Популяция как биологическая система

1.

ТЕМА 3. ПОПУЛЯЦИЯ КАК
БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

2.

План
1. Понятие популяции
2. Показатели популяции
3. Продолжительность жизни
4. Рост численности популяции и экологические стратегии выживания
5. Динамика численности популяции и ее регуляция
2

3.

1. Понятие о популяции
Популяция («популюс» (лат.) - народ, население) – это
группа особей одного вида, обитающих на общей
территории в сходных экологических условиях, свободно
скрещивающихся и способных поддерживать свою
численность
необозримо
длительное
время,
относительно изолированная от других популяций.
3

4.

1. Понятие о популяции
В популяциях проявляются в той или иной степени
все формы биотических отношений,
но наиболее ярко выражены
мутуализм и конкуренция.
Мутуализм – крайняя степень ассоциации между
особями, при которой каждый извлекает выгоду из
связи с другим организмом.
Яркий пример мутуализма в популяции –
«эффект группы».
4

5.

1. Понятие о популяции
Эффект группы – оптимизация физиологических
процессов, ведущая к повышению жизнеспособности при
совместном существовании особей в популяции.
5

6.

1. Понятие о популяции
Ландшафтно-биотопический подход
классификация по Н.П.Наумову (1963)
Популяции
Экологические
Элементарные (локальные)
приуроченные к конкретным
биогеоценозам (например, популяция
белки соснового леса или еловопихтового и др.) Они слабо изолированы
друг от друга, в них происходит обмен
генетической информацией (2)
населяющих участки с
однородными условиями и
определенным количеством
корма (например грачи березовой
(3,4)
колки)
Географические
населяют территорию с однородными
географическими условиями существования.
Довольно основательно разграничены и
относительно изолированы (например,
популяции белки в Сибири и Беларуси)
(1)
6

7.

1. Понятие о популяции
Историко-генетический подход
(С.С. Шварц, В.Н. Беклемишев)
Популяции
по способу поддержания
численности и времени
существования
по способу размножения
и степени генетической
целостности
с перекрестным
оплодотворением
колониальные
с сочетанием
перекрестного
оплодотворения и
размножения, присущего
для колониальных
организмов
постоянные
независимые
не нуждаются в
притоке особей
извне для
поддержания
своей численности
временные
полузависимые
приток извне
существенно
повышает их
численность,
но они могут
сохраняться и
без него
длительность
существования
зависит от
иммигрантов
7

8.

2. Показатели популяции
Показатели популяции
Статические
Динамические
Характеризуют состояние
популяции на данный момент
времени
Характеризуют процессы,
протекающие в популяции
за какой-то промежуток времени
К ним относятся:
численность,
плотность,
половой состав,
возрастной состав,
пространственная структура.
К ним относятся: рождаемость,
смертность,
прирост,
рост численности,
биотический потенциал.
8

9.

2. Показатели популяции
ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОПУЛЯЦИИ
Рождаемость (плодовитость) – число новых особей,
появившихся
за
единицу
времени
в
результате
размножения. Живые организмы обладают огромной
способностью к размножению.
Биотический потенциал – скорость, с которой при
беспрерывном
размножении
(возможном
только
теоретически при идеальных экологических условиях
существования) особи определенного вида могут покрыть
земной шар равномерным слоем.
9

10.

2. Показатели популяции
ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОПУЛЯЦИИ
Прирост популяции – разница между рождаемостью
и смертностью. Прирост может быть
положительным, нулевым и отрицательным.
Темп роста популяции – средний прирост ее за
единицу времени.
Смертность популяции – число погибших в популяции
особей в определенный отрезок времени.
10

11.

3. Продолжительность жизни
Продолжительность жизни
Физиологическая
Максимальная
Определяется только
физиологическими возможностями
организма. Теоретически она возможна,
если допустить, что в период всей
жизни на организм не оказывали
влияние лимитирующие факторы
Продолжительность жизни, до которой
может дожить лишь малая доля особей в
реальных условиях среды
Ожидаемая
Средняя продолжительность предстоящей
жизни — важнейший
интегральный демографический
показатель, характеризующий уровень
смертности населения.
11

12.

3. Продолжительность жизни
КРИВЫЕ ВЫЖИВАНИЯ
Выживаемость — число особей (в процентах), сохранившихся в популяции
за определенный промежуток времени. Выживаемость зависит от ряда причин:
возрастного и полового состава популяции, действия тех или иных факторов
среды и др. Выживаемость можно выразить в виде кривой выживаемости.
Различают три основных типа кривых выживаемости:
I тип
Кривая I типа характерна для видов, у которых на
протяжении всей жизни смертность мала, резко
возрастая в конце нее, характерна для насекомых,
обычно гибнущих после кладки яиц, к ней
приближаются кривые выживания человека в развитых
странах и некоторых крупных млекопитающих.
Кривая II типа характерна для видов, у которых
смертность остается примерно постоянной в течение
всей жизни. Она характерна для пресмыкающихся,
птиц, многолетних травянистых растений.
Кривая III типа — случаи массовой гибели
особей в начальный период жизни. Гидробионты и
некоторые другие организмы, не заботящиеся о
потомстве, выживают за счет огромного числа
личинок, икринок, семян и т.п.
12

13.

4. Рост численности популяций и экологические стратегии
выживания
Рост численности популяции
Экспоненциальный
Логистический
J-образная кривая
S-образная кривая
13

14.

4. Рост численности популяций и экологические стратегии
выживания
J-образная кривая отражает
неограниченный рост
численности популяции, не
зависящий от плотности
популяции (рисунок А).
J
S
Такой рост численности
возможен при отсутствии
лимитирующих факторов. Он
редко встречается в природе.
S-образная кривая отражает рост численности популяции,
зависящий от плотности популяции, при которой скорость роста
популяции снижается по мере роста численности (плотности)
(рисунок Б).
14

15.

