Популяция и ее основные характеристики

Первая кривая имеет  форму латинской буквы S. Эта S -образная кривая показывает, что в ходе роста популяции ее численность увеличивается с возрастающей скоростью. Вторая кривая напоминает по форме латинскую букву I. При I-образном росте скорость увеличения численности популяции некоторое время нарастает, но вскоре этот процесс начинает замедляться. В конце концов рост численности практически прекращается.

Для понимания механизмов, которые управляют ростом популяции, развивающимся по типу первой кривой, достаточно представить, что число потомков, производимых каждым организмом, выражается постоянной величиной. Так бывает у некоторых видов одноклеточных организмов (например, у водорослей), которые при благоприятных летних условиях начинают размножаться делением. Рост их численности происходит в геометрической прогрессии: одна клетка превращается в две, две в четыре, четыре в восемь и так далее. Таким типом роста обладают популяции некоторых видов животных, особенно мелких ракообразных, живущих в водной толще, у которых очень короткий цикл развития и простая возрастная структура.

Столь стремительный  рост, конечно, не может продолжаться долго. Рано или поздно свободные  ресурсы будут исчерпаны и  рост популяции прекратится. А так  как популяции с простой структурой (то есть имеющие склонность к I-образному типу роста) довольно чувствительны к изменениям внешних условий, их последующая динамика имеет форму резких скачкообразных изменений: короткие периоды быстрого возрастания численности чередуются с ее резкими падениями из-за нарушения условий жизни (рис. 20). Жизнь популяций такого типа характеризует одна важная особенность: они способны почти мгновенно реагировать на улучшение экологических условий и максимально использовать свободные ресурсы.

В основе роста популяций второго типа (изображаемого 8-образной кривой) лежат иные механизмы. Для их понимания представим себе, что каждая популяция может заполнить собой некий ограниченный объем жизненного пространства. Чем меньше пространства остается незанятым, тем медленнее происходит рост популяции. Поэтому, когда численность популяции мала, ее рост идет с возрастающей скоростью, но одновременно с этим сокращается пространство для жизни особей. И чем меньше его остается, тем заметнее снижается скорость роста, падая постепенно почти до нулевых значений.

Такой тип роста характерен для организмов, имеющих продолжительный  цикл развития, популяции которых  отличаются сложной возрастной структурой. Как вы знаете, популяции такого типа более устойчивы к внешним  воздействиям. Поэтому при завершении роста их динамика происходит в форме медленных колебаний с малой амплитудой, или плавных волн изменений численности (рис. 21).

 

Популяции второго типа не имеют  возможностей быстро реагировать на улучшение условий жизни, зато они более устойчивы к неблагоприятным воздействиям внешних факторов.

Характерные типы роста  популяций можно наблюдать, когда  тех или иных животных вселяют  в незанятые области или они  сами распространяются в новые районы. Самовселение некоторых представителей морской фауны рыб (например, тюльки) можно наблюдать в водохранилищах Волги, Камы, Днепра, где их численность достигла значительных величин. Рост этих популяций описывается S -образной кривой.

I -образная кривая хорошо описывает рост популяций некоторых микроорганизмов, например грибковых дрожжей, некоторых видов микроскопических водорослей. В целом, чем крупнее организмы, тем ближе к типу S -образной кривой рост популяции.

Колебания численности популяций. Когда рост популяции завершается, ее численность начинает колебаться (по сравнению с более или менее постоянной величиной). Это явление вызывают различные факторы. Сам процесс динамики популяции при этом может также проявляться по-разному.

У многих видов животных и растений колебания численности  популяций бывают вызваны сезонными изменениями условий жизни (температуры, влажности, освещенности, пищевой обеспеченности и др.). Примеры сезонных колебаний численности популяций дают всем вам хорошо знакомые картины летней природы. Тучи комаров, полные птиц леса, заросшие васильками поля — все это бывает в теплое время года и практически сходит на нет в зимний период.

Наибольший интерес, однако, представляют те колебания численности  популяций, которые происходят из года в год. Их называют межгодовые в отличие  от внутригодовых, или сезонных. Как вы уже знаете, межгодовая динамика численности популяций может иметь различный характер и проявляться в форме плавных волн изменений (численности, биомассы, популяционной структуры) или в форме частых скачкообразных изменений.

