Les dynamiques de population. Potentiel biotique Ce qui détermine le potentiel biotique d'une population d'une espèce

7.2. Le premier cycle biotique (communauté cyanobactérienne) Les cellules hétérotrophes primaires, bien sûr, étaient partiellement colorées et interagissaient donc avec le flux de rayonnement solaire. Il pourrait détruire des molécules, en particulier sa partie UV, ou se perdre sous forme

Potentiel géant La fréquence de naissance des génies potentiels est estimée par VP Efroimson à 1/2000–1/10000, et elle devrait être plus ou moins la même pour toutes les nationalités. Ce n'est pas un si petit nombre. Elle souligne que, selon les statistiques, au moins une école sur deux du pays

La population (populus - du latin peuple. population) est l'un des concepts centraux de la biologie et désigne un ensemble d'individus de la même espèce qui a pool génétique commun et dispose d'un espace commun.

Types de population. Les populations peuvent occuper des zones de tailles différentes, et les conditions de vie dans l'habitat d'une population peuvent également ne pas être les mêmes. Sur cette base, trois types de populations sont distinguées : élémentaire, écologique et géographique.

Une population élémentaire (locale) est un ensemble d'individus d'une même espèce occupant une petite surface d'une zone homogène. Entre eux, il y a un échange constant d'informations génétiques. (Un des nombreux bancs de poissons de la même espèce dans le lac)

Population écologique - ensemble de populations élémentaires, groupes intraspécifiques confinés à des biocénoses spécifiques. Les plantes de la même espèce dans une cénose sont appelées cénopopulation. L'échange d'informations génétiques entre eux se produit assez souvent. (Poissons de la même espèce dans tous les troupeaux d'un réservoir commun).

Population géographique - population populations écologiques habitant des régions géographiquement similaires. Les populations géographiques existent de manière autonome, leurs aires de répartition sont relativement isolées, l'échange de gènes se produit rarement - chez les animaux et les oiseaux - lors des migrations, chez les plantes - lorsqu'elles transportent du pollen, des graines et des fruits. A ce niveau, on distingue la formation des races géographiques, des variétés, des sous-espèces. (Les races géographiques du mélèze dahurien (Larix dahurica) sont connues : ouest (ouest de la Léna (L. dahurica ssp. dahurica).

Les dynamiques de population - changement périodique ou non périodique de la taille, du sexe ou de la composition par âge d'une population résultant de l'action de facteurs abiotiques (indépendants de la taille et de la densité de la population elle-même) et biotiques (dépendant de la taille et de la densité de la population ) facteurs.

Il existe trois types de dynamique de population : stable (changement de la taille de la population de plusieurs fois) ; variable (fluctuations des nombres des dizaines de fois); explosif (excès périodique population moyenne des centaines et des milliers de fois).

Le concept de potentiel biotique.

Potentiel biotique en écologie, la capacité d'une espèce à résister aux effets néfastes de l'environnement extérieur. Le terme a été introduit par l'écologiste américain R. Chapman (1925) en lien avec le problème de la dynamique des populations animales. Selon Chapman, le potentiel biotique est une expression quantitative de la capacité des organismes à résister à la résistance de l'environnement extérieur. Selon sa théorie, la fertilité potentielle des animaux n'est pas réalisée, car elle est supprimée par l'influence unilatérale de l'environnement extérieur, avec lequel les organismes sont en relations antagonistes. Selon les vues modernes, ce point de vue semble simplifié. Les modifications de la fertilité et de la survie des animaux se produisent à la fois sous l'influence de facteurs abiotiques et à la suite de relations interspécifiques et intraspécifiques. Un rôle important dans ces processus est joué par les mécanismes intrapopulation qui fournissent une réponse active de la population aux influences externes.

