Динамика на населението. Биотичен потенциал Какво определя биотичния потенциал на популацията на вида

7.2. Първият биотичен цикъл (цианобактериална общност) Първичните хетеротрофни клетки, естествено, са частично оцветени и следователно взаимодействат с потока от слънчева радиация. Може да унищожи молекулите, особено нейната UV част, или да се загуби във формата

Гигантски потенциал Честотата на поява на потенциални гении се оценява от VP Efroimson като 1 / 2000–1 / 10 000 и трябва да бъде горе-долу еднаква за всички народи. Това не е толкова малка цифра. Тя посочва, че според статистиката поне всяко второ училище в страната

Популацията (populus - от лат.people.population) е едно от централните понятия в биологията и обозначава съвкупността от индивиди от един вид, който притежава общ генофонди има обща част.

Типове население. Популациите могат да заемат различни по големина площи и условията на живот в рамките на местообитанието на една популация също може да не са еднакви. На тази основа се разграничават три типа популации: елементарни, екологични и географски.

Елементарна (местна) популация е съвкупност от индивиди от един и същи вид, заемащи малка площ от хомогенна площ. Между тях има постоянен обмен на генетична информация. (Едно от няколкото ята риби от същия вид в езерото)

Екологична популация - съвкупност от елементарни популации, вътрешновидови групи, свързани със специфични биоценози. Растенията от един и същи вид в ценоза се наричат ​​ценопопулация. Обменът на генетична информация между тях се случва доста често. (Риби от един и същи вид във всички ядра на общия водоем).

Географско население - съвкупно екологични популацииобитаващи сходни географски райони. Географските популации съществуват автономно, ареалите им са относително изолирани, обменът на гени се случва рядко - при животни и птици - по време на миграции, при растения - по време на разпространение на цветен прашец, семена и плодове. На това ниво се извършва формирането на географски раси, сортове, разграничават се подвидове. (Познати са географските раси на даурската лиственица (Larix dahurica): западна (западно от Лена (L. dahurica ssp. Dahurica).

Динамика на населението -периодични или непериодични промени в размера, пола или възрастта на популацията в резултат на действието на абиотични (независими от размера и гъстотата на самата популация) и биотични (в зависимост от размера и гъстотата на популацията) фактори.

Има три вида динамика на населението: стабилна (промяна в броя на популацията с няколко пъти); променливи (колебания в числата десетки пъти); експлозивен (периодичен излишък среден размерстотици и хиляди пъти).

Концепция за биотичен потенциал.

Биотичен потенциал в екологията, способността на даден вид да издържа на неблагоприятните въздействия на външната среда. Терминът е въведен от американския еколог Р. Чапман (1925) във връзка с проблема за динамиката на числеността на животните. Според Чапман биотичният потенциал е количествен израз на способността на организмите да издържат на устойчивостта на външната среда. Според неговата теория потенциалната плодовитост на животните не се реализира, тъй като се потиска от едностранното влияние на външната среда, с която организмите са в антагонистични отношения. Според съвременните възгледи тази гледна точка изглежда твърде опростена. Промените в плодовитостта и оцеляването на животните настъпват както под въздействието на абиотични фактори, така и в резултат на междувидови и вътрешновидови връзки. Важна роля в тези процеси играят вътрешнопопулационните механизми, които осигуряват активен отговор на населението на външни влияния.

Плодовитост.

Плодовитост- демографски процес, характеризиращ се с честотата на ражданията в определена група от населението: броят на живородените на 1000 души от населението за 1 година. Раждаемостта в световен мащаб през 1985-90 г. е 27,1%; най-висока раждаемост по оценки на ООН се наблюдава в Кения - 53,9%, най-ниска в Сан Марино - 9,3% (1985 г.). В Русия през 1990 г. - 13,4%. Заедно със смъртността, детската смъртност и продължителността на живота - важен показателестествено движение на населението.

Смъртност.

Смъртност -интензивността на процеса на смърт на индивиди в популацията. Смъртността се изразява чрез броя на починалите или починалите по дефиниция. периодът в определена територия или акватория спрямо условния им брой (до 100 или 1000); понякога се използва специфична оценка на смъртността, изчислена за един индивид за единица време. Периодът от време, за който се изчислява смъртността, може да варира от часове и дни за дребните организми (бактерии, протозои) до една година за големите (бозайници, птици).

