КУРСОВА РОБОТА з загальної екології

На тему: «Демекологія ЯК екологія популяцій»

Зміст

1. Організація на популяційному рівні

2. Динаміка популяцій. Загальні уявлення та поняття

3. Структура популяцій

4. Типи взаємовідносин між популяціями

5. Ріст чисельності популяції, криві росту та виживання

1. Організація на популяційному рівні

При будь-якому біологічному дослідженні виникає необхідність розмежування матеріалу, який ми маємо вивчити на певні одиниці, далі яких розподіл уже не проводиться. В генетиці це ген, в систематиці - вид, при вивченні екосистем біогеоценозу, характеристику якого ми будемо вивчати в наступних темах, це популяція, яка володіє певними характеристиками системи. Популяція є цеглиною, з якої і розпочинається власне екологія організмів будь-якої екосистеми, є першою надорганізмовою біологічною системою.

Термін "популяція" запозичений з демографії В. Іогансеном у 1905 р. на позначення групи особин одного виду, які здатні до вільного схрещування, населяють певний простір протягом життя багатьох поколінь і відокремлені від інших подібних угруповань. Найістотнішими параметрами популяцій є динаміка чисельності особин, структура - вікова, статева, просторова, ієрархічна і густота населення.

Як і більшість понять екології, термін "популяція" неоднозначний. Спеціалісти різного профілю, виділяючи популяції у природі, користуються різними критеріями.

У генетиці популяції розглядають як структурні одиниці, що утворюють таксономічний вид. Обов'язковою умовою виділення окремої популяції в цьому випадку є наявність вільного обміну генами серед усіма особинами даної популяції, що забезпечує спільність генофонду. Такі популяції називають менделівськими. Вони невеликі за розмірами. Річ у тім, що у рослин при вітрозапиленні та при запиленні комахами пилок розноситься, як правило, на невеликі віддалі. У вітрозапильних чагарників та дерев вона не перевищує 100-150 м. В ентомофільних рослин комахи можуть розносити пилок на віддалі, не більші за 1-3 км, але звичайно взяток береться в радіусі всього декількох сот метрів. Невеликі шлюбні території й у тварин. У менделівських популяціях особини теоретично повинні бути повністю ідентичні. Але звичайно це не спостерігається. Така ідентичність має місце лише тоді, коли живі організми розмножуються нестатевим шляхом або автогамно. Так формуються популяції кореневищної рослини пирію, гермафродитних тварин типу паразитичного ціп'яка або партеногенетичних скельних ящірок.

У ботаніці критеріями виділення популяції служить її розміщення в межах певного біоценозу. Такі популяції називають ценотичними. Розміри ценопопуляцій можуть бути різними. У невеликих ценозах вони невеликі, а в монотонно-однорідних типу тайгового лісу можуть охоплювати території у сотні та тисячі гектарів і складатися з багатьох мільйонів особин.

В екології та зоології популяції частіше виділяють за ознаками їхнього розподілу на певній території та достатній відмежованості від популяцій того ж виду. У цьому випадку популяцію називають локальною.

Механізми ізоляції окремих популяцій бувають двох типів: територіальні та репродуктивні. У першому випадку межами між популяціями виступають певні бар'єри: гірський хребет, річка і т.п. У другому випадку ізоляцією є неможливість схрещування між особинами різних популяцій. Наприклад, особини конюшини гірської на південному та на північному схилах одного й того ж пагорба можуть належати до різних популяцій, оскільки на північному схилі цвітіння починається тоді, коли цвітіння на південному схилі вже пройшло.

Вивчення популяційної структури виду має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення при здійсненні заходів з раціонального природокористування. Важливо знати загальні біологічні властивості виду, а також як впливає зовнішнє середовище на його формування. Знання екології популяцій особливо необхідні під час цілеспрямованої інтродукції. Досвід попередніх років показує, що навіть „корисні" види, їх інтродукція може призвести до повної перебудови екосистеми та зникнення аборигенних видів. Як класичний приклад можна згадати інтродукцію кролика, який за короткий період став основним конкурентом усім травоїдним тваринам на Австралійському континенті. Слід відмітити, що це явище краще прослідкувати на тваринах і набагато складніше на рослинах. Разом з тим рослини інтродуценти є не менш активними чинниками при деструктивних змінах екосистем. Як правило, інтродукований вид є агресивніший по відношенню до аборигенних видів, йому на початкових етапах людина створює більш сприятливі умови.

Отже, штучно скорочується час адаптації виду до нових умов.

Нерідко нові види привносять з собою і види, які трофічно з ними пов'язані, але як не дивно нерідко шкодять більше аборигенним видам.