La fertilité.

la fertilité- un processus démographique caractérisé par la fréquence des naissances dans un certain groupe de population : le nombre de naissances vivantes pour 1 000 habitants en 1 an. Le taux de natalité dans le monde en 1985-90 était de 27,1 % ; le taux de natalité le plus élevé, selon les estimations de l'ONU, a été observé au Kenya - 53,9%, le plus bas à Saint-Marin - 9,3% (1985). En Russie en 1990 - 13,4%. Outre la mortalité, la mortalité infantile et l'espérance de vie - indicateur important mouvement naturel de la population.

Mortalité.

Mortalité - l'intensité du processus de décès des individus dans la population. La mortalité est exprimée comme le nombre d'individus décédés ou décédés par définition. une période dans un certain territoire ou une zone d'eau par rapport à leur nombre conditionnel (jusqu'à 100 ou 1000); parfois, ils utilisent une estimation spécifique de la mortalité - par individu par unité de temps. La période de temps pour laquelle la mortalité est estimée peut varier d'heures et de jours pour les petits organismes (bactéries, protozoaires) à une année pour les grands (mammifères, oiseaux).

» Potentiel biotique

Toute population est théoriquement capable d'une croissance illimitée en nombre, si elle n'est pas limitée par des facteurs environnementaux. Dans un tel cas hypothétique, le taux de croissance de la population ne dépendra que de l'ampleur potentiel biotique,

caractéristique de l'espèce. Le concept de potentiel biotique a été introduit en écologie en 1928 par R. Chapman. Cet indicateur reflète le maximum théorique de progéniture d'un couple (ou d'un individu) par unité de temps, par exemple, pour une année ou pour l'ensemble du cycle de vie.

Dans les calculs, il est le plus souvent exprimé par le coefficient r et calculé comme l'augmentation maximale possible de la population ΔN pour l'intervalle de temps Δt, rapporté à un individu, avec la taille de population initiale N0 :

L'ampleur du potentiel biotique est extrêmement différente selon les espèces. Par exemple, un chevreuil femelle peut produire 10 à 15 chevreaux au cours de sa vie, un trichin (Trichinella spiralis) peut pondre 1 800 larves, une abeille femelle peut produire 50 000 œufs et un poisson lune peut produire jusqu'à 3 milliards d'œufs. Si tous les embryons étaient préservés et que tous les descendants survivaient, la taille de toute population à certains intervalles augmenterait de façon exponentielle.

La courbe reflétant une telle croissance démographique sur le graphique augmente rapidement la pente et tend vers l'infini (Fig. 122). Une telle courbe est appelée exponentiel.

Sur une échelle logarithmique, une telle dépendance de la taille de la population au temps sera représentée par une ligne droite, et le potentiel biotique r sera reflété par sa pente par rapport à l'axe horizontal, qui est d'autant plus raide que la valeur de r est grande. .

Riz. 122.

Courbe de croissance réelle (1) et théorique (2) des paramécies

Dans la nature, le potentiel biotique d'une population n'est jamais pleinement réalisé. Sa valeur est généralement additionnée comme la différence entre le taux de natalité et la mortalité dans les populations : r = b – d, où b est le nombre de naissances et d est le nombre de décès dans la population au cours de la même période.

Les changements généraux de la taille de la population se forment en raison de quatre phénomènes : la fécondité, la mortalité, l'introduction et l'éviction des individus (immigration et émigration).

Le maintien ou la croissance des effectifs ne dépend pas seulement du taux de reproduction (nombre de nouveau-nés, d'œufs pondus, de graines ou de spores produites par unité de temps). Non moins importante est la reconstitution de la composition adulte de la population aux dépens de la progéniture. Un taux de reproduction élevé à de faibles taux de recrutement ne peut augmenter significativement son abondance.

Par exemple, les poissons pondent des milliers ou des millions d'œufs, mais seule une infime partie survit et se transforme en animal adulte. Les plantes dispersent une énorme quantité de graines.

À l'inverse, la taille de la population peut croître en raison d'une augmentation du taux de recrutement à faible taux de reproduction. Cela s'applique aux humains (le taux de natalité est faible, mais la mortalité infantile est faible, donc presque tous les enfants survivent jusqu'à l'âge adulte).

