Лекция 3
Динамика популяций
Модели динамики популяций.
1. J-образная кривая.
При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют максимальную рождаемость. Такой рост популяции начинается медленно и затем стремительно нарастает по экспоненте, то есть кривая роста популяции принимает J-образный вид.
Рис. 19
dN/dt = rN
r – выраженная скорость роста численности популяции, связана с максимальной скоростью размножения; чем выше скорость размножения, тем выше r.
r > 0, N ↑ экспоненциально (бум и крах популяции)
r < 0, N ↓ экспоненциально (бум и крах популяции)
размеры не стабилизируются
2. S-образная кривая.
При ограниченных ресурсах размеры популяции того или иного вида также ограничены, и смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Когда это случается, J-образная кривая роста популяции начинает плавно изгибаться и принимает вид S-образной кривой.
Рис. 20
dN/dt = rN · (K – N)/K
K – максимальное число организмов, которое может поддерживаться в данных условиях среды (емкость экосистемы); отражает влияние среды на снижение роста.
N > K, скорость роста отрицательна
N < K, скорость роста положительна
N = K, скорость роста равна нулю – стабилизация популяции.
Стратегии выживания.
Основные виды кривых численности популяций в природе:
- относительная стабильность;
- скачкообразный рост;
- циклические колебания.
R и K – стратегии популяций.
r-виды | К-виды |
Размножение быстро (высокая плодовитость, короткое время генерации)
Скорость размножения не зависит от плотности популяции
Энергия и вещество распределяются между многими потомками
Размеры популяции некоторое время могут превышать емкость среды
Вид не всегда устойчив на данной территории
Расселяются быстро
Размножение идет с относительно большими затратами энергии и вещества
Малые размеры особей
Малая продолжительность жизни особей
Местообитания сохраняются недолго
Слабые конкуренты
Защитные приспособления развиты слабо
Лучше приспособлены к изменениям окружающей среды (менее специализированы) Например: бактерии, тли, одуванчики
| Размножение медленно (низкая плодовитость, продолжительное время генерации)
Скорость размножения зависит от плотности популяции
Энергия и вещество концентрируются в немногих потомках, родители заботятся о потомках
Размеры популяции близки к равновесному уровню
Вид устойчив на данной территории
Расселяются медленно
Размножение идет с относительно небольшими затратами энергии; много энергии расходуется на рост и поддержку жизнеспособности отдельной особи
Крупные размеры особей
Большая продолжительность жизни особей
Местообитания устойчивые
Сильные конкуренты
Хорошие защитные механизмы
Высокая специализация для жизни в устойчивых местообитаниях Например: крупные тропические бабочки, альбатрос, деревья, человек. |
Рис. 21
Образование и вымирание видов.
Видообразование и вымирание видов – реакция на изменение условий окружающей среды.
Полагают, что 94-99% когда-либо существующих на земле видов вымерли (за 5 млрд. лет).
Для сохранения вида необходимо несколько десятков раздельно-половых особей:
Примеры вымерших видов:
- странствующий голубь (из-за охоты на них человека);
- динозавры (из-за изменения условий окружающей среды).
Видообразование:
- путем естественной селекции по одной генетической линии (лошадь);
- за счет расщепления исходного вида (в результате по ареалам с различными условиями, за счет
географической изоляции или миграции, например лисица: север – арктическая лисица (белая)
юг – серая лисица).
Изоляция в течение 103 – 105 поколений.
Арктическая лисица – приспособлена к холодному климату (густой мех, короткие уши, лапы и нос, белая окраска). Серая лисица – приспособлена к жаркому климату (редкий мех, длинные уши, лапы и нос). Арктическая и серая лисица вместе не скрещиваются в естественных условиях.
Коэволюция – под взаимным влиянием различных организмов: один вид оказывает влияние на другой.
Наиболее ценные ресурсы земли:
Биоразнообразие - включает два взаимосвязанных понятия: генетическое разнообразие и видовое разнообразие.
Видовое разнообразие – число различных видов внутри одного сообщества.
Генетическое разнообразие – многообразие генетических свойств у особей одного вида.
Изменения экосистем в ответ на крупномасштабный стресс.
С течением времени экосистемы меняются (зарастание водоема или вырубки)
Экологическая сукцессия – процесс, при котором одни сообщества видов растений и животных заменяются серией других, и обычно более сложных сообществ.
Экологическая сукцессия продолжается до тех пор, пока сообщество не станет максимально стабильным и самообеспечивающимся для данных условий (т.е. зрелым).
Зрелые сообщества – пустыни, травянистые системы и леса (в зависимости от климата)
Первичная сукцессия – последовательное развитие сообществ на участках, лишенных почв (скалы и глины после прохождения ледника, вулканическая лава и пепел, участки открытой добычи полезных ископаемых).
Голая природа à зрелый лес
несколько тысяч лет
Вторичная сукцессия – последовательное развитие сообществ в ареале, где естественная растительность уничтожена или сильно нарушена, но почва и донные отложения сохранены (заброшенные с/х угодья, вырубка, сильно загрязненные водоемы, земли, затопленные при строительстве водохранилища) – десятки и сотни лет.
1) поле à однолетние à многолетние à кустарники à молодой à зрелый дубовый лес.
дикие растения дикие растения сосновый лес
Северная Каролина; время 150 лет.
2) вырубки à травы à кустарники и à лиственный лес à зрелый хвойный лес.
молодые деревья (березовая роща)
Средняя полоса; время 100 лет.
3) пруд à болото à луг à лес (сотни лет).
Сопоставление зрелых и незрелых экосистем.
Характеристика | Незрелая экосистема | Зрелая экосистема |
Размер растений
Видовое разнообразие
Трофическая структура
Экологические ниши
Уровень организации (количество внутренних связей)
Пищевые цепи и сети
Эффективность использования энергии
Соотношение продуктивности и дыхания
Количество биомассы
| Небольшой
Низкое
В основном продуценты, мало редуцентов
Преобладают виды с R – стратегией
Низкий
Простые, в основном пастбищного типа
Низкая
P/R > 1
Малое | Большой
Высокое
Сочетание продуцентов, консументов и редуцентов
Виды с К – стратегией
Высокий
Сложные, с преобладанием детритных
Высокая
P/R à1
Большое |
Рис. 22