4. Рост численности популяций и экологические стратегии
выживания
Биологическая емкость среды — степень способности
природного или природно-антропогенного окружения обеспечивать
нормальную жизнедеятельность (дыхание, питание, размножение,
отдых и т.п.) определенному числу организмов и их сообществ без
заметного нарушения самого окружения (Реймерс, 1990).
15

16.

4. Рост численности популяций и экологические стратегии
выживания
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТРАТЕГИИ ВЫЖИВАНИЯ
К-стратегия
R-стратегия
Направлена на повышение выживаемости
в условиях уже стабилизировавшейся
численности. Это отбор на
конкурентоспособность, повышение
защищенности от хищников и паразитов,
повышение вероятности выживаемости
каждого потомка, на развитие более
совершенных внутривидовых механизмов
численности.
Направлена на повышение скорости
роста популяции и, следовательно, таких
качеств, как высокая плодовитость,
ранняя половозрелость, короткий
жизненный цикл, способность быстро
распространяться на новые
местообитания и пережить
неблагоприятное время в покоящейся
стадии.
16

17.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
Динамика численности популяции – совокупность основных
биологических показателей популяции во времени
КОЛЕБАНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ
нерегулярные (хаотичные)
регулярные (циклические)
связаны с изменениями
условий
повторяются через
определенные промежутки
времени и вызваны действием
механизмов популяционной
регуляции
Циклические колебания
численности некоторых
видов животных
17

18.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
ТИП ДИНАМИКИ
Стабильный
(А)
Нестабильный
Изменчивый
(флюктуирующий)
(Б)
Взрывной
(В)
18

19.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
СТАБИЛЬНЫЙ ТИП ДИНАМИКИ
Стабильный тип – отличается небольшим размахом колебаний.
Свойствен
видам
с
хорошо
выраженными
механизмами
популяционного гомеостаза, высокой выживаемостью, низкой
плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной
возрастной структурой, развитой заботой о потомстве.
Целый комплекс эффективно
работающих регуляторных
механизмов держит такие популяции
в определенных пределах плотности.
Такова, например, динамика
численности крупных млекопитающих
и птиц, а также ряда беспозвоночных
19

20.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
ФЛЮКТУИРУЮЩИЙ ТИП ДИНАМИКИ
Колебания происходят в значительном
интервале плотностей, различающихся на
один-два порядка величин. При этом
различают три фазы колебательного
цикла:
нарастания,
максимума,
разрежения численности. Возврат к
стабильному
состоянию
происходит
быстро.
Регуляторные механизмы не теряют контроля за численностью популяций,
увеличивая свою эффективность вслед за увеличением плотности.
Преобладают слабоинерционные меж– и внутривидовые взаимодействия.
Такой ход численности широко распространен в разных группах животных.
20

21.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
ВЗРЫВНОЙ ТИП ДИНАМИКИ
Взрывной тип с вспышками массового размножения – прекращение
действия модифицирующих факторов не вызывает быстрого возврата популяции
в стабильное состояние. Динамика численности складывается из циклов, в
которых различают пять обязательных фаз: нарастания численности,
максимума, разреживания, депрессии, восстановления.
Для популяций периодически характерны
предельно высокий и необычайно низкий
уровень численности. По фазам цикла также
сильно меняются показатели размножения,
возрастной и половой структуры популяции,
физиологического состояния, поведения, а
иногда
и
морфологических
особенностей
составляющих ее особей. Такой ход численности
обнаруживается чаще всего у видов с малой
продолжительностью
жизни,
высокой
плодовитостью, быстрым оборотом генераций.
21

22.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
Периодические изменения популяции зайца-беляка и рыси,
установленные по числу шкурок, заготовленных
«Компанией Гудзонова залива» (Дажо, 1975)
22

23.

5. Динамика численности популяций и ее регуляция
Регуляция численности популяции
Территориальное
поведение
состоит в мечении границ участка
(пением, мочой, экскрементами и
т.д.) и его охране; характеризуется и
сложным репродуктивным
поведением (строительство гнезд,
откладывание яиц, забота о
потомстве и его защита и т.д.)
Межвидовые взаимодействия
конкуренция, хищничество и паразитизм
Стресс-реакция
Повышение плотности приводит к
увеличению частоты встреч между особями,
вызывающих у них такие изменения
физиологии, которые ведут к снижению
рождаемости и увеличению смертности.
В состоянии стресса у животных происходит ряд
изменений в гормональном профиле, которые
приводят к следующим последствиям:
1) нарушение процесса овогенеза и
сперматогенеза;
2) уменьшение числа поколений в год;
3) удлинение сроков полового созревания;
4) ослабление иммунитета и снижение
устойчивости к неблагоприятным условиям
среды;
5) угасание инстинкта заботы о потомстве;
6) изменение поведения (повышается
агрессивность, может наблюдаться каннибализм,
меняется реакция на особей противоположного
пола, молодняк и т.д.).
23

24.

Контрольные вопросы
1. Перечислите и охарактеризуйте основные виды популяций.
2. Дайте определение понятию «эффект группы». Объясните в чем он
проявляется.
3. Перечислите и охарактеризуйте основные показатели популяции.
4. Объясните какую информацию можно получить, изучая половую и
возрастную структуры популяции.
5. Поясните в чем заключается различие между экспоненциальным и
логистическим ростом численности популяции.
6. Объясните почему экспоненциальный рост численности практически не
встречается в природе.
7. Опишите как осуществляется регуляция численности популяции.
Приведите примеры.
8. Приведите примеры К-стратегов и R-стратегов. Объясните может ли
популяция использовать обе стратегии выживания.
24