»Биотичен потенциал

Всяко население теоретично е способно на неограничен брой, ако не е ограничено от фактори на околната среда. В такъв хипотетичен случай темпът на растеж на населението ще зависи само от стойността биотичен потенциал,

характерни за вида. Концепцията за биотичен потенциал е въведена в екологията през 1928 г. от Р. Чапман. Този индикатор отразява теоретичното максимално потомство от една двойка (или един индивид) за единица време, например за година или за целия жизнен цикъл.

При изчисленията той най-често се изразява с коефициента r и се изчислява като максимално възможно увеличение на популацията ΔN за интервал от време Δt, отнасящ се до един индивид, с първоначален размер на популацията N0:

Големината на биотичния потенциал е изключително различна при различните видове. Например, женска сърна може да роди 10-15 ярета през живота си, Trichinella spiralis може да снесе 1,8 хиляди ларви, женската медоносна пчела може да снесе 50 хиляди яйца, а лунната риба може да снесе до 3 милиарда яйца. Ако всички ембриони оцелеят и цялото потомство оцелее, размерът на всяка популация ще се увеличи експоненциално на определени интервали.

Кривата, показваща такъв растеж на населението на графиката, бързо увеличава стръмността и отива до безкрайност (фиг. 122). Такава крива се нарича експоненциален.

В логаритмичен мащаб такава зависимост на размера на популацията от времето ще бъде представена с права линия, а биотичният потенциал r ще бъде отразен от наклона му спрямо хоризонталната ос, която е по-стръмна, колкото по-голяма е стойността на r .

Ориз. 122.

Реална (1) и теоретична (2) крива на растеж на населението на Парамеция

В природата биотичният потенциал на популацията никога не се реализира напълно. Стойността му обикновено се сумира като разлика между раждаемостта и смъртността в популациите: r = b - d, където b е броят на ражданията, а d е броят на смъртните случаи в населението за същия период от време.

Общите промени в числеността на населението се дължат на четири явления: плодовитост, смъртност, въвеждане и изгонване на индивиди (имиграция и емиграция).

Запазването или растежът на популацията зависи не само от скоростта на размножаване (броя на новородените, снесените яйца, произведените семена или спори за единица време). Не по-малко важно е и попълването на възрастното население за сметка на потомството. Високият процент на възпроизводство при ниски нива на набиране не може значително да увеличи популацията му.

Например рибите хвърлят хайвера си хиляди или милиони яйца, но само незначителна част оцелява и се превръща в възрастно животно. Растенията разпръскват огромни количества семена.

Обратно, размерът на популацията може да нарасне чрез увеличаване на процента на набиране при ниски нива на възпроизводство. Това се отнася за хората (плодовитостта е ниска, но детската смъртност е ниска, така че почти всички деца живеят до зряла възраст).

Друг важен фактор, водещ до нарастване на популацията, е способността на животните да мигрират и семената да се разпространяват в нови територии, да се адаптират към нови местообитания и да ги заселват, наличието на защитени механизми и устойчивост на неблагоприятни условия на околната среда и болести.

Биотичен потенциале комбинация от фактори, които допринасят за

увеличаване на броя на видовете.

Следователно: растежът, намаляването и постоянството на популацията зависи от връзката между биотичния потенциал и устойчивостта на околната среда.

Принципът на промяна на населението:това е резултат от дисбаланс между биотичния потенциал и устойчивостта на околната среда.

Това равновесие е динамично, т.е. непрекъснато

регулируема, т.к Факторите на устойчивост на околната среда рядко остават непроменени за дълго време. Например: за една година населението е намаляло поради сушата, а през следващата година се е възстановило напълно поради проливните дъждове. Такива колебания продължават за неопределено време. Равновесието е относително понятие. Понякога амплитудата на отклоненията е малка, понякога значителна, но докато намалената популация е в състояние да възстанови предишния си размер, тя съществува.

Равновесие в природни системизависи от гъстота на населението, т.е. броят на индивидите на единица площ. Ако гъстотата на населението се увеличи, устойчивостта на околната среда се увеличава и следователно смъртността се увеличава и растежът на населението спира. И обратно, с намаляване на гъстотата на населението, устойчивостта на околната среда отслабва и предишната численост се възстановява.

Човешкото въздействие върху природата често води до изчезване на населението, т.к не зависи от гъстотата на населението. Унищожаване на екосистемите, замърсяване заобикаляща средазасягат еднакво популации както с ниска, така и с висока плътност.

