Популяционная структура вида

Проверим знания

    Ключевые вопросы

1. Назовите типы пространственной структуры популяций и причины их формирования. 2. Приведите примеры видов организмов с различными типами пространственной структуры популяций.В чем преимущество группового распределения животных по сравнению с одиночным образом жизни? 3. Что такое «эффект группы»? В каких ситуациях его можно наблюдать в человеческих популяциях? 4. Дайте определение половой структуры популяции. Подумайте, для популяций каких видов организмов нельзя определить половую структуру. С чем это связано? 5. Почему изменяется соотношение полов в популяциях на разных стадиях жизненного цикла особей? Какие факторы при этом оказывают наибольшее влияние?

    Сложные вопросы

1. Какое значение для хозяйственной и природоохранной деятельности человека имеет изучение половой структуры популяций? Приведите подтверждающие примеры. 2. Две популяции косуль обитают в примерно равных по площади лесных массивах и отличаются по половой структуре: у одной популяции 75 % самок и 25 % самцов, а у другой — 75 % самцов и 25 % самок. Составьте прогноз для популяций и план мероприятий по нормализации половой структуры данных популяций.

Индивидуальное домашнее задание. В парке и ближайшем лесу заложите по 2—3 пробные площадки размером 10 м х 10 м. В центре каждой площадки выберите дерево определенного вида в качестве точки отсчета. С помощью рулетки измерьте расстояние от данного дерева до всех деревьев этого же вида, расположенных в пределах площадки. В рабочей тетради нарисуйте план пробной площадки (масштаб: 1 см = 1 м), поставьте в центре точку (дерево в центре пробной площадки) и точками отметьте положение остальных деревьев на данной площадке, соблюдая масштаб. По полученным схемам определите типы пространственной структуры популяций деревьев, произрастающих в парке и лесу. Сравните их между собой, объясните полученные результаты.

Типы пространственной структуры популяций

В зависимости от особенностей взаимодействия популяции со средой обитания, выделяют несколько типов пространственной структуры. Распределение особей может быть случайным, равномерным или агрегированным. Каждый из этих типов соответствует определенным характеристикам популяции и среды ее обитания.

Случайное распределение особей наблюдается при избытке ресурсов, отсутствии у данного вида сложного социального поведения, часто при слабой способности особей к самостоятельным миграциям (например, у планктона).

Равномерное распределение наблюдается обычно при достаточно четком соответствии численности особей и запаса ресурсов, на фоне неспособности организмов к большим перемещениям (или нерентабельности для них таких перемещений, например, для мелких птиц в репродуктивный период).

Замечание 1

Само по себе равномерное распределение существовать не может, поскольку сталкивается с противодействием случайных процессов, поэтому оно активно поддерживается поведенческими механизмами, например, территориальностью.

Полностью равномерное распределение в природе не встречается, поскольку даже при территориальности размер участков отдельных особей зависит как от качества среды (оно неодинаково на протяжении ареала популяции), так и от индивидуальных особенностей особей.

Агрегированное, или групповое распределение может наблюдаться в нескольких случаях:

1. Пятнистое распределение ресурсов, пригодных для обитания стаций и других условий;
2. Наличие некоторых преимуществ группового образа жизни, например, совместное кормодобывание, коллективная защита от хищников и т.д. В этом случае структура популяции становится групповой даже на относительно однородной территории.
3. Способностью группы особей прокормиться на относительно небольшой территории или возможностью (рентабельностью) совершать продолжительные кормовые миграции.

Колонии

Колониями называют групповые поселения оседлых (хотя бы часть года) животных. Они могут быть постоянными или временными, только на репродуктивный период. Колонии могут формироваться в удобных для поселения особей данного вида местах, однако у высших животных они выполняют целый ряд дополнительных функций.

Например, колониальное поселение способствует концентрации большого числа особей на участке одного или нескольких хищников, и выводу их с территорий остальных. Немногие хищники не в состоянии сильно повлиять на численность своих жертв, что произошло бы, не будь жертвы так сконцентрированы в определенном месте. Многие организмы при колониальном поселении менее уязвимы перед хищниками за счет их своевременного обнаружения или активной совместной защиты. Размер колонии обычно ограничивается ресурсным фактором.

Стайный и стадный образ жизни

Определение

Стая — это временная социальная группа, создаваемая отдельными видами животных для добычи пищи, защиты от врагов, миграции.

