинается дифференциация особей по жизненному состоянию и размерам, а у животных начинается миграция на свободные участки.[5, c.456-457]

Если смертность больше рождаемости, то такая популяция называется сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного момента, а затем рождаемость повышается вновь, и популяция из сокращающейся становится растущей. Чаще всего неумеренно растущими бывают популяции нежелательных видов, сокращающимися – ценных, как в экономическом, так и в эстетическом отношении, редких.

3. Структура популяций

Динамика, воспроизводство и состояние популяций согласуются с их половой и возрастной структурой. Возрастная структура отражает скорость обновления популяции и взаимодействие возрастных групп с внешней средой. Она зависит от особенностей жизненного цикла, которая существенно различается у разных видов, и внешних условий.

В жизненном цикле особей обычно рассматривают три возрастных отрезка: предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Характерен для растений еще и период первичного покоя, который они проходят в стадии поящихся семян. Каждый из периодов может быть представлен одной (простая структура) или несколькими (сложная структура) возрастными стадиями. Простая возрастная  структура присуще однолетним растениям, многим насекомым. Сложной структурой  обладают  высокоорганизованные животные, разновозрастные популяции деревьев. Чем структура сложнее, тем выше приспособительные возможности популяции.

Одна из наиболее известных  классификаций животных по возрасту (Г.А. Новикова):

- новорожденные – до  момента прозревания;

- молодые – подрастающие особи;

- полувзрослые – близкие к половозрелым особям;

- взрослые – половозрелые  животные;

- старые – особи, которые перестали размножаться.

В геоботанике получила известность классификация растений по возрасту Н.М. Черновой, А.М. Быловой:

- покоящиеся семена;

- проростки  – растения первого года жизни, многие из них живут за счет питательных веществ в семядолях;

- ювенильные – переходят к самостоятельному питанию, но размерами еще отличаются от взрослых растений;

- имматурные – обладают переходными признаками от ювенильных к взрослым растениям, еще очень маленькие, у них идет смена типа нарастания, начинается ветвление побегов;

- виргинильные – могут достигать размеров взрослых особей, но регенеративные органы отсутствуют;

- молодые генеративные  – характерно наличие генеративных  органов, заканчивается формирование облика, которое типично для взрослого растения;

- средневозрастные генеративные – отличаются максимальным годичным приростом и репродуктивностью;

- старые генеративные  – растения продолжают плодоносить,  но у них полностью прекращаются  рост побегов и образование  корней;

- субсенильные – плодоносят очень слабо, идет отмирание вегетативных органов;

- сенильные – очень старые особи, появляются черты ювенильных растений: крупные одиночные листья, порослевые побеги.

В лесоведении и таксации выделяют классификацию древостоев и насаждений по классам возраста. Для хвойных пород:

- проростки и самосев  – 1-10 лет, высота до 25 см;

- стадия молодняка –  10-40 лет,  высота от 25 см до 5 м; под пологом леса соответствует мелкому (до 0,7 м), среднему (от 0,7м до 1,5 м) и крупномерному (>1,5 м) подросту;

- стадия жердняка –  средневозрастные насаждения 50-60 лет; диаметры стволов  5-10 см, высота – до 8 м; под пологом леса молодое поколение древостоя, или тонкомер с аналогичными размерами;

- приспевающие насаждения  – 80-100 лет; по размерам могут  незначительно уступать материнском деревьям, на открытом месте и в редколесьях обильно плодоносят; ни в коем случае не назначаются в рубку;

- спелые древостои –  120 лет и старше, деревья первого  яруса и отставшие в росте деревья второго яруса; обильно плодоносят, в начале этой стадии достигают технической спелости, в конце – биологической спелости;

- перестойные – старше 180 лет, продолжают обильно плодоносить, но постепенно усыхают и стареют или вываливаются еще будучи живыми.[4, c.128]

Соотношение возрастных групп в структуре популяции характеризуют ее способность к размножению и выживанию, и согласуется с показателями рождаемости и смертности. В растущих популяциях с высокой рождаемостью преобладают молодые, а в стабильных – обычно это полночленные, разновозрастные популяции, у которых регулярно определенное число особей переходит из младших возрастных групп в старшие. В сокращающихся популяциях основу составляют старые особи, возобновление в которых отсутствует или совсем незначительно.

Половая структура по генетическим законам должна быть представлена равным соотношением женских и мужских особей, т.е. 1:1. Но в силу специфики экологии и физиологии, которая свойственна разным полам, в силу их разной жизнеспособности, влияния факторов внешней среды, антропогенных могут быть значительные различия в этом соотношении. И эти различия неодинаковы как в разных популяциях, так и в разных возрастных группах одной и той же популяции.

Это наглядно показано на рис. 1, который представляет срезы половой и возрастной структуры для населения бывшего СССР и африканской республики Кения. На срезе СССР, на фоне естественного распределения возрастных групп в жизненном цикле, очевидно снижение рождаемости в годы войны и увеличение ее в послевоенные годы. Несбалансированность между мужским и женским полом тоже, несомненно, связано с войной. В Кении же прослеживается закономерная связь распределения полов и явной убыли населения в предрепродуктивном возрасте с низким уровнем жизни, зависимостью от природных условий.

 

Изучение половой структуры  популяций очень важно, так как между особями различных полов сильно выражены как экологические, так и поведенческие различия.

ПРИМЕР. Сильно различаются между собой самки и самцы комаров: по срокам полового созревания, темпам роста, устойчивости к изменению температуры. Самцы в стадии имаго совсем не питаются или питаются нектаром, а самкам необходимо напиться крови для полноценного оплодотворения яиц. У некоторых видов мух популяции состоят только из самок.

Есть виды, у которых  пол изначально определяется не генетическими, а экологическими факторами, например, у Ариземы японской при образовании массы клубней женские соцветия формируются на растениях с крупными мясистыми клубнями, а мужские – на растениях с мелкими клубнями. Хорошо прослеживается роль экологических факторов в формировании половой структуры у видов с чередованием половых и партеногенетических поколений.