И в том и в другом случаях эти изменения могут  быть регулярными, то есть циклическими, или нерегулярными — хаотическими. Первые в отличие от вторых содержат в себе элементы, повторяющиеся через равные промежутки времени (например, через каждые 10 лет численность популяции достигает определенной максимальной величины). Возникновение циклических колебаний связывают с действием механизмов популяционной регуляции, о которых будет сказано далее.

Наблюдаемые из года в  год колебания численности некоторых  видов птиц (например, городского воробья) или рыб (уклейка, ряпушка, бычки и др.) дают пример нерегулярных изменений величины популяции, связанных, как правило, с изменениями климатических условий или же с изменениями загрязненности среды обитания веществами, оказывающими губительное воздействие на организмы.

К наиболее известным  примерам циклических колебаний  можно отнести совместные колебания  численности некоторых видов  северных млекопитающих. Например, циклы  трех- и четырехлетней периодичности  характерны для многих северных мышевидных грызунов (мышей, полевок, леммингов) и их хищников (полярной совы, песцов), а также зайцев и рысей.

В Европе лемминги порой  достигают такой высокой плотности, что начинают мигрировать из своих  перенаселенных местообитаний. Известны случаи, когда животные проходили через деревни в таком количестве, что кошки и собаки, которые вначале нападали на них, просто переставали обращать внимание на орды грызунов. Достигнув моря, многие лемминги тонули.

Наиболее известные  примеры колебаний численности у насекомых — ее циклы у саранчовых (рис. 23). Сведения о нашествии странствующей саранчи в Евразии восходят к далекой древности. Саранча живет в пустынях и маловодных районах. На протяжении многих лет она не совершает миграций, не пожирает посевов и не привлекает к себе внимания. Однако время от времени плотность популяций саранчи достигает чудовищных размеров. Под влиянием скученности насекомые претерпевают ряд изменений своего облика (например, у них развиваются более длинные крылья) и начинают мигрировать в земледельческие районы, съедая все на своем пути. Причины таких популяционных   взрывов   обусловлены, по-видимому, нестабильностью     условий     среды Рост популяций саранчи в годы вспышек численности происходит по I -бразному типу. И у леммингов, и у саранчи не каждый случай нарастания численности сопровождается миграцией.

Иногда циклические  колебания численности популяций  можно объяснить сложными взаимодействиями между популяциями различных  видов животных и растений в сообществах. Рассмотрим в качестве примера колебания численности некоторых видов насекомых в европейских лесах, например бабочек сосновой пяденицы и лиственничной листовертки, личинки которых питаются листьями деревьев. Пики численности повторяются у них примерно через 4—10 лет. Колебания численности этих видов определяются и динамикой биомассы деревьев, и колебаниями численности птиц, питающихся насекомыми. По мере возрастания биомассы деревьев в лесу наиболее крупные и старые деревья становятся восприимчивыми к гусеницам листовертки-почкоеда и нередко погибают от повторяющейся дефолиации (исчезновения листьев).

Отмирание и разложение древесины возвращает в лесную почву  питательные вещества. Их используют для своего развития молодые деревья, менее чувствительные к напилению насекомых. Росту молодых деревьев способствует также увеличение освещенности из-за гибели старых деревьев с большими кронами. Тем временем птицы уменьшают численность листовертки-почкоеда. Однако в результате роста деревьев она (численность) вновь начинает увеличиваться и процесс повторяется.

Если рассматривать  существование хвойных лесов в больших промежутках времени, то становится ясно, чт₀ листовертка периодически как бы омолаживает экосистему хвойного леса, представляет собой неотъемлемую ее часть. Поэтому возрастание численности этой бабочки не представляет собой катастрофу, как это может показаться всякому, кто видит мертвые и умирающие деревья на определенной стадии цикла.

Причинами резких колебаний  численности некоторых популяций могут быть различные абиотические и биотические факторы. Иногда эти колебания хорошо согласуются с изменениями климатических условий. Однако в ряде случаев влиянием внешних факторов невозможно объяснить изменения численности той или иной популяции. Причины, вызывающие колебания численности популяций, могут заключаться в них самих; тогда говорят о внутренних факторах популяционной динамики.

