Основные экологические законы существования организмов и популяций

Основные  экологические законы существования  организмов и популяций.

Популяцией  называют группу особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и  неограниченно долго поддерживать свое существование в данном местообитании.

Устойчивое существование различных  видов животных и растений требует  наличия определенных экологических  условий и подходящих ресурсов. При  перемещении организма из одной  местности в другую условия и  ресурсы могут меняться, причем несогласованно. Некоторые факторы могут меняться плавно (например, температура при  продвижении с юга на север), вовсе  не меняться (например, содержание диоксида углерода в воздухе) или меняться вдруг, скачкообразно (как это, например, происходит с изменениями состава  и структуры почв).

Все это приводит к тому, что  подходящие для видов местообитания  формируются в пространстве как  бы в виде отдельных островков. Виды «заселяют» эти островки своими популяциями. Следовательно, биологические виды существуют в форме популяций.

Границы между популяциями могут  быть четкими у видов, заселяющих острова или водоемы, либо размытыми  у видов, имеющих широкое географическое распространение и обитающих  в наземно-воздушной среде.

Важнейшее свойство популяций — самовоспроизводство. Даже несмотря на пространственную разобщенность, популяции способны неограниченно долго поддерживать свое существование в данном местообитании. Они являются устойчивыми во времени и пространстве группировками особей одного вида.

Популяции, обитающие на различных  участках видового ареала (общей области  распространения вида), не живут  изолированно. Они взаимодействуют  с популяциями других видов, образуя  вместе с ними биотические сообщества — целостные системы еще более высокого уровня организации. В каждом сообществе какая-либо популяция играет отведенную ей роль, занимая определенную экологическую нишу и совместно с популяциями других видов обеспечивая его устойчивое функционирование.

Популяции обладают не только биологическими свойствами составляющих их организмов, но и собственными, которые присущи  только группе особей в целом.

Составляющие популяцию организмы  связаны друг с другом различными взаимоотношениями: они совместно  участвуют в размножении, могут  конкурировать друг с другом за те или иные виды ресурсов, поедать  друг друга или вместе обороняться  от хищников. Внутренние взаимоотношения  в популяциях очень сложны. Поэтому  реакции отдельных особей на изменения  тех или иных экологических факторов и по-пуляционные реакции часто не совпадают. Гибель отдельных организмов (например, от хищников) может улучшить качественный состав популяции, повысить ее способность к самоподдержанию численности (подробнее — в главе 3).

Такие популяционные характеристики, как обилие, рождаемость, смертность, возрастной состав, называются демографическими показателями. Их знание очень важно для понимания законов, управляющих жизнью популяций, и предугадывания происходящих в них постоянных изменений. Изучение демографических показателей имеет большое практическое значение.

          Наилучшим образом популяцию  как группу организмов характеризует обилие. Мерой обилия может быть общая численность организмов в популяции или их общая биомасса. Однако измерение этих показателей применительно ко многим животным связано с большими трудностями.

При оценке популяционного обилия наиболее часто используется такой показатель, как плотность, — это численность, или биомасса, особей, приходящаяся на единицу площади или объема жизненного пространства. Примерами плотности популяции могут быть: 500 деревьев на 1 га леса; 5 млн экз. хлореллы на 1 м воды; 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоема.

Мерой обилия могут также являться и показатели, отнесенные не к единице  пространства, а к единице времени, например, число птиц, отмеченных в  течение часа, или число рыб, выловленных  за сутки. По сути, эти показатели отличаются от плотности лишь размерностью. И  те и другие являются относительными показателями и называются индексами численности.

Плотности популяций, например, разных представителей млекопитающих, могут  различаться в десятки тысяч  раз. В целом, чем более удалена  популяция от первичного источника  органической пищи, тем ниже ее плотность.

Рождаемость и смертность

Рождаемость — это показатель, характеризующий скорость увеличения численности популяции в результате размножения, или просто скорость размножения. Как и любой показатель скорости, он имеет временную размерность. Так, если среднемесячный приплод популяции полевки составляет 100 особей, то месячная рождаемость также составит 100 особей в месяц, а летняя (за 3 летних месяца) — 300 особей.

Таким образом, рождаемость — число новых особей (также яиц, семян), родившихся (вылупившихся, отложенных) популяцией за определенный промежуток времени.

