Лекция 2. Популяционная экология-демекология

1. Лекция 2. Популяционная экология-демекология

Лекция 2.
Популяционная экологиядемекология
К.б.н., ассоциированный
профессор Нурмухамбетова Р.Т.
Астана, 2024

2.

План лекции:
Концепция популяции
Статистические характеристики популяции: численность
(плотность) и биомасса, половозрастной состав популяции.
Динамические характеристики популяции: рождаемость,
смертность, кривая выживания, темпы роста.
Динамические характеристики популяции: рождаемость,
смертность, кривая выживания, темпы роста.
Регулирование численности популяции
Демэкология

3.

Демэкология

4.

Особи любого типа живых существ
представлены в естественной среде
не
индивидуально,
а
лишь
организованными
определенным
образом группами — правилом
объединения
в
популяцию.
Сформулировано Четвериковым.
Демэкология

5.

Популяция (популяция — лат.) —
группа
организмов
одного
вида,
занимающая определённую территорию
и обычно изолированная от других
подобных групп.
Этот термин впервые был использован в
1903 году датским генетиком Йохансеном
для обозначения сходных групп на
основе набора отдельных генов.
ареал - место проживания популяции.*
Ареал обитания может меняться - миграция оленей с побережья океана в тундру
и обратно (из-за деятельности комаров) * Ареал обитания может расширяться и
сокращаться в зависимости от условий окружающей среды (стихийные бедствия,
времена года
Демэкология

6.

Основной причиной расселения популяций
является
возможность
свободного
обмена
генетической информацией – панмиксия. В связи с
этим определение термина «популяции» может быть
следующим:
Под
популяцией
понимают
совокупность
определенных видов (большого числа поколений),
населяющих определенное пространство, внутри
которого реализуется та или иная степень панмиксии.
Популяция – это совокупность особей одного вида,
более или менее изолированных от других подобных
популяций того же вида в пространстве и времени
(Гиляр, 1990), способных к самовоспроизведению.
Демэкология

7.

Существуют 3 категории популяции
1. Элементарная (локальная) – это
совокупность особей одного вида,
занимающих небольшой участок однородной
площади. Между ними постоянно идет обмен
генетической информацией. –
«парцеллярная»).
2. Экологическая популяция –
совокупность элементарных
популяций, внутривидовые
группировки, приуроченные к
конкретным биоценозам. Обмен
генетической информацией между
ними происходит достаточно часто.
3. Географическая популяция – совокупность экологических популяций,
заселивших географически сходные районы. Географические популяции
существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, 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 разновидностей, выделяются подвиды.
Демэкология

8.

1. Элементарная (локальная)
2. Экологическая
3. Географическая популяция
элементарная
экологисекая
географическая
Ареал распространения

9.

кедр
луга
кедр
Примеры. Одна из нескольких групп рыб одного вида в озере;
куртины деревьев одной породы (дуб монгольский, кедр и др.),
разделенные лугами, куртинами других деревьев или
кустарников или болотами.

10.

Экологическая популяция – совокупность простых популяций,
внутривидовых группировок определенных биоценозов. Между
ними часто происходит обмен генетической информацией.
Острова Фарн (Англия) Большие
дрофы (буревестники – птицы)
Демэкология
Популяции белок на одном участке в
сосновых, елово-жаворонковых и
широколиственных лесах

11.

Географическая популяция - совокупность экологических популяций,
расселенных на географически сходных территориях. Географические
популяции существуют автономно, ареалы их относительно
изолированы, 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
разновидностей, выделяются подвиды.
Распределение вида в популяции является следствием
неоднородности занимаемой территории. Поскольку
географические условия различаются, меняется и
популяции. Представители разных географических
популяций, как правило, отличаются друг от друга
морфологическими особенностями приспособления к
жизни в разных условиях.
У вида "белка обыкновенная" насчитывается
около 20 географических популяций, или
подвидов.
Демэкология

12.

Демэкология

13.

Популяция характеризуется
основными характеристиками:
следующими
популяция – это жизненная форма вида;
целостность
(территориальная
общность,
генотипическая и фенотипическая общность);
разное качество особей в популяции;
саморегуляция.
Демэкология

14.