Un autre facteur important conduisant à la croissance démographique est la capacité des animaux à migrer et des graines à se disperser dans de nouveaux territoires, à s'adapter à de nouveaux habitats et à les peupler, la présence de mécanismes protégés et la résistance aux conditions environnementales défavorables et aux maladies.

Potentiel biotique est un ensemble de facteurs qui contribuent à

une augmentation de la population de l'espèce.

Donc : la croissance, le déclin et la constance de la population dépendent de la relation entre le potentiel biotique et la résistance du milieu.

Le principe du changement de population : elle est le résultat d'un déséquilibre entre le potentiel biotique et la résistance de son environnement.

Un tel équilibre est dynamique, c'est-à-dire en continu

réglementé, car les facteurs de résistance environnementale restent rarement inchangés pendant longtemps. Par exemple : en un an, la population a diminué en raison de la sécheresse, et l'année suivante, elle s'est complètement rétablie avec de fortes pluies. De telles fluctuations se poursuivent indéfiniment. L'équilibre est un concept relatif. Parfois l'amplitude des écarts est faible, parfois importante, mais tant que la population réduite est capable de retrouver son ancienne taille, elle existe.

Équilibre dans systèmes naturels dépend de densité de population, c'est à dire. nombre d'individus par unité de surface. Si la densité de population augmente, la résistance de l'environnement augmente, en relation avec laquelle le taux de mortalité augmente et la croissance de la population s'arrête. A l'inverse, avec une diminution de la densité de population, la résistance de l'environnement s'affaiblit et l'ancien nombre est restauré.

L'impact humain sur la nature conduit souvent à l'extinction de la population, parce que. ne dépend pas de la densité de population. Destruction des écosystèmes, pollution environnement affectent autant les populations à faible densité qu'à forte densité.

De plus, le potentiel biotique dépend de critique

Nombres populations. Si la taille de la population (de cerfs, d'oiseaux ou de poissons) tombe en dessous de cette valeur, qui garantit la reproduction, le potentiel biotique tend vers zéro et l'extinction est inévitable.

L'existence peut être menacée même lorsque de nombreux membres d'une espèce sont vivants mais vivent à la maison, c'est-à-dire isolés les uns des autres (perroquets).

Équilibre de l'écosystème.

homéostasie- c'est un état d'équilibre mobile-stable d'un écosystème (homeo - le même, stase - un état).

L'équilibre des écosystèmes est maintenu processus de rétroaction.

Considérons l'écosystème le plus simple : un lièvre lynx, composé de deux niveaux trophiques.

Lorsque le nombre de lièvres est faible, chacun d'eux peut trouver suffisamment de nourriture et des abris confortables pour lui et ses petits. Ceux. la résistance environnementale est faible et le nombre de lièvres augmente malgré la présence d'un prédateur. L'abondance de lièvres permet au lynx de chasser et de nourrir les petits plus facilement. En conséquence, le nombre de prédateurs augmente également. Cela se manifeste commentaire positif. Cependant, avec une augmentation du nombre de lièvres, la quantité de nourriture, les abris diminuent et la prédation s'intensifie, c'est-à-dire la résistance de l'environnement augmente. En conséquence, le nombre de lièvres diminue. Il devient plus difficile pour les prédateurs de chasser, ils connaissent une pénurie de nourriture et leur nombre diminue. Cela se manifeste retours négatifs, qui compense les écarts et ramène l'écosystème à son état d'origine

état.

De telles fluctuations se produisent périodiquement autour d'un certain niveau moyen.

population

changement brutal de l'heure du malheur

facteurs

Dans certaines conditions, la rétroaction peut être interrompue. Par exemple, un autre prédateur a commencé à chasser les lièvres ou une maladie infectieuse est apparue parmi les lièvres. Dans ce cas, le déséquilibre du système se produit, qui peut être réversible ou irréversible. Le rôle d'interférence peut être joué par facteurs abiotiques. La sécheresse réduit la productivité des plantes et limite la nourriture des lièvres, ce qui affectera immédiatement le prédateur.