Рождаемость можно выразить в относительных  показателях, например, измерять ее числом народившихся за единицу времени  особей, отнесенных к общей численности  популяции в начале сезона размножения. Если общая численность популяции  полевок к началу лета составляла 1000 особей, то относительная, или удельная, рождаемость за 1 месяц составит 100/1000 = 0,1, или 10%, а за сезон — 300/1000 = 0,3, или 30%.

Удельные показатели полезны для  сравнения между собой рождаемости  в популяциях разной численности. Они  более точно характеризуют интенсивность  процессов размножения организмов.

Когда жизнь популяции протекает  в благоприятных условиях, рождаемость  повышается, достигая максимума. Величина максимальной рождаемости определяется лишь числом самок в популяции и их способностью производить определенное число детенышей в единицу времени (то есть физиологической плодовитостью).

Обычно рождаемость ниже максимальной и соответствует сложившимся  экологическим условиям и называется экологической.

Экологическая рождаемость дает представление  о скорости размножения популяции  при фактически сложившихся условиях жизни. В общем, для видов, которые не заботятся о потомстве, характерна высокая потенциальная и низкая экологическая рождаемость. Например, взрослая самка трески выметывает миллионы икринок, из которых в среднем доживают до взрослого состояния лишь 2 особи.

Смертность  — это показатель, характеризующий скорость процесса снижения численности популяции. Так, если прослеживать судьбу некоторой группы особей, родившихся в одно и то же время, легко обнаружить, что их численность в течение жизни непрерывно снижается в результате отмирания части особей.

Смертность организмов проявляется  даже тогда, когда условия жизни  вполне благоприятны. В этих случаях  говорят о минимальной смертности, природа которой связана с дефектами физиологического развития, приводящими к гибели отдельных организмов. В конкретных экологических условиях смертность, как правило, выше минимального уровня, так как под влиянием внешних факторов (хищничества, отсутствия достаточного количества пищи, загрязненности среды и других) создаются дополнительные причины гибели организмов.

У большинства организмов интенсивность  смертности меняется в течение жизни. Обычно она высока на ранних стадиях  развития, затем снижается и вновь  возрастает к старости.

Как и рождаемость, смертность оказывает  большое влияние на численность  популяции и изменение ее хода. При одной и той же рождаемости  чем выше смертность, тем ниже численность популяции, и наоборот. Кроме того, смертность влияет на продолжительность жизни организмов в популяции и тем самым на ее возрастной состав.

Обратимся к простому примеру и  проследим за изменением продолжительности  жизни группы особей общим числом 1000, появившихся на свет в одно и  то же время. Рассмотрим два случая: в первом смертность составляет 50% в год, во втором — 70%. В первом случае изменения численности нашей группы по мере увеличения возраста особей будут выражаться следующими величинами: 1-й год — 1000, 2-й — 1000 х (1 - 0,5) = 500, 3-й — 500 х (1 - 0,5) = 250, 4-й — 250 х (1 - 0,5) = 125 и т. д.

Если полученные по таблице данные представить графически, можно получить кривые выживания, характеризующие возрастные изменения численности рассматриваемой группы. Кривые выживания подразделяются на три общих типа.

Сильно выпуклая кривая характерна для видов, у которых смертность резко повышается лишь к концу жизни, а до этого она остается низкой. Этот тип кривой характерен для многих видов крупных животных и, конечно, для человека.

Другой тип — сильно вогнутая кривая. Она получается, если смертность очень высока на ранних стадиях жизни. Хорошей иллюстрацией этого типа служат устрицы или другие двустворчатые моллюски, а также рыбы, дубы. Смертность очень велика у свободно плавающих личинок моллюсков и прорастающих желудей, но как только особи хорошо приживаются на подходящем субстрате, их смертность резко снижается.

К промежуточному типу относятся кривые выживания таких видов, у которых  смертность мало изменяется с возрастом  и остается более или менее  одинаковой в течение всей жизни  данной группы.

Форма кривой выживания связана  со степенью заботы о потомстве и  другими способами защиты молоди. Так, кривые выживания пчел и дроздов (которые заботятся о потомстве) значительно менее вогнуты, чем  у кузнечиков или сардин (которые  не заботятся о потомстве). Отсутствие заботы о потомстве у рыб или  других животных компенсируется значительно большим числом откладываемых яиц.