Популяции – структурная единица вида и сообщества

1. Популяции – структурная единица вида и сообщества.

2. Популяции

• это группа особей, в пределах которой вероятность
скрещивания во много раз превосходит вероятность
скрещивания с представителями других подобных групп.
• Популяция, как правило, занимает определенный
участок пространства (водной или наземной
поверхности – ареал обитания) продолжительное время.
• Термин введён Вильгельмом Иогансеном в 1903 году.

3. Популяция – биологическая система

• Функции популяции аналогичны функциям других
биологических систем. Им свойствен рост, развитие,
способность поддерживать существование в постоянно
меняющихся условиях, т.е. популяции обладают
конкретными генетическими и экологическими
характеристиками.

4. Связи внутри популяции

• Популяция может состоять из единичных особей, которые встречаются
только во время сезона. Размножения (жужелицы, тушканчики).
• Особи могут образовывать массовые скопления для переживания
неблагоприятных условий, например зимы или засухи (божьи коровки,
карповые рыбы, мигрирующие птицы).
• Образовывать самостоятельные группы (семьи, постоянные и
непостоянные, прайды, стаи, колонии).

5. Связи внутри популяции

• Чисто положительные с целью обороны и добычи пищи и
коллективного выращивания потомства (пингвины,
копытные).
• Индифферентные ( редкие растения в пустыне).
• Динамичные – грачи вначале борются за место
гнездования, а затем совместно защищают потомство.
• Виды взаимодействий весьма различны.

6. Численность и плотность

• Каждая популяция имеет определённую численность и
амплитуду колебаний этой численности.
• Плотность – это число особей, приходящихся на
единицу пространства.

7. Структура популяции

• Структура – это соотношение частей в любой системе.
Популяции можно сравнить также по распределению
особей в пространстве и др. признакам.
• Эти признаки количественные. Популяции в первую
очередь характеризуются количественными
показателями.

8. Структура популяции

• Пространственная (равномерная, случайная,
мозаичная)
• Временнáя (сезонность размножения, питания,
миграции), или как у лососей и цикад.
• Половозрастная функциональная (разделение задач)
• Численность (население) и плотность
• Экологическая стратегия

9. Пространственная (равномерная, случайная, мозаичная) 

Пространственная (равномерная,
случайная, мозаичная)
• Различают следующие типы пространственного распределения
особей в популяциях: равномерный (регулярный), диффузный
(случайный) и агрегированный (групповой, мозаичный) :
• Рис.1. Типы пространственного распределения особей в популяции.
• А - равномерное (регулярное); Б - случайное (диффузное);
• В – групповое (агрегированное, мозаичное или пятнистое).

10. Временная структура

• Рождаемость – число особей, которое рождается на единицу
времени.
• Смертность – число особей, которое умирает на единицу времени.
• Вселение (иммиграция)– число особей, которое прибыло из других
популяций на единицу времени.
• Выселение (эмиграция)– число особей, которое покинуло данную
популяцию на единицу времени.
• Биомасса – масса особей популяции на единицу площади или объема.
• Половозрастная шкала отражает соотношение мужских и женских
особей одного возраста. Часто обозначается в процентах.

11. Возрастная структура популяции

Это соотношение в ней разных возрастных групп. Зависит от
особенностей жизненного цикла вида и от внешних условий.
• Простая – все особи популяции пребывает в отдельно взятом
промежутке времени в одном возрасте. Размножение однократное,
как правило, под конец жизненного цикла (сезонные насекомые,
сцифоидные медузы). Колебания численности в несколько порядков
– это норма.
• Сложная - из особей разных возрастных групп. Взрослые особи
размножаются многократно и имеют большую
продолжительность жизни. Нет выраженного колебания
численности. В критических условиях гибнут наиболее слабые
возрастные группы. Впоследствии структура восстанавливается.

12. Жизненный цикл саранчи

13. Жизненный цикл пчелы

14. Демографическая структура

Возрастные пирамиды чаек и
полевок (разные популяции)
Возрастные пирамиды растущей
(январь) и сокращающихся
популяций (июль и декабрь)
медоносной пчелы
Анализ возрастного и полового состава популяций — необходимое условие
для прогноза численности тех видов , которые мы используем в дикой природе, разводим или с
которыми боремся, планирования строительства школ, детских садов, поликлиник.