Стая может не иметь вожака, как это происходит у рыб, или подчиняться сильному лидеру. Наличие лидера характерно, например, для львиных прайдов, волчьих стай. Основной задачей лидера является организация защиты, коллективной охоты. Он должен поддерживать согласованность и координацию действий всех участников стаи в процессе добычи пропитания, отстаивания территории.

Определение

Стадо — это постоянная социальная группа, обеспечивающая своим участникам успешное выполнение жизненно важных функций.

Как правило, стадо существует намного дольше стаи. Эта форма существования характерна для зубров, диких лошадей, горных козлов, зебр, оленей. Члены стада совместно добывают пищу, выращивают молодняк, защищаются от врагов, мигрируют.

И для стаи, и для стада свойственна иерархическая система построения, когда в группе устанавливается определенная расстановка сил. С точки зрения выживания такая система представляется достаточно эффективной.

Пример

Подчиняясь наиболее ловкому и сильному самцу, волки в стае не тратят время и силы на соперничество. Их охота скоординирована и хорошо организована. А значит, в результате будет добыт корм, сохранена жизнь детенышей.

Пример

Продвигаясь к водопою, стая павианов распределяется согласно принятой иерархии: в центре идут детеныши и беременные самки, по краям движутся сильные взрослые самцы. В момент нападения самцы продвигаются на переднюю линию, загораживая собой более слабых сородичей.

Половая структура

Половая структура — это соотношение численности особей разного пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых организмов. Теоретически соотношение полов должно быть примерно одинаковым: 50 % общей численности должны составлять мужские особи, а 50 % — женские. Фактическое соотношение полов зависит от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида.

В природных популяциях различают первичное, вторичное и третичное соотношение полов. Первичное соотношение полов — соотношение зигот по половой принадлежности, наблюдаемое при половом размножении в момент оплодотворения. Оно определяется генетическими механизмами, обеспечивающими равномерность расхождения половых хромосом при образовании гамет и равновероятное их сочетание при оплодотворении. Как правило, первичное соотношение полов равно 1 : 1. В дальнейшем это соотношение может меняться в зависимости от различных факторов среды.

Вторичное соотношение полов — это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных). Оно формируется в течение эмбрионального периода, когда на генетическую обусловленность пола накладывается влияние факторов среды. В результате при рождении особей наблюдается отклонение от изначально равномерного соотношения полов.

!  Это интересно

Изменение соотношения полов на эмбриональном этапе развития отмечается у шелкопряда тутового. Пол особи у него зависит от температуры окружающей среды. Эту особенность использует в шелководстве человек. Поскольку в коконах, завиваемых самцами, шелка на 25 % больше, то для получения большего количества самцов яйца выдерживают при температуре, благоприятной для их развития. У муравьев рыжих лесных из яиц, отложенных при температуре ниже +20 °С, развиваются самцы, при более высокой — почти исключительно самки. Дафнии при оптимальной температуре размножаются партеногенетически, а при повышенной или пониженной температуре в популяциях появляются самцы. На появление обоеполого поколения у тлей могут влиять изменения длины светового дня, температуры, увеличение плотности населения и другие факторы.

К моменту полового созревания соотношение полов также изменяется в силу ряда внешних причин. Соотношение полов среди взрослых половозрелых особей — это третичное соотношение полов. Оно зависит от устойчивости особей разного пола к факторам среды, что связано с физиологическими, экологическими, поведенческими и другими особенностями самцов и самок. Так, в популяциях фазанов, больших синиц, крякв отмечается преобладание численности самок, а в популяциях пингвинов, наоборот, преобладают самцы.

!  Это интересно

У человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в среднем на 100 девочек рождается 106 мальчиков, к 16—18 годам это соотношение практически выравнивается, но в течение жизни из-за повышенной смертности мужского пола это соотношение изменяется и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам — 50 мужчин на 100 женщин.

Соотношение особей разного пола и особенно доля размножающихся самок значительно влияют на численность, плотность и рождаемость популяции. Поэтому определение половой структуры природных популяций позволяет человеку правильно планировать мероприятия по взаимодействию с ними: использовать популяции для своих целей или принимать меры по их охране.

Этологическая структура популяций

Определение 9

Этологическая структура популяций – это система взаимосвязей между ее особями, проявляющихся в поведенческих реакциях.

