Основные экологические характеристики популяции

Экология – наука о взаимоотношениях. А в 11-м классе вы по своему опыту уже знаете, что любые взаимоотношения, ну, например, между людьми – это тема ооочень сложная. Отношения нельзя увидеть, их нельзя потрогать, их нельзя измерить. Их можно почувствовать или, по крайней мере, подсмотреть.
Точно так и большинство тем по экологии, вы уже в этом убедились, практически не содержат какого-либо мало-мальски фактологического материала.
Экологические ниши… Что это за ниши и из чего они сделаны?
Мутуалистические отношения… Кто там главный, а кто подчинённый? Кем они зарегистрированы?
Конкуренция… Кто быстрее бегает и дальше прыгает, что ли?
Подобные примеры можно приводить очень долго. И, скорее всего, они не доставят особого удовольствия школьникам с математическим складом ума или тем, у которых левое полушарие мозга уж слишком превалирует в своей работе над правым.
Но сегодня и прямо сейчас – бинго! Встречайте первую тему по экологии для математиков и примкнувших к ним любителям фактов и цифр.

Перед тем, как перейти непосредственно к подсчётам, давайте определимся с теми системами… или структурами, а может, объектами, элементами, к которым мы будем наши расчёты применять. У вас есть идеи?

И у специалистов-экологов они есть.
Изучая функционирование природных систем, состоящих из объектов живой и неживой природы, они пришли к выводу, что основной элемент каждой экосистемы – это популяция. Как вам должно быть известно, именно такой термин ввёл в экологию датский биолог Вильгельм Иогансен уже в далёком 1903 году.

Помните определение?
Популяция – это способная к саморегуляции группа особей одного вида, обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.
Каждая популяция в сообществе играет отведённую ей роль и составляет вместе с популяциями других видов некое природное единство, которое развивается и действует по своим законам.
Вся эта система природного единства очень сложная. И для понимания того, как она функционирует, крайне важно знать не только особенности жизнедеятельности тех или иных видов организмов (биологические признаки), но и, главное – их популяционные характеристики (групповые признаки). Что это может быть? Плотность расселения, общая численность особей, скорость увеличения численности, продолжительность жизни, количество производимого потомства.
Эти характеристики называются демографическими показателями популяции. Без них не обойтись при прогнозировании возможных изменений, происходящих как в отдельных популяциях, так и во всём сообществе или экосистеме. Поскольку, как мы уже сказали, вся природная система из популяций, как ячеек, и состоит.

Популяция – элементарная структура природного сообщества. Демографические характеристики отражают популяцию в целом, и их невозможно применить к отдельной особи. Конечно, отдельный организм рождается, стареет и умирает. Но применительно к нему нельзя говорить о рождаемости, смертности или возрастной структуре и численности – эти характеристики имеют смысл только на групповом уровне. И первый такой уровень – популяция.

Давайте её проанализируем.

Первое, на что сразу обращаем внимание, конечно же, численность – общее количество особей.
Численность популяции постоянно изменяется по самым разным причинам, но её колебания не могут выйти за некоторые пределы – верхний и нижний. Выход за них чреват гибелью всей совокупности особей.
Верхний предел численности – максимальное количество особей, способных существовать на определённой территории. Он зависит от количества корма, площади занимаемого ареала и силы воздействия экологических факторов. Причём для каждой популяции этот предел, как вы понимаете, свой. Например, для волка – это сотни особей, а небольших полёвок – уже сотни тысяч. Если численность достигает верхнего предела, то начинается гибель особей из-за нехватки корма. Из-за повышенной контактности в условиях скученности возникают эпидемии, что в конечном итоге может привести к гибели всей популяции.

Нижний предел численности – минимальное количество особей, способных

обеспечить длительное существование популяции. Обратите внимание, в отличие от верхнего предела, нижний зависит только от биологических свойств организмов. А поэтому является величиной постоянной для всех популяций в пределах вида.
При уменьшении численности популяции до нижнего предела снижается возможность встречи полов для размножения. Что неизбежно приводит к вымиранию популяции. Именно поэтому популяции живых организмов с очень малой численностью не могут существовать длительное время. И именно поэтому в природе нельзя встретить ни снежного человека, ни лох-несское чудовище. Элементарные экологические знания опровергают эти легенды. Как, впрочем, и существование Бога. Правда, это не мешает миллионам верующих строить свою жизнь на основе религиозных традиций и обычаев.

Для популяций позвоночных животных нижний предел численности составляет несколько сот особей: при меньшем числе особей у популяции мало шансов на выживание в период резких депрессий численности. Для беспозвоночных цифра минимальной численности оказывается заметно выше — порядка десятков тысяч особей. Подумайте, почему.

Нужно отметить и тот факт, что численность практически любой популяции подвержена периодическим (сезонным) колебаниям. Они ещё называются популяционными волнами, или волнами жизни.
Считается, что возникают они под влиянием биотических и абиотических факторов среды. Например, хорошо известно, что урожай еловых шишек повышается после тёплого сухого лета, а это, в свою очередь, положительно сказывается на росте популяции белок.

Однако вопрос возникновения волн жизни до конца не изучен. Существуют даже исследования о влиянии генотипа на это явление.