15. Зяблик

В период от весеннего прилета до вылупления птенцов следующая
возрастная структура популяции.
50% годовалые птенцы.
22% двухлетки
12% трехлетки
8% четырех летки
4% пятилетки
3,2% шестилетки и семилетки
0,8% старше 7 лет.
Учитывая что продолжительность жизни зябликов составляет 11 лет.

16. Другие примеры

• Есть популяции возрастная пирамида которых смещена к
высоковозрастной группе, например многолетние травы.
Молодые особи имеют шанс разрастись только на месте
гибели старой особи.
• В деревьев по возрасту затруднительно определить
принадлежность к возрастной группе, переход от стадии к
стадии больше зависит от внешних условий. Некоторые
стадии могут быть пропущены. Пример с дубов и др.
• Пример: изменения возрастной структуры грызунов в
течение года.

17.

18. Рост численности

• Рост ограничен ёмкостью среды. Она выражается в предельной
плотности популяции.
• Неограниченный рост губителен, так как приводит к подрыву
жизнеобеспечения вида.
• Внешняя регуляция численности происходит имеет несколько
ступеней: хищники (постоянный фактор), паразиты, и
заключительный – инстинктивные модели поведения (потеря
фертильности, потеря инстинкта самосохранения,
суицидальное поведение).
• Саморегуляция численности популяция у пределов емкости
среды обеспечивается внутривидовыми отношениями. У
высокоорганизованных видов, это механизм начинает
действовать заранее.

19. Примеры саморегуляции

Примеры отрицательной обратной связи.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Территориальность
Отравления среды (у водных обитателей – аммиак)
Выселение
Снижение плодовитости (насекомые, хомяки)
Повышение агрессивности (суслики)
Увеличение доли самцов (таежный шелкопряд)
1.
2.
Увеличение плодовитости (ласточки).
Увеличение доли самок, вплоть до 100% партеногенетических особей
(насекомые).
Уменьшение интервала между родами.
Раннее наступление фертильного возраста.
Изменение формы популяции (одиночная –стадная).
Эффект группы (быстрое развитие) – шелкопряд.
Примеры положительной обратной связи.
3.
4.
5.
6.

20. Типы роста численности

• В начале крива роста численности
– это экспонента. Затем
питательные запасы в окружающей
среде А исчерпываются, и кривая
приобретает S-образную форму
(логистическая кривая).
• Бесконтрольный рост численности
заходит слишком далеко по
экспоненте, после чего происходит
резкий рост смертности,
связанный с истощением ресурсов
среды В (J-образная форма).
Nt = K N0/Nt + (K-N0)e-rt

21. Обозначения

К – емкость среды
N0 – изначальная численность
Nt –численность через определенный промежуток
времени.
r – скорость размножения
t – время

22. Правило саморегуляции

• Каждый вид реагирует на повешение плотности по-своему.
Но результат возникает один и тот же: снижение
численности на занимаемой территории в данном или
следующих поколениях, если популяции угрожает
перенаселение.
• Следовательно, если вся эволюция видов шла в таком
направлении, что выработались механизмы реакции на
собственную плотность, то это явление чрезвычайно важно.
• Высокая плотность популяции является сигнальным
фактором, свидетельствующим об ухудшении условий.

23.

24. Стратегии размножения

R – стратег – быстрое катастрофическая увеличение
численность, низкая внутривидовая конкуренция. Нет
заботы о потомстве. Рыбы, насекомые, амфибии.
K – стратег. Невысокая скорость роста, сильная
внутривидовая конкуренция. Есть забота о потомстве.
Млекопитающие, птицы, некоторые рептилии.
• Поддержание оптимальной в данных условиях
численности называют гомеостазом популяции.

25. Стратегии размножения

• R-стратегия - всегда большое количество потомков, но
забота о них отсутствует (амфибии, рыбы, насекомые).
Пионерные сообщества или бедные климаксные экосистемы.
• К –стратегия – потомство всегда малочисленное, есть
забота о нем. Чаще встречаются в богатых экосистемах.
Заботу о потомстве имеют среди рыб цихловые, клоуны,
змееголов, морской конек; среди амфибий квакши, лягушка
бык, суринамская пипа, червяги; среди рептилий –
некоторые змеи, чаще относят хищных птиц в сравнении с
водоплавующими; копытные и хищные млекопитающие.