Основные характеристики популяций
Статический – описывает состояние
населения в определенный момент
времени.
ть популяции определяется
м особей или биомассы на
лощади либо объема,
400 деревьев на 1 га, 0,5 г
1 м3 воды.
Численность популяции – это
общее количество особей на
данной территории или в данном
объеме.
Показатели структуры
Возрастной состав
Половой
состав
Размерный
состав
Динамические – показатели
описывают процессы,
происходящие в популяции за
определенный период времени
(интервал).
Смертность
Число погибших
особей в
популяции за
единицу времени
Рост
популяц
ии
Рождаемость
популяции
Количество особей,
рожденных в
популяции на
единицу времени.
Жалпы
белгілі бір уақыт
аралығында популяцияда
қаза болғандардың саны
ретінде анықталады
Абсолюттік немесе жалпыбелгілі бір уақыт аралығында
популяцияда туған
дарақтардың саны ретінде
анықталады
Үлес –
белгілі бір уақыт аралығында
қаза тапқан дарақтардың
популяцияның барлық
дарақтарының санына
қатынасы
Демэкология
Үлес –
белгілі бір уақыт
аралығында Туған
дарақтардың
популяцияның барлық
дарақтарының санына
қатынасы

15.

Статические показатели популяций характеризуют состояние популяции на
данный момент. К ним относят численность, плотность и показатели структуры
(половой, размерный, возрастной).
Численность популяции – это общее количество особей на данной территории
или в данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения
(плодовитости) и смертности. В период размножения происходит рост популяции.
Смертность же, наоборот, приводит к сокращению ее численности.
Плотность популяции определяется количеством особей или биомассы на
единицу площади либо объема, например: 400 деревьев на 1 га, 0,5 г циклопов в 1 м3
воды. Нередко важно различать среднюю плотность, т. е. численность или биомассу
на единицу всего пространства, и удельную или экологическую плотность –
численность или биомассу на единицу обитаемого пространства, доступной площади
объема, которые фактически могут быть заняты популяцией.
Особи, составляющие популяции, имеют различные типы пространственного
распределения, выражающие их реакции на различные влияния, например, добычу и
благоприятные физические условия или конкурентные реакции. Различают три типа
распределения или расселения особей внутри популяции:
Демэкология

16.

Равномерное распределение - расстояние между особями, составляющими
популяцию, более или менее одинаковое. (размещение деревьев в саду, птиц, которые
разделяют территорию на охотничьи наделы). В природе чаще связано с острой
конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения отмечают у
хищных рыб и у колюшек с их территориальным инстинктом и сугубо
индивидуальным характером.
Демэкология

17.

Случайное распределение особей в популяции, при котором расстояние между
ними неодинаковое, местонахождение одной особи не зависит от другой, особи
располагаются беспорядочно. Случайно распределены особи большинства
популяций, если местообитания однородны и достаточно благоприятны, а
плотность популяции не очень высока. Так на первых порах распределяется тля
на поле. По мере ее размножения распределение приобретает групповой или
пятнистый (конгрегационный) характер.
Демэкология

18.

Групповое распределение встречается наиболее часто и характерно для
популяций в мозаичных экосистемах, например в саваннах деревья
распределены группами, и соответственно группами распределены обитающие
в них популяции птиц и насекомых. Этот же тип распределения отмечается у
животных, ведущих групповой образ жизни (сайгак) и формирующих колонии
(мышевидных грызунов). Групповое размещение особей жертв осложняет
хищникам их поиск, может сопровождаться эффектом взаимного
благоприятствования, быть средством регулирования температуры тела у
животных.
Демэкология

19.

Возрастная структура популяции – это статический параметр популяции,
характеризующий соотношение различных возрастных групп в популяции,
определяющий ее способность к размножению.
Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а
иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения
возрастных групп. По отношению к популяции обычно выделяют три
экологических возраста:
1 предрепродуктивный (до размножения);
2 репродуктивный (в период размножения);
3 пострепродуктивный (после размножения).
Демэкология

20.

Половой состав популяции.
Генетический
механизм
определения пола обеспечивает
расщепление потомства по полу
в
отношении
1:1,
так
называемое
соотношение
полов.
В
силу
разной
жизнеспособности мужского и
женского
организмов
это
первичное
соотношение
отличается от вторичного и
третичного.
У
человека
вторичное соотношение полов 100 девочек на 106 мальчиков, к
16-18 годам это соотношение
из-за повышенной мужской
смертности выравнивается и к
50 годам составляет 85 мужчин
на 100 женщин, а к 80 годам 50 мужчин на 100 женщин.
Демэкология

21.

Динамические показатели популяции — отражают процессы, протекающие
в популяции на данный момент. Основные из них рождаемость, смертность, скорость
роста популяции.
•Рождаемость — число новых особей, появившихся за единицу времени в результате
размножения.
•Смертность — число особей, погибших в популяции за единицу времени.
•Скорость роста популяции — изменение численности популяции в единицу времени.
Зависит от показателей рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции.
Скорость роста может быть выражена в виде кривой роста популяции. Существует
две модели роста популяции: J-образная(Экспоненциальный рост) и Sобразная(Сигмоидальный рост) .
•J-образная кривая отражает неограниченный рост численности популяции, не
зависящий от плотности популяции.
•S-образная кривая отражает рост численности популяции, зависящий от плотности
популяции, при которой скорость роста популяции снижается по мере роста
численности (плотности).
Демэкология

22.