Освен това биотичният потенциал зависи от критичен

числанаселение. Ако размерът на популацията (елени, птици или риби) падне под тази стойност, което гарантира възпроизводството, биотичният потенциал клони към нула и изчезването е неизбежно.

Съществуването може да бъде застрашено дори когато много представители на вида са живи, но живеят у дома, т.е. изолирани един от друг (папагали).

Равновесие на екосистемата.

Хомеостаза- това е състояние на подвижно-стабилно равновесие на екосистемата (хомео е същото, стазис е състояние).

Поддържа се равновесие в екосистемите процеси с обратна връзка.

Помислете за най-простата екосистема: заек рис, който се състои от две трофични нива.

Когато броят на зайците е малък, всеки от тях може да намери достатъчно храна и удобни убежища за себе си и своите малки. Тези. устойчивостта на околната среда е ниска, а броят на зайците се увеличава въпреки наличието на хищник. Изобилието от зайци улеснява рисовете да ловуват и хранят малките си. В резултат на това се увеличава и броят на хищника. Това се проявява положителна обратна връзка... Въпреки това, с увеличаване на броя на зайците, количеството храна и подслон намалява и хищничеството се увеличава, т.е. съпротивлението на средата се увеличава. В резултат на това броят на зайците намалява. За хищниците става по-трудно да ловуват, изпитват липса на храна и броят им намалява. Това се проявява негативно мнение, което компенсира отклоненията и връща екосистемата в нейния оригинал

състояние.

Такива колебания се появяват периодично около определено средно ниво.

Брой

рязка промяна на времето на съдбата

фактори

Обратната връзка може да бъде загубена при някои условия. Например, друг хищник започна да ловува зайци или сред зайците възникна инфекциозна болест. В този случай възниква нарушение на баланса на системата, което може да бъде обратимо или необратимо. Ролята на намеса може да се играе от абиотични фактори... Сушата намалява продуктивността на растенията и ограничава храната за зайците, което незабавно ще засегне хищника.

Ако има намеса в системата "заек-рис", ще има по-малко зайци и рисове. Стабилността на системата като цяло не се нарушава, но обемът на трофичните нива ще се промени. При което ново нивостабилността отново ще бъде осигурена от механизми обратна връзка.

Ясно е, че натискът на смущения не може да бъде неограничен. При масовата смърт на зайци екосистемата не може да компенсира отклоненията поради отрицателна обратна връзка. Тогава тази системаще престане да съществува.

Колкото по-стабилни във времето и пространството са екосистемите, толкова по-сложни са, т.е. как повече видовеорганизми и хранителни връзки.

Човешката екосистема:

80% от произведената храна се основава на консумация на 5 вида (пшеница, ориз, царевица, соя, захарна тръстика).

Екологична ниша.

Среда на живот- това е мястото, където живее един организъм (гора, ливада, блато, вътре в друг организъм).

Екологична ниша- пространствено-времевата позиция на организма в екосистемата (къде, кога и с какво се храни, къде прави гнездо и др.)

На пръв поглед изглежда, че животните трябва да се състезават помежду си за храна и подслон. Това обаче рядко се случва, т.к те заемат различни екологични ниши. Пример: кълвачите извличат ларви изпод кората с врабче зърно. И мухоловки и прилепитехващат мушици, но в различно време- ден и нощ. Жирафът яде листа от върховете на дърветата и не се конкурира с други тревопасни животни.

Всеки вид животно има своя собствена ниша, което свежда до минимум конкуренцията с други видове. Следователно в една балансирана екосистема присъствието на един вид обикновено не застрашава друг.

Адаптирането към различни ниши е свързано с действието на закона за ограничаващия фактор. Когато се опитва да използва ресурси извън своята ниша, животното се сблъсква със стрес, т.е. с увеличаване на съпротивлението на средата. С други думи, в собствената си ниша нейната конкурентоспособност е голяма, а извън нея значително отслабва или

изчезва напълно.

Адаптирането на животните към определени ниши отне милиони години и протича във всяка екосистема по свой собствен начин. Видовете, внесени от други екосистеми, могат да причинят изчезване на местни, именно в резултат на успешна конкуренция за техните ниши.

1. Скорци, запознати с Северна Америкаот Европа, поради агресивното си териториално поведение изгонили местните "сини" птици.