26. Динамика численности популяции. Кривые выживания

К –стратег многие животные доживают до старости и
естественной смерти.
r – стратег большая часть умирает вначале жизни.
Равномерная смертность возможно в обоих случаях, но
чаще для r – стратег.
Выживаемость – абсолютное число особей
(или процент от исходного числа особей),
сохранившихся в популяции за определенный
промежуток времени.
Экологические
популяций.
стратегии
выживания

27. Типы популяционной динамики

1. Стабильный (возможно изменение в разы);
2. Изменчивый (изменяется в границах одного порядка);
3. Взрывной (периодически изменяется в сотни и тысячи раз).
На численность популяции оказывают влияние погода, обеспеченность
пищей, хищники, болезни, возрастной состав, соотношение полов.
Влияние может быть одностороннее (абиотические факторы) и
двустороннее (положительная и отрицательная обратная связь)
взаимодействие как внутривидовое, так и межвидовое.
Факторы могут действовать немедленно (территориальность) или с
запаздыванием (изменение фертильность, половой структуры).

28. Свойства популяции как системы (принцип Николсона)

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Целостность
Относительная изолированность
Значимое число
Наличие групп и связей между ними
Временной изменчивостью
Непрерывной передачей генетической информации
уникальностью

29. Панмиксия-Генофонд

• Важным условием взаимоотношений особей внутри
популяции является свободное скрещивание – панмиксия.
Только в этих условиях осуществляются закономерности
наследственной изменчивости и закон Харди-Вайнберга.
• Частота гомозиготных и гетерозиготных организмов в
условиях свободного скрещивания (панмиксия) при
отсутствии давления отбора и других факторов
(мутаций, дрейфа генов и тд.) пребывает в состоянии
равновесия.

30. Панмиксия-Генофонд

• Совокупность всех аллей особей внутри популяции
называется генофондом популяции.
• Понятия случайного распределения аллей внутри популяции
называется дрейф генов.
• Понятие «дрейф генов» было введено в оборот Райтом (1931).
• Дрейф генов – это явление ненаправленного изменения
частот аллельных вариантов генов в популяции.
• Частота аллелей – это доля конкретного аллеля в общем
геноме всей популяции (p и q).

31. Дрейф генов

• Доля различных аллелей стохастически изменяется, т.е.
колеблется от большего к меньшему показателю.
• Чтобы частота аллеля росла, должны действовать определенные
факторы - дрейф генов, миграция и естественный отбор. Дрейф
генов – это ненаправленный фактор эволюции.
• Пример: С. Райт экспериментально доказал, что в маленьких популяциях частота
мутантного аллеля меняется быстро и случайным образом. Его опыт был прост: в пробирки с
кормом он посадил по две самки и по два самца мух дрозофил, гетерозиготных по гену А (их
генотип можно записать Аа). В этих искусственно созданных популяциях концентрация
нормального (А) и мутационного (а) аллелей составила 50 %. Через несколько поколений
оказалось, что в некоторых популяциях все особи стали гомозиготными по мутантному аллелю
(а), в других популяциях он был вовсе утрачен, и, наконец, часть популяций содержала как
нормальный, так и мутантный аллель. Важно подчеркнуть, что, несмотря на снижение
жизнеспособности мутантных особей и, следовательно, вопреки естественному отбору, в
некоторых популяциях мутантный аллель полностью вытеснил нормальный. Это и есть
результат случайного процесса — дрейфа генов.

32. Популяционные волны

• или
волны
жизни
—
периодические либо непериодические
колебания численности особей
организмов в природных популяциях.
Данный термин впервые был введён
русским
биологом
Сергеем
Сергеевичем Четвериковым в 1905
году.
• Данное
явление
распространяется
на
любые
виды растений и животных,
включая микроорганизмы. Данные
колебания численности могут быть
сезонными либо несезонными,
повторяющимися через различные
временные промежутки.

33. Популяционные волны

Причины колебаний обычно могут иметь
экологическую природу. Вспышки численности
организмов ряда видов, которые наблюдаются в
ряде регионов мира, могут быть
обусловленными деятельностью человека.
Принято различать большие и малые волны
жизни. Популяционные волны являются
эффективным
фактором
преодоления
генетической
инертности
природных
популяций. Волны жизни имеют большое
эволюционное значение, будучи одним из
четырех эволюционных факторов наряду с
изоляцией, мутациями и естественным
отбором.