Кривые выживаемости используются для мониторинга динамики
смертности в разных возрастных группах.
Кривые выживаемости строятся на основе данных смертности для разных
возрастных групп населения.
I тип Кривой выживания (тип дрозофилы) показывает высокую смертность с
возрастом.
II тип Кривой выживания (тип гидры) характерна для организмов с
одинаковой смертностью в любом возрасте (прямая линия соответствует
таблице).
III типа Кривой выживания (устричный тип) характерна для организмов,
погибающих преимущественно на ранних стадиях жизни.
Демэкология

23.

Возрастная структура – ​это соотношение в
популяции разных возрастных групп особей,
различающихся по способности к размножению. В
природных популяциях животных выделяются три
возрастные
группы.
1) Предрепродуктивные
особи — молодые особи, не достигшие полового созревания и
еще не способные давать потомство. давать потомство.
2) Репродуктивные особи — половозрелые размножающиеся особи.
3) Пострепродуктивные особи — старые особи, утратившие
функцию размножения и уже не дающие потомства.
1
2
Демэкология
3

24.

Случайное распределение редко встречается в
природе, и организмы не склонны группироваться
вместе.
Равномерное распределение происходит там, где
между особями существует сильная конкуренция или
антагонизм.
Встречается в чистых зарослях некоторых растений.
Мозаичное (групповое) распространение –
образование различных коллекций – наиболее
распространено.
Например, грачи гнездятся в рощах и парках.

25.

Демэкология

26.

Гомеостаз — динамическое равновесие процессов в
организме, популяции, биоценозе, экосистеме.
Механизмы популяционного гомеостаза являются
основой поддержания стабильности экологических
систем. Их можно разделить на 3 функциональные
категории:
поддержание
благоприятной
пространственной
структуры популяции
поддерживать генетический состав.
регулирование плотности популяции.
Демэкология

27.

Демографические показатели популяции :
• скорость полового размножения;
• уровень смертности и ожидаемая продолжительность
жизни населения;
• общая численность (для растений – общая биомасса).
Если
рождаемость
превысит
смертность
при
незначительной эмиграции и иммиграции, то население будет
расти. Если в составе населения присутствуют все возрастные
группы, рост населения представляет собой непрерывный
процесс.
Демэкология

28.

Типы роста популяции
Экспоненциальная или J-образная
модель роста характерна для
популяций без ограничений роста.
Любой вид теоретически способен
увеличивать численность. когда
достаточно еды, воды, пространства,
а также отсутствие конкуренции за
пространство
и
отсутствие
хищников.
Темпы роста уменьшаются и становятся
равными нулю, когда численность
населения достигает предела (уровня k).
Такой прирост населения характеризуется
сигмовидной кривой (S-образной
формой), логистической функцией
Демэкология

29.

Демэкология

30.

Экологическая ниша — совокупность экологических условий (ресурсов,
пространства), необходимых для существования популяций в экосистеме, то есть
комплекс факторов, необходимых для выживания вида, включая его
взаимоотношения с другими видами в сообществе. Понятие «экологическая
полость» было введено в науку зоологом Джорджем Гриннеллом для определения
роли видов в биоценозе.
Демэкология

31.

Экологическая ниша — абстрактное понятие, это совокупность всех
факторов окружающей среды, способствующих существованию вида в
природе. По мнению Ю. Одума, понятие экологической ниши
относится к роли организма в экосистеме, то есть среда обитания
является «адресом» вида, а «ниша» — «специализацией» вида. .
Например, травоядные антилопы и кенгуру занимают одну и ту же
экологическую нишу, хотя и живут в разных местах. Напротив, и
лесные белки, и олени занимают разные экологические ниши, хотя и
являются травоядными. Из-за разнообразия типов питания
экологическая ниша лучше всего наблюдается у животных.
Демэкология

32.

Согласно принципу Гауза, два вида не могут сосуществовать на небольшом
пространстве. Потому что ресурсов в космосе недостаточно для
увеличения
численности
обоих
видов.
То
есть
виды
со
схожими
экологическими потребностями не могут занимать одну и ту же
экологическую нишу (место).
Демэкология

33.