Avec l'apparition d'interférences dans le système "lièvre-lynx", les lièvres et les lynx deviendront plus petits. La stabilité du système dans son ensemble n'est pas perturbée, mais le volume des niveaux trophiques va changer. Où nouveau niveau la stabilité sera à nouveau assurée par des mécanismes Rétroaction.

Il est clair que la pression d'interférence ne peut pas être illimitée. Avec la mort massive des lièvres, l'écosystème ne peut pas compenser les déviations dues à la rétroaction négative. Puis ce système cessera d'exister.

Les écosystèmes sont d'autant plus stables dans le temps et dans l'espace qu'ils sont complexes, c'est-à-dire comment plus d'espèces organismes et liens alimentaires.

Écosystème humain :

80% de la nourriture produite est basée sur la consommation de 5 espèces (blé, riz, maïs, soja, canne à sucre).

niche écologique.

habitat- c'est le lieu où vit l'organisme (forêt, prairie, marécage, à l'intérieur d'un autre organisme).

niche écologique- position spatio-temporelle de l'organisme au sein de l'écosystème (où, quand et ce qu'il mange, où il aménage un nid, etc.)

À première vue, il semble que les animaux doivent rivaliser entre eux pour se nourrir et s'abriter. Cependant, cela arrive rarement, car. ils occupent différentes niches écologiques. Exemple : les pics extraient les larves sous l'écorce, moineau-grain. Et les gobe-mouches et les chauves-souris attraper des moucherons, mais temps différent- jour et nuit. La girafe mange les feuilles de la cime des arbres et ne rivalise pas avec les autres herbivores.

Chaque espèce animale a sa propre niche, ce qui minimise la concurrence avec les autres espèces. Par conséquent, dans un écosystème équilibré, la présence d'une espèce n'en menace généralement pas une autre.

L'adaptation aux différentes niches est associée à la loi du facteur limitant. En essayant d'utiliser des ressources en dehors de sa niche, l'animal fait face à un stress, c'est-à-dire avec une augmentation de la résistance du milieu. En d'autres termes, dans sa propre niche, sa compétitivité est grande, mais à l'extérieur, elle est considérablement affaiblie ou

disparaît tout à fait.

L'adaptation des animaux à certaines niches a pris des millions d'années et s'est déroulée dans chaque écosystème à sa manière. Les espèces importées d'autres écosystèmes peuvent provoquer une extinction locale précisément en raison d'une concurrence réussie pour leurs niches.

1. Étourneaux introduits dans Amérique du Nord d'Europe, en raison de leur comportement territorial agressif, ils ont chassé les oiseaux "bleus" locaux.

2. Les ânes sauvages ont empoisonné les écosystèmes du désert, déplaçant les mouflons d'Amérique à partir de là.

4. Les agriculteurs recherchent des méthodes pour lutter contre une mauvaise herbe qui n'a jamais été vue auparavant dans la vallée du Nil. Une plante basse à grandes feuilles et à racine puissante s'est développée sur les terres cultivées d'Egypte depuis plusieurs années. Les agronomes locaux le considèrent comme un ravageur extrêmement actif. Il s'avère que cette plante est connue en Europe sous le nom de « raifort campagnard ». Il a probablement été apporté par des spécialistes russes qui ont construit l'usine métallurgique.

Le concept de niche écologique s'applique également aux plantes. Comme les animaux, leur compétitivité n'est élevée que sous certaines conditions.

Exemple : Des platanes poussent le long des berges des rivières et dans les plaines inondables, des chênes sur les pentes. Le platane est adapté aux sols gorgés d'eau. Les graines de sycomore se répandent en amont et cette espèce peut y pousser en l'absence de chênes. De même, les glands, tombant dans la plaine inondable, meurent en raison d'un excès d'humidité et ne peuvent pas rivaliser avec les platanes.

La niche écologique d'une personne est la composition de l'air, de l'eau, de la nourriture, conditions climatiques, le niveau de rayonnement électromagnétique, ultraviolet, radioactif, etc.

