Системный анализ в области изучения популяции

 

 

 

1.3.2 Половая  структура популяции

 

Половая структура популяции  – это количественное соотношение  особей по полу. Соотношение полов  популяции устанавливается по генетическим законам, а затем на него влияет среда. У большинства видов пол будущей особи определяется в момент оплодотворения в результате перекомбинации половых хромосом. Соотношение особей по полу, особенно размножающихся самок в популяции, имеет большое значение для дальнейшего роста ее численности. На соотношении полов в популяции влияют условия среды. У некоторых видов пол изначально определяется не генетическими, а экологическими факторами. Например, у рыжих лесных муравьев из яиц, отложенных при температуре ниже +20С развиваются самцы, а при более высокой температуре – самки. Механизм этого явления заключается в том, что мускулатура семяприемника, где хранится после популяции сперма, активизируется лишь при высоких температурах, обеспечивая оплодотворение откладываемых яиц[14].

 

1.3.3 Генетическая  структура популяции

 

Генетическая структура  популяции характеризуется разной степенью генетического разнообразия особей. Совокупность генов, которые  имеются у особей конкретной популяции, называется генофондом. Совокупность всех генов, сосредоточенных в хромосомах одного организма, называется генотипом. С позиций генетики, популяция - совокупность генотипов. Если соотношение генотипов в популяции неизменно, в ней существует генотипическое равновесие. Несмотря на изменчивость в ее структурных частях, популяция как целостная система устойчиво сохраняет генофонд, наследованный от предковой популяции.

Генотип, взаимодействуя с условиями среды, формирует  фенотип. Фенотипом называются элементарные признаки организма, определяющие индивидуальные особенности его строения и жизнедеятельности, которые зависят от взаимодействия генотипа с условиями среды.

Совокупность внешних  признаков организма, отражающих его  приспособленность к условиям среды, образует жизненную форму или биоморфу. Существование в течение многих поколений особей в популяции с двумя и более отчетливо выраженными формами, различающимися строением и выполняемыми функциями, называется полиморфизмом[17].

Универсальным свойством  всего живого, от вирусов и микроорганизмов до высших растений и животных, является способность давать мутации - внезапные естественные или вызываемые искусственно, наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Мутации лежат в основе наследственной изменчивости и проявляются в фенотипе взрослого организма в результате того, что они изменяют процессы его онтогенеза[5].

 

1.3.4 Возрастная  структура популяции

 

Возрастная структура  популяции – определяет все возрастные группы особей, в том числе всех стадий и фаз развития организма. В популяции животных выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный (довоспроизводящий), репродуктивный (воспроизводящий), и пострепродуктивный (послевоспроизводящий). Длительность каждого возраста по отношению к общей продолжительности жизни не одинакова у разных видов. В жизненном цикле растений выделяют около десяти возрастных состояний, объединенных в четыре периода (таблица 1).

 

\

 

 

 

Таблица 1. - «Возрастные периоды и состояния у семенных растений»

Период	Возрастное состояние	Индекс
I. Латентный (период покоя)	1. Семена	sm
II.Прегенеративный (вегетативный)	2. Проросток(всход)  3. Ювенильное 4. Имматурное  5. Виргинильное	pl j im v
III. Генеративный (плодоносящий)	6.Молодое  7.Зрелое  8. Старое	g1 g2 g3
IV. Постгенеративный (старческий)	9.Субсенильное  10.Сенильное  11. Отмирающее	ss s sc

 

Возрастное состояние  особи – это этап ее онтогенеза, на котором она характеризуется  определенными отношениями со средой. Приведем несколько примеров:

―     проростки имеют смешенное питание за счет запасных веществ семени и собственной ассимиляции;

―     ювенильные растения переходят к самостоятельному питанию, у них же отсутствуют семядоли;

―     у имматурных растений начинается ветвление побега;

―     переход растений в генеративный период определяется не только появлением цветков и плодов, но и внутренней биохимической и физиологической перестройкой организма.

Соотношение особей популяции  по этим состояниям называют возрастным спектром популяции. Он отражает количественные соотношения разных возрастных групп.

 

 

 

 

1.3.5 Этологическая  (поведенческая) структура

 

Этологическая (поведенческая) структура – это система взаимоотношений  между членами одной популяции. Этология – наука о биологических основах поведения животных.

Поведение животных по отношению к  другим членам популяции зависит  от того, какой образ жизни ведут особи:

-        При одиночном образе жизни особи популяции не зависимы и обособлены друг от друга. Такой образ жизни характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла;

-         При групповом образе жизни животные образуют семьи, колонии, стаи и стада, которые организованы иерархически. Иерархия у животных представляет собой систему поведенческих связей между особями группы, регулирующую их взаимоотношения и доступ к пище, убежищу, особям противоположного пола.

Семья – простейшая группировка  особей, которая после размножения  может распадаться, а может состоять из родителей и потомков нескольких поколений.

Колонии – групповое поселение  оседлых животных. Они могут существовать длительно или возникать на период размножения.

Стаи – временные подвижные  группировки особей для защиты от врагов, добычи пищи, миграции. В стаях  между особями существует постоянная звуковая и зрительная связь.

Стада – это более длительные и постоянные объединения животных. Стадо представляет собой группу животных одного вида, сохраняющих  близость друг к другу, ведущих себя одинаково[18].