Вивчаючи популяцію, ми визначаємо не тільки її сучасний стан, але намагаємось провести аналіз стану даної популяції в минулому та провести прогноз її росту під впливом різних факторів.

2. Динаміка популяцій. Загальні уявлення та поняття

Розглянемо, які фактори впливають на чисельність популяції - загальну кількість особин, які належать до однієї популяції на даній території або в даному об'ємі. Повінь, пожежа, град, раптові морози, посуха, бурелом, Надмірне застосування хімпрепаратів, реконструкція ландшафту, вселення нових видів хижаків, паразитів, епідемії - все це може призвести до багаторазового скорочення чисельності популяції; навіть до повної її загибелі. Загибель або різке скорочення чисельності популяції, як правило, викликає ланцюгову реакцію в біоценозі і може спричинити коливання чисельності популяцій інших видів. Аналіз причин загибелі окремих видів свідчить про те, що зникнення одного виду рослин викликає загибель від 3-4 до 20-30 і навіть більше видів тварин.

При зниженні чисельності популяції зменшуються можливості обміну генетичною інформацією, що призводить до зниження життєздатності. Тому пізнання закономірностей динаміки чисельності популяцій має першорядне значення. У кожний конкретний момент будь-яка популяція складається з певної кількості особин, але ця величина досить динамічна. Часто вона залежить від народжуваності і смертності у популяції.

Народжуваність - кількість нових особин, які з'явилися за одиницю часу у процесі розмноження.

Смертність - кількість особин, які загинули за одиницю часу. І Відтворення потомства - головне джерело поповнення популяції. У рослин - це кількість насіння, у риб - ікринок, у птахів - яєць і т.п.

Швидкість зростання популяції визначається біотичним потенціалом. Біотичний потенціал - це кількість нащадків, яку здатна дати одна материнська особина. В одних видів біотичний потенціал може перевищувати мільярд, у інших - обмежуватись кількома десятками. Види, що живуть у сприятливих умовах і добре пристосовані до виживання, мають низький біотичний потенціал; і навпаки, висока смертність зумовлює надзвичайну плодовитість. Наприклад, риби, які не турбуються про потомство, відкладають тисячі і навіть мільйони ікринок. Біотичний потенціал деяких видів риб сягають - у місяць - до 3 млрд., а в акул, для яких характерне яйце живонародження, він обмежений десятками. Більшість шкідливих комах здатні плодити від кількасот до тисячі особин. Для стабілізації чисельності популяцій достатньо, щоб до розмноження доживало стільки потомків, скільки було батьків. Якщо відсоток виживання вищий за відсоток рівноваги, популяція зростає, якщо нижчий -зменшується. Це необхідно враховувати як при боротьбі із шкідниками, так і при охороні зникаючих видів. Чисельність будь-якої популяції коливається під впливом дії біотичних і абіотичних факторів. Існує поняття мінімальної чисельності популяції, нижче якої популяція перестає існувати. В деяких випадках (рослинні угрупування) доцільно використовувати не показники кількості особин у популяції, а їх біомасу.

При характеристиці популяції часто використовують поняття щільності, тобто кількості особин певного виду на одиницю площі. Особливо активно даний аспект використовується в лісовому господарстві, де показник щільності кормових рослин використовується для визначення параметрів ємності мисливських угідь по відношенню до мисливської фауни.

3. Структура популяцій

Як вказувалось, структура популяції є однією із ознак популяції. Виявлення структурних елементів популяції, дало змогу більш чітко сформувати сучасні уявлення про популяцію. Крім того, виділення структурних елементів популяції дає змогу проводити більш ефективний аналіз стану популяції того чи іншого виду. Особливо це стосується видів, які перебувають у стані волі але експлуатуються людиною.

Просторова структура - закономірне розміщення особин даної популяції в просторі в певний період часу існування популяції. Аналіз любої популяції показує, що особини розміщуються по різному.

У рослинних угрупованнях просторова структура популяцій виявляється через характерне розміщення особин даного виду: вони можуть виступати поодинці, парами, групами або ж скупченнями. їх розміщення залежить від біологічних особливостей виду, стадії розвитку популяції, умов місцезростання. Відносно ж тварин, то тут важливим фактором є пора року (лялечка зимує в лісовій підстилці, гусениця живе в кроні дерева).

В багатьох випадках трапляється скупчення особин одного виду у біогрупи або парцели. В грабово-буковому лісі таку горизонтальну структуру творять береза, граб, липа, жостір, а з трав'яних рослин - яглиця, печіночниця, копитень, плющ, осока волосиста. Таке скупчення особин дає їм можливість витримати дію несприятливих умов середовища, а також міжвидову конкуренцію.

Розподіл особин популяції може бути:

• Рівномірним

• Груповим

• Випадковим

Випадковий розподіл в природі зустрічається дуже рідко тільки в тих випадках, коли середовище однорідне, а організми не намагаються об'єднатися в групи.

