Биология

Функционирование популяции и динамика ее численности в природе

Путешествия – давняя страсть человека. Но вместе с людьми часто «переезжали» животные, которые на удивление быстро приживались в новой среде и даже вытесняли местные виды. Одним из видов-захватчиков последних десятилетий стал гребневик мнемиопсис – небольшой прозрачный желеобразный морской организм. Он попал в Черное море вместе с балластными водами торговых кораблей в 1982 году. За 20 лет гребневиков в море стало так много, что иногда вода напоминает желе. Гребневик питался мелкими ракообразными и очень быстро подорвал запасы планктона – основного корма черноморских рыб. Удивительно, но Черное море спас другой вид-захватчик – хищный гребневик берое. На этот раз вселение оказалось удачным для экосистемы. Гребневик берое стал активно уничтожать мнемиопсиса и теперь держит его популяцию под контролем. Впрочем, виды-захватчики живут не только в море. Ими могут быть милые домашние кролики или кошки.

Показатели динамики численности популяции

Численность популяции – величина очень динамичная, в популяциях постоянно происходят изменения. Их силу и подвижность отображают так называемые динамические характеристики.

Рис. 1.

Состояние популяции характеризуется такими показателями, как:

1. Рождаемость.
2. Смертность.
3. Вселение и выселение особей.
4. Численность.
5. Скорость роста.

При этом непременно учитывается время.

Рождаемость – это число молодых особей, появившихся на свет за день, месяц или год.

Смертность – число погибших за этот же период.

Рождаемость в популяциях зависит, с одной стороны, от особенностей вида, с другой – от экологических условий.

Максимальное количество потомков, которое могла бы произвести за свою жизнь одна особь, называют суммарным коэффициентом рождаемости (у каждого вида он разный). Например, слониха рождает за жизнь всего пять-шесть слонят, а треска ежегодно мечет миллионы икринок.

Рис. 2. Атлантическая треска

Рис. 3. Африканский слон

Биотический потенциал неодинаков у различных популяций вида. Например, в Подмосковье серая полёвка лесной популяции обычно в одном помете приносит пять – семь, а иногда и девять детенышей, тогда как самка пашенной полёвки рождает больше – до 13 детенышей.

Рис. 4. Пашенная полёвка

Рис. 5. Серая полёвка

Биотический потенциал всегда выше у видов, больше подвергающихся гибели, иначе они бы просто исчезли с лица Земли.

Слониха растит и оберегает слонят вместе со всем стадом, а треска пускает свою икру на волю волн, где основная масса погибает.

Рис. 6. Тихоокеанская треска

Рис. 7. Стадо африканских слонов

Особи пашенной популяции полёвки подвергаются массовой гибели во время уборки урожая и вспашки полей, чего не бывает у лесной популяции.

Рис. 8. Вспашка земли

Рис. 9. Уборка картофеля

Баланс рождаемости и смертности, а также вселение и выселение особей во многом определяет плотность популяции на занимаемой ею территории. 

Рис. 10. Малый фламинго на озёрах в Кении

Рис. 11.

В благоприятных условиях всегда происходит рост популяции, особенно он заметен при заселении новых, подходящих для размножения мест (http://spb.ria.ru/Infographics/20120515/497859892.html). Рост популяций всех видов происходит схожим образом: теоретически популяция может расти, безгранично увеличиваясь в геометрической прогрессии. На деле этого никогда не происходит, потому что каждое место обитания имеет ограниченные ресурсы для жизни вида.

Рис. 12.

Сумма этих ресурсов оценивается как емкость среды, например, для лосей, которые питаются веточным кормом, лиственные леса с молодой порослью – более емкая среда, чем черные хвойные леса.

Рис. 13. Лось кормится ветками деревьев

Регуляция численности популяций

Если численность популяции превысит емкость среды, то начнется массовая гибель особей. Реальная численность популяции никогда не растет беспредельно. Сначала рост ускоряется, а затем начинает замедляться и постепенно прекращается.

Рис. 14.