2. Дивите магарета отровиха пустинни екосистеми, измествайки овцете.

4. Земеделските производители търсят методи за контрол на плевел, който преди това не е срещан в долината на Нил. Ниско растение с големи листа и мощен корен атакува обработваемите земи на Египет от няколко години. Местните агрономи го смятат за изключително активен вредител. Оказва се, че това растение е известно в Европа под името "селски хрян". Вероятно е донесен от руски специалисти, които строят металургичен завод.

Концепцията за екологична ниша важи и за растенията. Подобно на животните, тяхната конкурентоспособност е висока само при определени условия.

Пример: Чинарите растат по бреговете на реките и в заливни низини, дъбови дървета по склонове. Яворът е адаптиран към преовлажнена почва. Семената на явор се разпространяват нагоре по склона и този вид може да расте там при липса на дъбови дървета. По същия начин, когато жълъдите попаднат в заливната низина, те умират поради излишната влага и не могат да се конкурират с чинари.

Човешката екологична ниша - съставът на въздуха, водата, храната, климатични условия, нивото на електромагнитно, ултравиолетово, радиоактивно излъчване и др.

Динамика на населението

Въпрос номер 24

Динамиката на населението са процесите на промяна на основните му биологични характеристикина време. Има два основни типа криви на растеж на населението.

Всяко население теоретично е способно на неограничен брой, ако не е ограничено от фактори на околната среда. В такъв хипотетичен случай темпът на растеж на населението ще зависи само от стойността биотичен потенциал , характерни за вида. Концепцията за биотичен потенциал е въведена в екологията през 1928 г. от Р. Чапман. Този показател отразява теоретичното максимално потомство от една двойка (или един индивид) за единица време, например за година или за целия жизнен цикъл.При изчисляването му най-често се изразява с коефициента r и се изчислява като максимум възможно увеличение на населението?N за определен период от време? т,отнасят се за един индивид при първоначален размер на популацията N 0:

Където 1. Експоненциален растежномер ( Дж-образна крива) (фиг. 9):

н t = н 0 д rt, къде н t - размер на популацията към момента т, н 0 - размер на популацията в началния момент от време т 0 , д- основата на естествения логаритъм, r- показател, характеризиращ скоростта на възпроизводство на индивидите в дадена популация (специфична скорост на изменение на числеността). Ако r> 0, тогава размерът на популацията нараства, при r < 0 – сокращается. Экспоненциальный рост возможен лишь при отсутствии лимитирующих факторов. Такой рост в природе не происходит, либо происходит в течение очень непродолжительного времени (например, популяции едноклетъчни организми, водораслите, малките ракообразни при благоприятни условия се размножават експоненциално). Това е увеличаване на броя на индивидите в непроменени условия.

Ориз. 122.Истински (1) и теоретични (2) Крива на растеж на популацията на парамеций

Въздействие фактори на околната средавърху темпа на растеж на населението може да доведе до стабилен размер на населението ( r= 0) или го намали, т.е. експоненциалният растеж се забавя или спира. Дж-образна крива става С-оформен.

2. Крива на логистичен растеж (С-оформена крива) (фиг. 10): темпът на растеж на популацията намалява линейно, когато броят нараства до 0 при определено ограничение ДА СЕ (ДА СЕ- максималният брой индивиди, способни да живеят в разглежданата среда). В н 0 r= макс и за н = K r= 0. В диференциална форма логистичното уравнение изглежда така: d н/ д т = rмакс н(К–н)/К

В природата биотичният потенциал на популацията никога не се реализира напълно. Стойността му обикновено се сумира като разликата между плодовитостта и смъртността в популациите: r = b - d,където б- броят на ражданията и д- броят на умрелите индивиди в популацията за същия период от време.

Плодовитостта е броят на новите индивиди, които се появяват в една популация за единица време на определен брой нейни членове.

абсолютно- (B) се характеризира с общия брой индивиди, появяващи се за единица време в дадена популация, и се определя по формулата: B = A Nn / A t, където A Nn е броят на индивидите, появили се в население през времето A t, A t, - анализиран период от време. общ бройраждания (за 16 хиляди глави 2 хиляди оленена)

специфичен- (b) се характеризира със средния брой индивиди, появили се за единица време на един индивид от популацията, и се определя по формулата: b = ANn / (При x No) = B / No, където B е абсолютната плодовитост, No е начален размер на популацията, средна стойност 0,125 т.е. едно новородено на 8 членове на населението годишно

Раждаемостта зависи от много причини. Голямо значениеима част от хората, способни на този периоддо размножаване, което се определя от съотношението на половете и възрастовите групи. Честотата на последователността на генериране също е важна.