Рівномірний розподіл може зустрічатись там, де між: особинами дуже сильна конкуренція або існує антагонізм, який сприяє рівномірному розподілу в просторі.

Груповий - якщо особини в популяції намагаються утворити групи певного розміру. Деколи така структура нагадує випадковий розподіл. Такий розподіл зустрічається досить часто при утворенні пар, скупчень.

Такі скупчення виникають:

• як наслідок змін умов середовища (передміграційні скупчення, міграційні скупчення);

• як реакція на добові та сезонні зміни погоди; у зв'язку з процесом розмноження.

Будь-яке із таких скупчень має велике біологічне значення. У особин, які об'єднуються у певну групу, у порівнянні із одинокими особинами, спостерігається зниження смертності завдяки здатності групи протидіяти (певним чином) несприятливим умовам середовища.

Важливою ознакою територіальної структури популяції є знадність особини займати певну ділянку, яка є індивідуальною ознакою і для кожного виду різна. Підтримання меж ділянки досягається завдяки територіальності. Вважається (Ю. Одум), що територіальність це будь-який метод підтримання меж ділянки, яка необхідна для повноцінного функціонування особини. Існують різні механізми підтримання територіальних меж. У нижчих рослин і тварин це переважно алелопатія, у вищих тварин - захист території. Яскравим прикладом територіальності є спів птахів, мічення території ссавцями і т.п. Явище територіальності сприяє регуляції чисельності популяції на рівні, який є нижчим від рівня насичення. При збільшенні щільності включаються регулюючі механізми - зниження репродуктивної активності, агресивність, безпліддя тощо. Цікавим фактом є те, що навіть штучне підтримання харчового ресурсу (в лабораторних умовах це можливо) не може компенсувати явище територіальності.

Вікова структура - закономірне співвідношення різних вікових груп популяції.

При аналізі вікових категорій виявляється, дане явище має певну закономірність і стосується переважно організмів, яким властиве статеве розмноження. Разом з тим, реально існуючими є і одновікові популяції штучних систем - агроекосистем, де людина висіваючи певні культури створює одновікові популяції. В природі (при врахуванні віку насіння) такого не існує.

Порушення вікової структури веде до зниження репродуктивних властивостей популяції як наслідок зниження чисельності. Нехтування віковою структурою популяції веде до деструктивних змін системи (вітровали, ерозії, зсуви, міграції і т.п.).

Статева структура - закономірний розподіл особин даної групи II по статі.

Теоретично співвідношення статі однакове 1:1, але в природі рідко зустрічається таке співвідношення. Загалом вік особини популяції можна розділити на три періоди: до-репродуктивний, репродуктивний, пост-репродуктивний. Показники співвідношення статі є індивідуальною характеристикою популяцій різних видів. Помічено, що статева структура знаходиться у взаємозв'язку із віковою структурою. Тобто, якщо ми розмежуємо популяцію по віку, то різні вікові групи будуть представлені різним співвідношенням статі.

Отже, на наведеному прикладі бачимо, що при загальній чисельності 1526 особин різних вікові групи представлені різним співвідношенням Сі .і гей. В до-репродуктивний період воно близьке до співвідношення 1:1, але и репродуктивний період воно наближається до співвідношення 1:3 і в пост-рспродуктивний період близьке 1:1.

Основна функція підтримання чисельності особин лягає на особин І ні продуктивного періоду. Завдяки цьому забезпечується відносна сталість чисельності популяції. Зростання чисельності популяції може відбуватись 11рм збільшенні кількості особин репродуктивного віку, але в послідуючому н 1.11 ні популяції, в певний період свого існування, буде йти затримка росту, чисельності, зростання смертності і тільки по встановленню оптимального співвідношення статі чисельність особин даної популяції і коливатись в певних межах.

Теорія ієрархічної структури багатьма дослідниками відкидається. Але, разом з тим, будь-яку популяцію можна розмежувати за ієрархічною ознакою, так як кожна особина в популяції виконує свою, тільки їй властиву функцію. Ієрархія популяції проявляється у формі організації популяції: поодинокий спосіб життя, сімейний спосіб життя, зграя, стадо, колонія, прайд. Як відмічав К.Лоренц, батько етології (науки про поведінку), ієрархія популяції побудована на принципі домінантності та підпорядкованості. Всі особини популяції підпорядковані цьому принципу, а при вибуванні особини якоїсь ланки іде швидка перебудова ієрархічної структури популяції. Багато організмів мають дуже складну ієрархічну структуру (бджоли, мурашки і т.д.). Знання ієрархічної структури популяції дає людині потужний механізм управління популяцією.