Les dynamiques de population

Questions #24

La dynamique des populations est le processus de modification de ses principales caractéristiques biologiquesà l'heure. Il existe deux principaux types de courbes de croissance démographique.

Toute population est théoriquement capable d'une croissance illimitée en nombre, si elle n'est pas limitée par des facteurs environnementaux. Dans un tel cas hypothétique, le taux de croissance de la population ne dépendra que de l'ampleur potentiel biotique , caractéristique de l'espèce. Le concept de potentiel biotique a été introduit en écologie en 1928 par R. Chapman. Cet indicateur reflète le maximum théorique de descendants d'un couple (ou d'un individu) par unité de temps, par exemple pour une année ou pour l'ensemble du cycle de vie.Dans les calculs, il est le plus souvent exprimé par le coefficient r et calculé comme le croissance démographique maximale possible? t, attribué à un individu, à la taille initiale de la population N0 :

Où 1. Croissance exponentielle Nombres ( J en forme de courbe) (Fig. 9) :

N t = N 0 e rt, où N t est la taille de la population à l'instant t, N 0 - taille de la population au moment initial t 0 , e est la base du logarithme naturel, r- un indicateur caractérisant le taux de reproduction des individus d'une population donnée (taux spécifique d'évolution des effectifs). Si un r> 0, alors la taille de la population augmente, à 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 organismes unicellulaires, algues, petits crustacés, dans des conditions favorables, se multiplient selon une loi exponentielle). Il s'agit d'une augmentation du nombre d'individus dans des conditions inchangées.

Riz. 122. Réel (1) et théorique (2) courbe de croissance de la population des paramécies

Impacter facteurs environnementaux sur le taux de croissance démographique peut amener la population à une stabilité ( r= 0) ou le réduire, c'est-à-dire la croissance exponentielle ralentit ou s'arrête. J en forme de courbe se transforme en S-en forme de.

2. Courbe de croissance logistique (S- courbe en forme) (Fig. 10): le taux de croissance de la population diminue linéairement à mesure que le nombre atteint 0 à un certain nombre limite Pour (Pour est le nombre maximum d'individus capables de vivre dans le milieu considéré). À N 0 r= max, tandis que N = K r= 0. Sous forme différentielle, l'équation logistique ressemble à ceci : d N/ré t = r maximum N(K–N)/K

Dans la nature, le potentiel biotique d'une population n'est jamais pleinement réalisé. Sa valeur est généralement additionnée comme la différence entre les naissances et les décès dans les populations : r = b - ré, où b est le nombre de naissances, et ré- le nombre d'individus morts dans la population pour la même période de temps.

La fécondité est le nombre de nouveaux individus qui apparaissent dans une population par unité de temps pour un certain nombre de ses membres.

absolue-(B) est caractérisée par le nombre total d'individus apparaissant par unité de temps dans une population donnée, et est déterminée par la formule : B = A Nn/ A t, où A Nn est le nombre d'individus qui sont apparus dans la population pendant le temps A t, A t, - période de temps analysée. nombre total individus nés (pour 16 000 têtes 2 000 cerfs)

spécifique - (b) est caractérisé par le nombre moyen d'individus apparus par unité de temps pour un individu de la population, et est déterminé par la formule: b = ANn / (At x No) = B / No, où B est le taux de natalité absolu, Non - taille de la population initiale valeur moyenne 0,125 soit un nouveau-né pour 8 membres de la population par an

Le taux de natalité dépend de nombreux facteurs. Grande importance a une proportion d'individus capables de Période donnéeà la reproduction, qui est déterminée par le rapport des sexes et des groupes d'âge. La fréquence de la séquence des générations est également importante.

1. Monovoltin- une génération par an.

2. polyvoltin- plusieurs générations par an (pucerons)

Selon le nombre de périodes de reproduction au cours de la vie, ils distinguent

1.monocyclicité , ou reproduction unique, généralement caractéristique des espèces à courte durée de vie à l'état mature ( Saumon, éphémères, Maybugs et de nombreux autres insectes) .