Древесные или травянистые растения в лесу располагаются ярусами
(рядами).Лесная сукцессия — хороший пример распределения различных
организмов по экологическим нишам. Организмы каждого вида могут иметь
две
экологические
ниши:
фундаментальную
и
реализованную.
Фундаментальная ниша — это условия, в которых может жить вид, а
воплощенная ниша — это встреча видов в этом сообществе. Реализованная
полость образует часть основной ниши.
Демэкология

34.

Георгий Францевич Гаузе — советский
микробиолог, эволюционист, один из
учёных, основавших экологию.
Демэкология

35.

Уравнение функции
роста:
Nt N0 e
rt
Темпы роста :
dN
N0 r
dt
N – плотность популяции;
N0 – начальная плотность популяции;
Nt – плотность в момент времени t;
r –скорость роста популяции, основанная на
характеристиках
организма
(потенциальная
скорость роста)
Демэкология

36.

численность
В 40-е годы С. А. Северцов проанализировал годовую
численность млекопитающих и птиц. Установлено, что
существуют различные типы динамики численности
популяции.
III
II
I
Демэкология
годы

37.

I. Стабильный тип: небольшая амплитуда и длительное
колебание численности (10-20 лет). Для крупных животных
(китообразных, копытных, крупных рептилий) характерна
большая продолжительность жизни, низкая скорость роста и
высокий уровень адаптации.
Демэкология

38.

II. Лабильный тип: период 5-11 лет с гораздо большей
амплитудой. Характерен для животных с небольшими
размерами тела и малой продолжительностью жизни.
Смертность таких животных увеличивается в период
размножения. Примерами могут служить крупные грызуны,
кролики, некоторые хищники, птицы, рыбы и насекомые с
длительным циклом развития.
Демэкология

39.

III. Эфемерный тип: бум рождаемости чередуется с
периодами депрессии, амплитуда очень велика.
Продолжительность цикла до 4-5 лет. Характерен для
недолговечных видов с низкой приспособляемостью,
высокой репродуктивностью, но высокой смертностью
(мелкие грызуны, насекомые).
Демэкология

40.

Биоценоз – сложная природная
система, комплекс живых и
родственных видов («биос» – жизнь,
«койнос» – общий
Биотоп (экотоп)-(топос-место) –
место естественного биоценоза.
Биогеоценоз = биоценоз +
биотоп. (В. Н. Сукачев, 1940).
Экосистема — совокупность
организмов и неорганических
компонентов,
поддерживающих круговорот
веществ (А. Тенсли, 1935).
Демэкология

41.

Сообщества организмов состоят из видов, а виды состоят из
популяций.Вид состоит из одной или нескольких популяций, численность
которых может варьироваться. Строгой границы между популяциями
нет, но их изоляция зависит от географических условий, среды обитания и
численности соседних популяций. Границы между популяциями могут
исчезнуть из-за их быстрого размножения. Для многих популяций
млекопитающих характерно стадное существование.
Что касается структуры населения, то она делится на
пространственную, возрастную, половую и генетическую.
Пространственная структура определяется в зависимости от
пространственного распределения особей и биологических свойств вида,
особенностей среды обитания и времен года. Например, многие виды
организмов живут группами (птицы) или стадами (млекопитающие).
Демэкология

42.

Возрастные
характеристики
популяции
определяются
количеством
разновозрастных организмов в популяции, а половые признаки - числом самцов и
самок.
Генетическая структура отличается взаимосвязью числа различных генотипов в
популяции.
Популяции в сообществе – это популяции, которые взаимодействуют друг с
другом. Один из них создает среду обитания для других организмов. Например,
деревья служат местом гнездования птиц или своей тенью препятствуют
росту травянистых растений. Это считается одним из нормальных соединений.
Но в основном организмы взаимодействуют друг с другом посредством питания,
один организм питает другой организм. Например, лисы питаются полевками и
мышами, поэтому они тесно связаны друг с другом.
Демэкология

43.

Для популяций основной единицей измерения считается количество
находящихся в ней организмов или особей. Этот размер непостоянен или
зависит от многих факторов (скорость воспроизводства, смерть от
старости или болезней, уничтожение хищников, миграция).Если по какимлибо причинам определить численность популяций не удается, то
определяют их плотность, которая определяется количеством особей на
определенной площади (у наземных млекопитающих) или объеме (у водных
животных).
Демэкология

44.

Распределение и численность особей в популяции определяются
географическими, физическими и экологическими условиями, в которых они
обитают. Виды распределены в популяции неравномерно. Поэтому
размещение популяций «плотное» и «островное». В «густо» распределенных
популяциях существуют пояса, в которых особи распределены очень плотно.
Например, для популяций березы на Русской равнине характерно «густое»
размещение, они очень густо расположены на одном участке, а в других
местах могут быть редки. Напротив, «островным» распространением
можно назвать групповое распространение березы в Западной Сибири.
Демэкология

45.

