Раздел III. Демэкология Тема 1. Понятия о популяциях. Структура популяций . . . Раздел III. Демэкология (стр. 2 )

Рождаемость – характеризует появление новых особей в популяции, зависит от возраста особей в популяции, а также от условий среды. Различают рождаемость абсолютную и удельную.

Рождаемость абсолютная (общая) – число новых особей, появившихся за единицу времени.

Рождаемость удельная – число новых особей на особь в единицу времени (например, число детей, родившихся за год на 1000 человек).

Смертность популяции – это количество особей, погибших за определенный период.

Смертность абсолютная (общая) – число особей, погибших в единицу времени.

Удельная смертность – отношение абсолютной смертности к численности популяции.

При повышенной рождаемости возрастает конкуренция, возникает обстановка стресса, угнетения, увеличивается смертность или блокируется поступление в кровь половых гормонов, следовательно смертность при ее увеличении ведет к уменьшению численности, включаются механизмы, стимулирующие размножение. Таким образом, в популяции существуют механизмы саморегуляции, что позволяет достигать оптимального уровня ее численности.

Выживаемость – средняя для популяции вероятность сохранения особей каждого поколения за определенный промежуток времени.

Выживаемость = Взрослые особи, участвующие в размножении

                        особи, родившиеся в каждом поколении

Выживаемость обратно пропорциональна плодовитости. Средняя выживаемость равна от 0,000001% (у бактерий) до 10-30% (у птиц и млекопитающих). Таким образом, по мере повышения организации живых существ совершенствовались механизмы, обеспечивающие выживаемость особей: увеличение в яйцеклетке запасов питательных веществ, живорождение, развитие заботы о потомстве и др.

Различают три типа выживаемости популяций. Первый тип выживаемости характеризуется одинаковой смертностью во всех возрастах. Данный тип в природе встречается редко, например, в популяциях, которые находятся в оптимальных условиях. Второй тип выживаемости выражается значительной гибелью особей на ранних стадиях развития. Данный тип встречается у большинства растений и животных. Например, насекомых, рыб. Третий тип выживаемости отличается повышенной гибелью взрослых в большинстве случаев старых особей.

Динамика численности популяций

Динамика популяции – это процессы изменений ее основных биологических показателей (изменения численности, биомассы и популяционной структуры) во времени. Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она приспосабливается к изменениям окружающей среды.

Динамика численности природных популяций – закономерное экологическое явление, которое определяется как абиотическими (метеорологическими) факторами, так и биотическими (влияние хищников и паразитов, конкуренцией), которые изменяют силу своего воздействия в зависимости от плотности.

Биотический потенциал – способность к увеличению численности популяции за данный промежуток времени. Например, у крупных млекопитающих численность может возрастать лишь в 1,05-1,1 раза в год. У мелких насекомых (тлей, дафний (ракообразные) численность за год может возрастать в 1010 – 1030 раза. Еще быстрее численность увеличивается у бактерий и одноклеточных водорослей.

Характер увеличения численности популяций может быть различным. Выделяют два типа роста популяций: экспоненциальный и логистический.

Экспоненциальный рост – рост численности геометрической прогрессии при неограниченных ресурсах окружающей среды. График зависимости численности популяции от времени при экспоненциальном росте – экспонента.

Абсолютная скорость роста численности – величина изменения численности за единицу времени. Величина зависит от численности, чем выше численность, тем больше абсолютная скорость роста.

Удельная скорость роста численности – это скорость прироста на душу населения, отражает биотический потенциал.

Экспоненциальный рост наблюдается, когда популяция в избытке ресурсов и не испытывает воздействия неблагоприятных факторов. Например, рост лабораторных популяций микроорганизмов (дрожжей, бактерий) на начальной фазе их роста; вспышка численности саранчи.

Экспоненциально может расти численность популяций, вселённых в новую местность, где у них мало врагов и много пищи (например, рост кроликов, завезенных в Австралию). Экспоненциальный рост наблюдается в течении короткого времени.

Формула экспоненциального роста:

1) , где

N – численность особей в популяции;

t – время, следовательно, скорость изменения численности во времени;

r – константа – врожденная скорость роста численности.

Если r «+» - численность популяции увеличивается.

Если  r «-» - численность популяции уменьшается.