Регуляция численности популяции. Под регуляцией численности понимается способность популяции к самовосстановлению числа ее особей до своей обычной величины, определяемой условиями и ресурсами ее экологической ниши. Эта способность обеспечивается системой механизмов, которые как бы автоматически срабатывают, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Регуляторные механизмы могут иметь характер поведенческих, демографических, физиологических реакций организмов на изменение их плотности.

Известны случаи, когда  в условиях перенаселения у ряд млекопитающих происходят резкие изменения физиологического состояния. Такие изменения, прежде всего, затрагивают органы нейроэндокринной системы, сказываясь на поведении животных, изменяя их устойчивость к заболеваниям и другим видам стресса.

Иногда это приводит к повышенной смертности особей, а  потом — к снижению плотности популяции. Зайцы-беляки, например, в периоды пика численности часто внезапно погибают от «шоковой болезни». У некоторых видов рыб при высоком обилии особей взрослые переходят на питание своей молодью, в результате чего численность популяции начинает снижаться.

Повышение смертности и  снижение рождаемости под влиянием высокой плотности наблюдаются  в популяциях многих видов животных и растений. Все эти реакции  объединяет то, что сигнал к их действию дает сама популяция, точнее ее плотность.

Вообще, регуляция популяционных изменений — очень сложный процесс, часто в нем участвует не только сама популяция, но ее окружение. Очень важное значение в регуляции численности популяций принадлежит биотическим взаимоотношениям организмов (конкуренции, хищничеству, паразитизму).  Здесь лишь заметим, что взаимодействие популяции с популяциями других видов никогда не бывает односторонним: популяция хищника не только влияет на популяцию жертвы, но и сама испытывает ее влияние. В итоге это приводит к тому, что при влиянии одной популяции на другую первая популяция как бы влияет и на саму себя, регулируя, тем самым, изменение своей численности.

Не следует думать, что наличие регуляторных механизмов должно всегда стабилизировать численность. В некоторых случаях их действие способно приводить к циклическим колебаниям численности даже при постоянных условиях жизни.

Следы проявления различных  действий регуляторных факторов довольно часто обнаруживаются в динамике популяций, для которых свойственны  циклические колебания численности.

 

 

 

 

 

 

Вопросы для самопроверки

1. В одном  озере живут окунь, ерш, карась, щука, плотва. В соседнем, изолированном от первого, озере — окунь, щука, судак, лещ, плотва. Сколько видов и сколько популяций населяют оба водоема?

2. Что такое демографические характеристики популяций?

3. В чем  состоит практическое значение  изучения популяций? Приведите примеры.

4. Что такое индекс численности? Приведите примеры.

5. Перечислите показатели, которые характеризуют организмы популяции, их группы.

6.Назовите методы измерения обилия популяции.

7. Как можно проиллюстрировать различия между абсолютной (максимальной) и удельной (относительной) рождаемостью? Приведите примеры.

8. Для каких видов характерна высокая потенциальная и низкая удельная рождаемость?

9. Что такое кривая выживания?     

10. Какие свойства популяции определяются особенностями ее возрастного состава?

11. Почему многовозрастные популяции оказываются менее чувствительными к внезапным кратковременным изменениям условий жизни?

12. Какое значение имеет изучение возрастной структуры популяций?

13. Что такое динамика популяции?

14. В чем состоит явление регуляции численности популяций? Какое значение оно имеет в экосистеме?

15. Какую роль в изменении численности популяции играют абиотические и биотические факторы?

 

Материал для рассуждения

Решите  задачи

Для того чтобы удобнее  было сравнивать между собой популяции  разной численности, величину гТ/Т обычно относят к общей численности  популяции в начале промежутка времени  Т. Полученную величину М/(Т IV) называют удельной рождаемостью. Поскольку в течение промежутка времени Т величина рождаемости может меняться, рождаемость стараются рассматривать на как можно более коротких временных интервалах.

Различия между абсолютной и удельной рождаемостью легко проиллюстрировать на простом примере: предположим, что популяция, состоящая из 50 простейших организмов, в некотором объеме воды увеличивается путем деления. Через 1 час ее численность возрастает до 150 особей. Абсолютная (максимальная) рождаемость составила 100 особей в час, а удельная — только 2 особи.