Вспомните!
Что такое популяция?
Почему организмы большинства видов живут в природе группами?
Вид представляет собой сложную систему внутривидовых групп, складывающуюся в процессе эволюции в определённых условиях. Наиболее распространённой внутривидовой структурной единицей является популяция. Внутри популяции можно выделить более мелкие подразделения: стаи, семьи, прайды, которые менее устойчивы и могут легко исчезать, сливаться и образовываться заново (рис. 14). В пределах ареала вида популяции распределены, как правило, неравномерно. Это связано с условиями существования: там, где они наиболее благоприятны, количество популяций и их численность выше. На границах видового ареала популяции, как правило, немногочисленны.
Каждая популяция имеет определённую структуру и характеризуется конкретными параметрами.
Ареал популяции. У разных видов ареалы популяций могут существенно отличаться по протяжённости. Популяции видов крупных животных имеют больший ареал, чем популяции мелких и малоподвижных животных. Примером больших непрерывных популяций могут служить злаки, растущие на равнинах и покрывающие площади шириной в десятки и сотни километров. Ареал популяции – непостоянная величина, он может расширяться или сокращаться, например в результате изменения численности особей.
Численность популяции и её динамика. Численность популяции может меняться с течением времени как в результате изменений условий внешней среды, колебаний смертности и рождаемости, так и вследствие миграции особей.
Измерить общую численность популяции бывает достаточно сложно, поэтому часто пользуются таким показателем, как плотность популяции – число особей, обитающих на единице площади или сосредоточенных в единице объёма (например, для водных животных). Плотность популяции очень сильно меняется в разные сезоны и годы. Такие колебания наиболее резко выражены в популяциях мелких организмов с короткими жизненными циклами. Например, массовое размножение зелёных водорослей в летний период вызывает цветение воды. Более стабильны численность и плотность популяций у крупных организмов (например, у древесных растений).
Рис. 14. Стаи птиц
Демографическими показателями популяции служат рождаемость и смертность.
Рождаемость – это число новых особей, появившихся в популяции в результате размножения за единицу времени. Смертность – число особей, погибших за определённый период времени. Эти два фактора оказывают существенное влияние на число особей в популяции и зависят не только от биологических особенностей вида, но и от многих внешних причин. Сильное влияние на рождаемость оказывает перенаселение. При увеличении плотности популяции животные начинают испытывать стресс, который приводит к выбросу определённых гормонов. В результате увеличивается частота выкидышей, животные теряют способность к спариванию, у них меняется репродуктивное поведение, возрастает агрессивность, ослабевает забота о потомстве и, как следствие, уменьшается рождаемость.
При описании процессов, происходящих в популяциях, часто важно знать не общую численность особей, а количество организмов, способных к размножению. Для обозначения числа размножающихся особей используют понятие эффективная численность.
Обычно численность популяции из года в год сохраняется около среднего уровня. Однако в определённые, благоприятные для популяции годы её численность может резко возрасти. Известны вспышки массового размножения непарного шелкопряда, саранчи и многих других видов. В связи с высоким урожаем кормов возрастает численность популяций зайцев, белок, леммингов. Резко увеличивается число особей видов, попадающих в новые регионы, где у них отсутствуют естественные враги (кролики в Австралии, ондатра в Европе). Популяция может очень быстро достичь максимально возможной величины, если исчезнут виды, сдерживающие её рост. Так произошло с популяциями насекомых-вредителей в Китае после того, как там были уничтожены воробьи.
Если плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений, срабатывают определённые механизмы, восстанавливающие эту величину до оптимального для этого местообитания числа особей. Такую способность популяций к самоподдержанию называют регуляцией численности.
Существует множество механизмов регуляции численности, поэтому в природе редко происходят катастрофические колебания, которые подрывают ресурсы среды и приводят к гибели популяции.
Состав популяции. Каждую популяцию составляют особи, различающиеся по полу и возрасту.
Возрастная структура – соотношение в популяции особей разного возраста (рис. 15, 16). Этот показатель зависит от продолжительности жизни особей, времени достижения ими половой зрелости, интенсивности размножения, смертности и т. д. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они контролируют и рождаемость, и смертность. Чем шире возрастной состав популяции, тем устойчивее она к действию внешних факторов. Знание возрастного состава популяции позволяет прогнозировать её развитие на несколько лет вперёд.
Рис. 15. По характеру пирамиды возрастов можно предсказать ближайшую судьбу конкретной популяции: А – возрастная пирамида популяции чаек; Б – возрастные пирамиды двух разных популяций полёвок
Рис. 16. Возрастно-половая пирамида населения России (данные 2009 г.).
Популяции, состоящие из множества следующих друг за другом поколений, имеют сложную возрастную структуру. В других популяциях возрастная структура может быть очень простой, например у однолетних растений, где все особи равновозрастны.
Половая структура – соотношение особей разного пола. В большинстве популяций в соответствии с генетическими закономерностями соотношение полов составляет 1:1. Однако в результате разной выживаемости особей мужского и женского пола на различных этапах индивидуального развития это соотношение может значительно меняться (см. рис. 16).
Половая структура популяций не определяется у животных-гермафродитов (например, дождевых червей). У некоторых видов, которые способны размножаться без оплодотворения (дафнии, тли и др.), популяции на определённых стадиях жизненного цикла представлены только самками. В таких популяциях эффективность размножения достигает максимальных значений.
Будучи целостной динамической структурой, существующей во времени и пространстве, популяция является элементарной биологической частью вида, способной к эволюционным изменениям.
Вопросы для повторения и задания
1. Какими параметрами характеризуется каждая популяция?
2. Объясните, почему нельзя изучить все признаки и свойства популяции или вида на примере одной особи.
3. При каких условиях численность популяции может быстро достичь максимально возможной величины?
4. От чего зависит возрастная структура популяции? Почему разновозрастные популяции менее чувствительны к внезапным изменениям условий?
5. У каких популяций не определяется половая структура?
Подумайте! Выполните!
1. Приведите примеры популяций растений и животных, которые вы встречали в природе. От чего зависит численность особей в этих популяциях?
2. Объясните, почему весенняя гибель большинства взрослых особей землероек-бурозубок повлечёт за собой резкий и продолжительный спад численности популяции, в то время как полное уничтожение весной вылетевших майских жуков к подобному результату не приведёт.
3. В теории и практике лесоразведения существует два подхода. Оцените их. Первый – создание одновозрастных культур рядами, по типу пшеничного поля. Второй – создание разновозрастных культур со сложным пространственным расположением. Первый метод – менее трудоёмкий. Какой из них выбрали бы вы и почему?
4. Решите задачу. В одном из степных заповедников на площади в 200 га насчитывалось 296 особей сурков: 95 новорождённых, 39 годовалых, 40 двухлетних, 122 трехлетних и старше. Спустя два года на участке было 390 особей, и среди них 98 новорождённых, 66 годовалых, 62 двухгодовалых, остальные – старше. Изменилась ли возрастная структура популяции?
5. Рассмотрите рисунок 16. Какую информацию вы можете получить из приведённой пирамиды? Проанализируйте её и сделайте максимально возможное число выводов. Обсудите в классе полученные вами и вашими одноклассниками результаты. Объедините их и сделайте общее заключение.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