 

 

 

 

1.4 Гомеостаз  популяции

 

Популяция организмов обладает способностью к естественному регулированию  плотности. Плотность популяции  при более или менее значительных колебаниях остается в устойчивом состоянии  между своими верхним и нижним пределами. Это обеспечивается действием определенных приспособительных организмов.

Тенденция популяций поддерживать внутреннюю стабильность с помощью  собственных регулирующих механизмов называется гомеостазом, а колебания  численности популяций в пределах какой-то средней величины – их динамическим равновесием. Все биологические системы характеризуются способностью к гомеостазу, т.е. к саморегуляции. С помощью саморегуляции поддерживается в целом существование каждой системы – ее состав и структура, внутренние связи и преобразования в пространстве и во времени.

Гомеостатическими являются прежде всего  отдельные особи, а затем популяции. Саморегулирующиеся системы на замкнуты, они активно взаимодействуют  с внешней средой и, следовательно, подвержены изменениям.

Саморегуляция – необходимое приспособление организмов для поддержания жизни в постоянно меняющихся условиях. Саморегулирование популяции осуществляется действующими в природе двумя взаимно уравновешивающимися буферными силами. С одной стороны, это биотический потенциал, составляющий совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяций, с другой – это сопротивление среды - совокупность факторов, снижающих численность популяции[14].

Итак, рост, снижение или постоянство  численности популяции зависят  от соотношения между биотическим потенциалом (прибавлением особей) и сопротивлением среды (гибелью особей). Изменения численности популяций какого-либо вида – это результат нарушения равновесия между ее биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей ее среды. Равновесие – понятие относительное. Например, в какой-то год популяция может снизить свою численность из-за засухи, а последующие годы с нормальным увлажнением полностью восстановить ее. Подобные циклические колебания обычно продолжаются неопределенно долго[8].

Биологическое регулирование популяции, абиотические факторы, независимые от плотности популяции, вызвать не могут, если они действуют изолированно от биотических. Зависимая от плотности динамика популяций обеспечивается биотическими факторами. Их называют регулирующими. Они «работают» по принципу обратной отрицательной связи: чем значительнее численность, тем сильнее срабатывают механизмы, обусловливающие ее снижение, и наоборот, - при низкой численности сила этих механизмов ослабевает и создаются условия для более полной реализации биотического потенциала. Факторы такого типа лежат в основе популяционного гомеостаза, обеспечивающего поддержание численности в определенных границах значения.

Действие регулирующих факторов можно рассматривать на уровне межвидовых и внутривидовых  взаимоотношений организмов. К межвидовым механизмам гомеостаза относятся взаимоотношения  хищник – жертва, паразит – хозяин и конкуренция. Конкуренция лежит  и в основе внутрипопуляционного гомеостаза. Она может проявляться в жестких и смягчающих формах. Жесткие формы заканчиваются гибелью части особей. Смягченные формы проявляются обычно через ослабление частей особей, выключение их из процессов размножения.

К механизмам внутрипопуляционного гомеостаза относятся угнетающие выделения во внешнюю среду более сильными особями, стрессовые явления, территориальность, миграции между популяциями. Выделения во внешнюю среду характерны как для растительных, так и для животных организмов[1].

Явление территориальности  наиболее четко выражены в живом  мире. К ним относятся различные  способы охраны занимаемых территорий (метка границ – кошачьи, собачьи; пение - птицы).

Важным механизмом регуляции  численности, проявляющимся в переуплотненной популяции, является стресс – реакция. Если на популяцию воздействует какой-то сильный раздражитель, она отвечает на него неспецифической реакцией, называемой стрессом.

Миграции, как фактор гомеостаза могут проявляться в  двух видах. Первый относится к массовому исходу особей из популяции при явлениях перенаселенности (характерен для леммингов, белок). Второй вид миграции связан с более постепенным уходом части особей в другие популяции с меньшей плотностью населения.

Гомеостаз в полной мере проявляется, если срабатывают все механизмы, лежащие в его основе. В настоящее время нарушения гомеостатических механизмов вызываются в большинстве случаев антропогенными факторами. В связи с этим, одной из важнейших задач человека является исключение или резкое снижение действия подобных факторов[16].

 

Глава 2. Показатели популяций

2.1 Статистические  показатели популяций

 

Статистические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени.

К статистическим показателям  относятся их численность, плотность и показатели структуры.

Численность – это  поголовье животных или количество растений, например деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы  – ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района.

Плотность – число  особей, приходящихся на единицу площади, например, плотность населения – количество человек, приходящееся на один квадратный километр, или для гидробионтов – это количество особей на единицу объема, на литр или кубометр.

Показатели структуры: половой – соотношение полов, размерный – соотношение количества особей разных размеров, возрастной - соотношение количества особей различного возраста в популяции[9].

Численность тех или  иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с  самолета или вертолета при облетах территории. Численность гидробионтов определяют путем отлавливания их сетями (рыбы), для микроскопических (фитопланктон, зоопланктон) применяют специальные мерные емкости.

Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений. Знание численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой) имеет большое экономическое и экологическое значение.

Плотность популяции  определяется без учета неравномерности распределения особей на площади или в объеме, т.е. получаем среднюю плотность животных, деревьев, людского населения на единицу площади или микроскопических водорослей в единице объема.