Логистический рост – рост численности при ограниченных ресурсах.

Ёмкость среды – предельная плотность, которую может достигать популяция в данных условиях среды.

Ёмкость среды зависит от наличия ресурсов для данной популяции. При плотности популяции равной ёмкости среды, скорость потребления ресурсов равна скорости их возобновления. Если плотность становится больше емкости среды, то ресурсов становится мало, в популяции увеличивается смертность или уменьшается рождаемость и ее плотность понижается.

Формула экспоненциального роста:

2) , где

N – численность особей в популяции;

t – время, следовательно, скорость изменения численности во времени;

К – емкость среды,

Если N > К, скорость роста уменьшается;

если N < К, скорость роста увеличивается;

если N = К, скорость роста не изменяется.

Логарифмическая                                Фаза замедления

               фаза                Стационарная                роста

  Лаг фаза                        фаза

       

Колебания и регуляция численности популяций

1) Колебания и регуляция численности популяций

Выделяют три типа популяционной динамики: стабильный, изменчивый и взрывной.

Стабильный – изменение численности всего в несколько раз.

Изменчивый – колебание численности в десятки раз.

Взрывной – динамика характеризуется периодическим превышением численности в сотни и тысячи раз.

Тема 3. Экологические стратеги

Экологические стратеги – это общая характеристика роста и размножения данного вида.

Сюда входят темп роста особей, время достижения половозрелости, плодовитость, периодичность размножения и др.

Экологическая стратегия зависит и от особенностей вида, и от условий среды. Если смертность вызывается в основном резкими, непредсказуемыми изменениями абиотических факторов, то происходит неизбирательная элиминация (уничтожение) особей. Гибель особи не зависит от ее качеств. В других случаях основную роль играют иные факторы отбора: конкуренция, хищники, охотящиеся на отдельных жертв. В этих условиях вероятность гибели зависит от качеств особи.

Экологические стратегии разнообразны. Однако выделяют два крайних типа, получивших название r и k (буквы из уравнения логичтического роста) (I и II).

Для r – стратегов характерны: быстрое достижение плодовитости, большое количество мелких потомков, не большие размеры и малая продолжительность жизни, а также высокая способность к расселению. Эта стратегия встречается у организмов, живущих в среде с редкими, непредсказуемыми условиями среды или в эфемерных (существующих очень не долго) биотипах, например, в пересыхающих лужах. При этом смертность не связана ни с индивидуальными особенностями, ни с плотностью популяции. В таких условиях отбор благоприятствует высокой скорости размножения.

k – стратеги медленно развиваются, имеют более крупные размеры и большую продолжительность жизни, образуют небольшое число более крупных, хорошо защищенных потомков. Они живут в стабильных или меняющихся закономерно условиях (например, со сменой сезонов), в такой среде могут существовать популяции с достаточно постоянной численностью, которые полно используют ресурсы. В таких условиях нецелесообразно затрачивать много ресурсов на продукцию большого числа потомков: выгоднее иметь немного потомков, но зато конкурентоспособных. Поэтому для II - стратегов характерны забота о потомстве, рождение немногих крупных детенышей или образование крупных семян и т. д.

Нужно иметь в виду, что одну и ту же среду обитания разные группы организмов могут использовать по-разному, поэтому в одном и том же биотопе могут сосуществовать виды с обеими стратегиями. Между этим крайними стратегами существуют переходы.

Раздел IV. Синэкология (биоценология)

Тема 1. Понятие о биоценозе. Структура биоценоза.

Многообразные живые организмы встречаются на земле не в любом сочетании, а в процессе совместного существования образуют биологические единства сообщества или биоценозы.

Биоценоз = сообщество. Термин был введен  К. Мебиусом в 1877г.

Биоценоз – («биос» - жизнь, «ценос» - сообщество) это совокупность всех видов животных организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающихся от других соседних территорий по химическому составу почв, вод, а так же по ряду физических показателей (высотой над уровнем моря, величиной солнечного облучения и т. д.).

В состав биоценоза, таким образом, входят такие компоненты, как: растительный – представлены тем или иным растительным сообществом - фитоценозом; животный компонент – зооценоз; микроорганизмы - микробоценоз.

Наиболее крупные сообщества называют биомами.