Возрастные особенности также характерны для популяций. Например,
деревья в лесу разновозрастные, поэтому в опылении участвует пыльца
растений разного возраста. Напротив, популяции отдельных видов всегда
молоды. Например, возраст морских лососей Дальнего Востока всегда
однороден.
Половая структура и пол организмов, принадлежащих к разным видам
популяции (животных и двудомных растений), также различны, что
зависит от интенсивности их размножения. У организмов,
размножающихся партеногенезом (ракообразные, насекомые), скорость
размножения находится на очень высоком уровне.
Демэкология

46.

Размер популяции измеряется условиями среды обитания, уровнем
рождаемости, смертностью и изменениями по сравнению с другими
популяциями. Иногда одни и те же виды в разных популяциях сливаются или
делятся на более мелкие группы.
Животные и растения могут очень быстро увеличивать свою численность с
течением времени. Это вегетативное свойство, то есть их размножение,
называется биотическим потенциалом вида, который находится на очень
высоком уровне. Например, сюда входят бактерии. Численность насекомых и
некоторых ракообразных увеличивается за год в 10–30 раз.
Что касается млекопитающих, то их биотический потенциал невысок, одна
пара овец рождает только одного ягненка в год.
Демэкология

47.

При увеличении плотности популяций ухудшаются условия, необходимые
для их роста и размножения, и как следствие, снижается прирост их
численности. Эти условия хорошо видны на кривой роста бактерий.
В мире микроорганизмов увеличение их численности, то есть плотности,
связано со скоростью деления клеток. а у многоклеточных организмов их
число увеличивается за счет рождения и смерти. В основном рождаемость
показывает степень их роста.
Плодовитость разделяется на абсолютную и индивидуальную, в первом рождаемость в популяции - это число особей в определенный период
времени, а во втором - число указывает на число потомков известных
организмов.
Демэкология

48.

Индивидуальная рождаемость для человека означает
его рождаемость. Например, если на 100 жителей
рождается 5,6 детей, то рождаемость равна
5,6%.Контраст между рождением и смертью
отражает скорость сокращения популяции из-за
старения, старения, болезней, хищников и других
факторов.
Соотношение рождаемости и смертности в
закрытой популяции означает, что численность
организмов изменилась. При высокой смертности
увеличение численности размножения прекращается.
Напротив, если рождений больше, чем смертей, число
поколений увеличивается, то есть увеличивается
численность популяции.
Численность популяции постоянно меняется, и ее
частота особенно характерна для насекомых.
Например,
колебание
численности
саранчи
увеличивается в тысячу раз в год ее наибольшего
размножения (волны жизни).
Демэкология

49.

Экологическая популяция – совокупность локальных популяций,
связанных с экологически однородными территориями. Например,
особи одного и того же вида обитают и в еловых, и в сосновых лесах.
Здесь можно сказать, что существуют две экологические популяции –
пихтовая и сосновая.
Демэкология

50.

Географическая популяция широко используется для обозначения
совокупности локально компактных популяций, обитающих в пределах
определенных географических границ. Поэтому географическое
население делится на экологические популяции, а они — на компактные
(локальные) популяции. Таким образом, существуют стадии популяций
разного уровня, производные друг от друга.
Демэкология

51.

В панмиксированных популяциях структура наследственности следующего
поколения зависит от числа разных типов гамет родителей вследствие
множества комбинаций разных гамет при оплодотворении. Одним из
способов изучения генетики таких популяций является определение частоты
распространения в ней отдельных гетерозиготных представителей.
Демэкология

52.

Большинство видов животных и растений делятся на большие группы,
называемые расами, которые включают группы географических или
экологических популяций одного и того же вида, морфологически хорошо
отличающихся от популяций других видов. Такие виды, классифицированные
на расы, называются политипическими видами. Расы, выделенные из
политипического вида, могут существовать в трех формах: 1) подвида, 2)
экотипа и 3) биологической расы.
Демэкология

53.

Видовая ветвь, или географическая раса, — совокупность
географических популяций, изолированных и устойчивых в
географическом положении и различающихся по морфологическим
характеристикам. Из этого определения видно, что каждая ветвь
вида имеет определенные морфологические характеристики и ареал. В
то же время в местах смешения ветвей видов, принадлежащих к
одному виду, всегда имеются промежуточные формы. Ветви вида в
природе постоянно скрещиваются и дают вегетативное потомство,
поэтому физиологического и генетического сходства между ними нет.
Демэкология