1. Моноволтин- едно поколение годишно.

2. Поливолтин- няколко поколения годишно (листни въшки)

Според броя на периодите на размножаване през живота те се разграничават

1.Моноцикличен , или единично размножаване, обикновено характерно за видове с кратък живот в полово зряло състояние ( сьомга, майски мухи, майски бръмбари и много други насекоми) .

2Полицикличенхарактеризира се с многократно възпроизвеждане на индивиди и е присъщо на повечето гръбначни животни и редица безгръбначни, като ракообразни.

В растенията се разграничават монокарпични и поликарпични видове, тоест с единично и многократно размножаване през живота.

СмъртностЕ реципрочната стойност на раждаемостта, броя на индивидите, починали в населението за единица време от всички причини. Правете разлика между минимална (минимално възможна) и действителна смъртност. Те също така разграничават абсолютната и специфичната смъртност, които се изчисляват по същия начин като плодовитостта.

Разлики в биотичния потенциал на видоветезависят от техния размер, системна принадлежност и други причини, но при равни други условия те са свързани със смъртността в популациите. Тази закономерност, забелязана от Чарлз Дарвин, е обоснована в трудовете на академик II Шмалгаузен през 40-те години на миналия век. Ако един вид е изложен в природата на маса безразборни елиминиране, т. е. смърт от многобройни врагове, които той е безсилен да избегне или е потиснат от други екстремни обстоятелства, тогава единствената посока на селекция е увеличаване на скоростта на възпроизвеждане. В този случай вероятността за случайно запазване на потомството се увеличава и видът избягва изчезването. При безразборното елиминиране различията между индивидите нямат значение за тяхното оцеляване, тъй като силата на излагане на разрушителни фактори е твърде висока. В селективно елиминиране, когато смъртността до голяма степен се определя от различията между индивидите, селекцията се подобрява различни формиморфофизиологични адаптации, които повишават устойчивостта на вида към влиянието на неблагоприятни условия. По този начин високият биотичен потенциал е еволюционен отговор на даден вид на пресата от неблагоприятни влияния на околната среда, които причиняват висока смъртност.

В края на 60-те години тази идея се възражда в концепцията ДА СЕ-и г-Селекция, предложена от американските еколози Р. Макартър и Е. Уилсън. Те предложиха да се разграничат две основни стратегии за възпроизвеждане на организми, които осигуряват оцеляване в различни условия, обозначавайки ги с коефициентите, включени в уравнението за прираст на населението. В r-стратегии селекцията се отнася за висока плодовитост, смяна на поколенията, способност за бързо заселване, което позволява на видовете бързо да възстановят числеността си след рязък спад. В K-стратегия селекцията подобрява различните форми на грижа за потомството, което намалява плодовитостта. В същото време продължителността жизнени циклии се усъвършенстват механизмите за устойчиво поддържане на изобилието в биоценозите. Естествено, има всички междинни варианти между крайните форми. Елементите ДА СЕ-и гСтратегиите за оцеляване могат да бъдат проследени във всички систематични групиорганизми. Дори в рамките на един вид, в популации, живеещи в различни условия, една или друга посока на селекция се засилва.

На практика, когато е необходимо да се анализира хода на смъртността в популациите, те са таблици за оцеляване(виж по-долу), където за всяка възрастова група са посочени емпирично получени данни, характеризиращи смъртта на индивиди от дадена възраст.

На базата на такива таблици се съставят криви на оцеляване, които позволяват да се предвиди състоянието на следващите поколения при подобни условия.

Зависимостта на броя на оцелелите индивиди от времето (или възрастта) се нарича криви на оцеляване. Криви на оцеляванеса разделени на три основни типа (фиг. 8):

1. Крива I от тип – силно изпъкнала крива, характерна за видовете, при които смъртността е ниска през целия им живот и рязко нараства в края на живота (Дрозофила, хората).

2. Крива тип III – силно вдлъбната крива, характерна за видовете с висока смъртност при начален периодживот (стрида).

3. Крива II тип (диагонал) е характерна за видовете, при които смъртността остава приблизително постоянна през целия им живот (хидра, риба, птица).