2Polycyclicité caractérisé par la reproduction répétée des individus et est inhérent à la plupart des vertébrés et à un certain nombre d'invertébrés, tels que les crustacés.

Chez les plantes, on distingue les espèces monocarpiques et polycarpiques, c'est-à-dire à reproduction unique et multiple au cours de la vie.

Mortalité- l'inverse du taux de natalité, le nombre d'individus décédés dans la population par unité de temps toutes causes confondues. Distinguer mortalité minimale (minimum possible) et réelle. Ils distinguent également la mortalité absolue et spécifique, qui sont calculées de la même manière que la natalité.

Différences dans le potentiel biotique des espèces dépendent de leur taille, de leur affiliation systématique et d'autres raisons, mais ceteris paribus sont associés à la dépendance à la mortalité dans les populations. Ce modèle, remarqué par C. Darwin, a été étayé par les travaux de l'académicien I. I. Schmalhausen dans les années 40 du siècle dernier. Si une espèce est exposée dans la nature à une masse aveugle élimination, c'est-à-dire la mort de nombreux ennemis, dont il est impuissant à éviter, ou est supprimée par d'autres circonstances extrêmes, alors la seule direction de la sélection devient une augmentation de la reproduction. Dans ce cas, la probabilité de préservation accidentelle de la progéniture augmente et l'espèce évite l'extinction. Avec une élimination aveugle, les différences entre les individus n'ont pas d'importance pour leur survie, car la puissance de l'impact des facteurs destructeurs est trop élevée. À élimination sélective, lorsque la mortalité est largement déterminée par les différences entre les individus, la sélection s'améliore différentes formes adaptations morphophysiologiques qui augmentent la résistance de l'espèce à l'influence de conditions défavorables. Ainsi, un potentiel biotique élevé est une réponse évolutive d'une espèce à la pression d'influences environnementales défavorables qui entraînent une mortalité élevée.

À la fin des années 1960, cette idée a été relancée dans le concept POUR- et g- une sélection proposée par les écologistes américains R. MacArthur et E. Wilson. Ils ont proposé de distinguer deux stratégies principales de reproduction des organismes qui assurent la survie dans conditions différentes, en les désignant par les coefficients inclus dans l'équation de croissance démographique. À r-stratégie la sélection est basée sur une fécondité élevée, le renouvellement des générations et la capacité à se propager rapidement, ce qui permet aux espèces de se reconstituer rapidement après un déclin brutal. À Stratégies K la sélection améliore diverses formes de soins pour la progéniture, ce qui réduit la fertilité. Parallèlement, la durée des cycles de vie et les mécanismes de maintien durable des effectifs dans les biocénoses sont en cours d'amélioration. Naturellement, entre les formes extrêmes, il existe toutes les options intermédiaires. Éléments POUR- et g-les stratégies de survie peuvent être tracées dans tous groupes systématiques organismes. Même au sein d'une espèce, dans des populations vivant dans des conditions différentes, l'une ou l'autre direction de sélection s'intensifie.

En pratique, lorsqu'il s'agit d'analyser l'évolution de la mortalité dans des populations, elles sont tables de survie(voir ci-dessous), où sont indiquées pour chaque groupe d'âge les données obtenues empiriquement caractérisant le décès d'individus d'un âge donné.

Sur la base de tels tableaux, des courbes de survie sont établies, ce qui permet de prédire l'état des générations successives dans des conditions similaires.

La dépendance du nombre d'individus survivants au temps (ou à l'âge) est appelée courbe de survie. Courbes de survie divisé en trois types principaux (Fig. 8):

1. Courbe de type I - une courbe fortement convexe, typique des espèces dont la mortalité est faible tout au long de la vie et augmente fortement en fin de vie (drosophile, humain).

2. La courbe de type III est une courbe fortement concave, typique des espèces à forte mortalité période initiale la vie (huître).

3. La courbe de type II (diagonale) est typique des espèces dont la mortalité reste à peu près constante tout au long de la vie (hydre, poissons, oiseaux).