В стабильном положении рост популяции уравновешивается потерями особей за счет смертности и миграции. Подобная кривая роста характерна для популяций всех видов – от бактерий до человека.

Уровень, на котором приостанавливается рост численности популяции, не всегда достигает емкости среды. Многие популяции перестают расти гораздо раньше, чем исчерпываются ресурсы, необходимые для существования.

Сигналом приближающейся опасности перепроизводства вида в данном месте обитания служит рост популяции. Проявляется одна из важнейших и удивительных возможностей живой природы – зависимость собственной популяции от своей плотности. Эта зависимость отработана естественным отбором – у каждого вида по-разному.

Рис. 15.

Популяция, по сути, представляет собой биосистему, то есть это не просто сумма отдельных особей, а сложная надорганизменная структура, способная регулировать свою численность и рационально использовать доступные ей природные ресурсы.

Рис. 16.

Эти свойства возникают на основе закономерных связей между членами популяции. (в картинке ниже надо «выдерживать» вместо «выдержывать», и «нехватка» вместо «нехватеп»)

Рис. 17.

Численность популяции всегда находится под двойным контролем:

1. Собственной плотности.

2. Воздействия различных врагов – хищников, паразитов и конкурентов.

Если численность жертв возрастает, хищникам легче добывать добычу. Они ловят больше добычи и могут сдерживать дальнейший рост популяции. Если же жертвы размножаются быстрее, чем их могут истреблять имеющиеся хищники, то их обилие становится выгодным для паразитов и возбудителей разных заболеваний, которые могут снизить численность популяции.

Рис. 18. Табун диких лошадей

Рис. 19. Стадо зебр

Рис. 20. Охота гепарда на антилоп

Виды, которые мало истребляются природными врагами, например, волки, тигры, львы, регулируют свою численность в основном за счет внутривидовых отношений: миграции, территориальности, ограничения рождаемости. Численность популяции постоянно изменяется под воздействием как биотических, так и абиотических факторов. Факторы неживой природы действуют на популяции односторонне. Под их влиянием смертность либо растет, либо уменьшается.

Внутривидовые и межвидовые отношения, то есть биотические факторы, зависят от плотности популяции. Когда плотность популяции растет – это заставляет действовать и конкурентов, которые, таким образом, выступают в качестве регуляторов плотности популяции. В богатых видами биоценозах численность и плотность популяции для каждого вида колеблется лишь в определенных пределах, потому популяции не растут до полного исчерпания своих ресурсов. Это особенно хорошо видно на примере сопоставления колебания численности хищника и жертвы.

Рис. 21.

Рис. 22. Вырубка лесов и строительство ГЭС

При обеднении видового разнообразия, вызванного антропогенным воздействием, баланс сил нарушается, и возникают условия для вспышек массового размножения отдельных видов.

Рис. 23.

Борьба с ростом плотности популяции

У растений с ростом плотности усиливается внутривидовая конкуренция. Слабым растениям не хватает ресурсов, и они погибают. У подвижных животных прямого подавления ресурсов не происходит, а при повышении плотности популяции усиливаются миграционные процессы, то есть выселение части особей на другие территории (Миграция северных оленей). Это особенно наглядно происходит, например, у белок или тундровых грызунов – леммингов. Миграции этих зверьков после успешного размножения обретают характер массового нашествия. Перелеты стадной саранчи огромными тучами также являются выселением за пределы места размножения. Немаловажный способ реагирования на повышение плотности популяции – задержка размножения, вплоть до полного его прекращения.

Рис. 24. Нашествие саранчи в Африке

Рис. 25. Миграция африканских слонов

Рис. 26. Миграция антилоп гну

 

Вопросы:

1. Каким образом может регулироваться численность популяции?

2. Какие показатели характеризуют состояние популяции?

3. Что такое биотический потенциал?

4. Каким образом происходит снижение плотности особей в популяции?

 

Ссылки на литературу

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – М.: Дрофа, 2009.

2. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса. 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.

3. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений / Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005.