Масштабы колебаний численности у популяций разных видов обычно неодинаковы. Так, численность майского жука на пике волны увеличивается в миллион раз, сибирского шелкопряда - в 12 млн. раз, зайцев в Канаде - в 10 раз.

Численность популяции – важный демографический фактор. Но куда более иллюстративна плотность. Плотность популяции – это число особей, или их биомасса, приходящаяся на единицу площади или объёма жизненного пространства.
Например, 200 сосен на 1 гектар, 5 миллионов диатомовых водорослей на 1 м³, 200 экземпляров леща на 1 гектар поверхности водоёма и т. п.

Зачастую плотность измеряют в тех случаях, когда важнее знать не конкретную величину популяции в тот или иной момент времени, а её динамику, то есть ход изменения численности во времени.
Различают два вида плотности. Средняя плотность – количество особей в расчёте на единицу площади занимаемой популяцией территории. И экологическая, или удельная, плотность – это тоже количество особей в расчёте на единицу площади территории. Но в этом случае считают только территорию, пригодную к обитанию.

Также, как и численность, плотность имеет верхний и нижний пределы. Поэтому достаточно точный прогноз развития популяции можно давать и на её основе.
В таёжных лесах часты вспышки размножения бабочек сибирского шелкопряда, гусеницы которых оголяют хвойные деревья. В период подъёма численности самки откладывают более 300 яиц. Таким образом, число гусениц на одно дерево пихты может достигать 20 тысяч. В период наиболее высокой плотности популяции плодовитость самок падает до 100 яиц, выживаемость личинок снижается в 2,5 раза, доля самцов увеличивается до 70 и более процентов и начинается разлёт бабочек на большие расстояния, иногда более чем на 100 км. Среди мигрантов преобладают самки. Все эти изменения имеют прямую зависимость от плотности популяции.

Плотность популяции оказывает влияние и на взаимоотношения хищник-жертва.

Повышение плотности популяции жертв означает увеличение кормов для хищников. При этом их добыча значительно возрастает.

Например, горностай за одну охоту при обилии мышей добывает не одну, а три-четыре особи, больше, чем может съесть. Это быстрая реакция хищников на число жертв, и она часто может остановить рост их численности.

Но затормозить рост численности жертв удаётся не всегда, потому что у любой особи потребителя есть предел насыщения.

Если жертвы размножаются быстрее, чем их ловят хищники, рост их популяций продолжается.

Усиление воздействия на жертв связано с размножением самих хищников. Их число, а, следовательно, и число потребляемых ими жертв увеличивается при этом в геометрической прогрессии, и их регуляторное влияние на популяции жертв резко возрастает. Число горностаев, например, после богатого кормом года может возрасти в 30—50 раз, их влияние на популяцию жертв увеличится в 120—200 раз.

Далее – рождаемость. Рождаемость – это число особей, появившихся в популяции в единицу времени за счёт размножения. Это важная демографическая характеристика. В экологии под рождаемостью принято считать любой способ появления новых особей (живорождение как таковое у млекопитающих, вылупливание из яиц у птиц, деление амёбы, прорастание семян сосны и так далее). Попробуйте самостоятельно продолжить этот перечень.

Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности за счёт размножения особей. Помните из географии?

Различают максимальную рождаемость – теоретически возможную и так называемую, экологическую – то, что есть на самом деле.

Фактически во всех живых организмах заложена способность размножаться беспредельно. Например, всего за пять поколений, т. е. за месяц-полтора лета, одна- единственная тля может оставить более 300 миллионов потомков. Это максимальная рождаемость.
На самом деле в природе ни у одной популяции не бывает идеальных условий, когда количество ресурсов не ограничено, естественные враги отсутствуют, а абиотические факторы среды всегда благоприятны.

Поэтому экологическая (фактическая) рождаемость всегда гораздо ниже максимальной (теоретической).

Экологическую рождаемость можно рассчитать двумя способами. Определяем общее число потомков за период времени – это абсолютная рождаемость. И второй способ – высчитываем число родившихся в единицу времени в расчёте на одну особь популяции – удельная рождаемость.

Важный момент. В природе существует две стратегии размножения организмов. Одни не заботятся о потомстве и вынуждены откладывать много яиц, из которых выживают единицы особей (высокая максимальная рождаемость и относительно низкая экологическая).

Приверженцы другой стратегии проявляют заботу о потомстве (низкая максимальная и относительно высокая экологическая рождаемость).

При повышении рождаемости численность популяции увеличивается. Но иногда отмечается высокая рождаемость, а численность остаётся прежней или даже снижается. Это может быть связано с высокой смертностью.

Смертность – количество особей, погибших за единицу времени. Этот демографический показатель по характеру влияния на численность природных популяций является, как можно догадаться, противоположным рождаемости. Но характеризуется аналогичными по расчёту показателями: абсолютной смертностью и удельной.

Подведём итог. Сегодня на уроке мы вспомнили, что такое популяция;

узнали, что каждая такая совокупность особей обладает важными характеристиками – демографическими показателями. К ним относятся: численность с верхним и нижним пределами, плотность, рождаемость и смертность.