Особям разных видов свойственен либо одиночный, либо групповой способ жизни. Групповой способ жизни связан с созданием постоянных семей, стай, табунов, стад, колоний.
Для стад (особенно – табунов), стай характерна сложная система взаимосвязей, которая может проявляться в виде иерархии среди особей.

Определение 10

Иерархия – это своеобразная система поведенческих реакций между особями, которая определяет очередность доступа к корму, спаривания и пр.

Так, например, в стаях и табунах выделяются лидеры. Это вожаки, действия которых направлены на управление сообществом и подчинение себе других особей. Благодаря этому стаи и табуны могут функционировать как единое целое.

В группах животных более эффективны последствия вырабатывания необходимых для выживания рефлексов у молодых животных с помощью старших особей (так называемого обучения).

Динамика популяций

Динамика и рост численности экосистем зависит от внешних и внутренних факторов, таких как наличие пищи, враги, климат.

Основателем популяционной генетики является С.С. Четвериков, который назвал рост численности “волнами жизни”.

Точно определить среднее число особей можно при условии искусственной полной изоляции группы. В природе такое возможно при изучении островных экосистем. Определить численность можно соотношением рождаемости и смертности.

“Волны жизни” помогают иногда выдвигать вперёд редкие генотипы, проверяя их естественным отбором. Так, например, после холодной зимы в живых остаются более сильные, холодоустойчивые организмы.

Рис. 3. Пример динамики популяций.

Система взаимоотношений между членами одной популяции

В некоторых популяциях все особи живут автономно друг от друга. Они абсолютно равнозначны и самостоятельны.

Пример

Одиночный образ существования характерен для жужелиц, бабочек, божьих коровок, жуков-чернотелок.

В других наблюдаются временно существующие группы, создаваемые особями в периоды засухи, внешней угрозы, размножения, зимовки.

Пример

Морские черепахи, проживающие в теплых водах, объединяются для выхода на берег в период кладки яиц. В остальное время каждая особь проживает отдельно, самостоятельно обеспечивает себя пропитанием.

Большинство видов склонно к созданию колоний, стай, прайдов, семей. В них особи совместно выполняют ряд важных функций: защищаются, размножаются, обеспечивают кормом себя, сородичей, потомство.

Пример

Структурно наиболее сложны семьи насекомых: термитов, пчел, муравьев. Внутри этих семей создаются отдельные функциональные группы, разделенные по специализации. При этом все особи находятся в постоянном контакте друг с другом, регулярно обмениваются информацией.

Популяция и ее характеристики

В природе вид не занимает, как правило, сплошную территорию. Особи вида образуют неравномерные по численности группировки и занимают часть ареала вида.

Определение 1

Популяция – это совокупность особей одного вида, которые длительное время обитают в части его ареала, частично или полностью изолированы от других подобных групп особей этого же вида.

Любая популяция является составляющей частью того или иного биогеоценоза. Причиной формирования популяций является неравномерное распределение по территории оптимальных условий для существования вида (освещенность, наличие корма и т.д.).

Если животные данного вида способны к активному перемещению, то вид, состоит из незначительного количества популяций, каждая из которых занимает обширные территории (копытные, грачи). А вот виды, ведущие малоподвижный образ жизни, могут состоять из большого количества популяций, каждая из которых имеет небольшую площадь.

Популяция, будучи, как мы знаем, структурной единицей вида, имеет ряд определенных особенностей и характеристик.

Определение 2

Численность популяции – это количество особей растений или животных данного вида, которые входят в ее состав и занимают определенную площадь в биогеоценозе.

Определение 3

Плотность популяции – это среднее количество особей, проживающих на единице площади или объема территории, которую занимает.

Определение 4

Биомасса – это общая масса особей данной популяции, приходящаяся на единицу площади или объема.

Определение 5

Прирост популяции – это разность между числом особей, родившихся за единицу времени (год), и количеством особей, погибших за этот же период времени (т.е. разница между такими показателями, как рождаемость и смертность).

Отличия популяции от вида

Первое, на что необходимо обратить внимание, — популяция является частью вида, а не наоборот. Два этих понятия часто путают

Вид – это самовоспроизводящаяся структура, способная поддерживать свою численность во времени и пространстве, совокупность особей со схожими характеристиками и распространенная в пределах единого ареала, способная к скрещиванию, результатом которого становится плодовитое потомство.

Основными характеристиками вида являются:

• Длительность существования;
• Общий ареал ;

Общие признаки, характеризующие особей, — генетические, морфологические, физиологические, поведенческие и т.д.;

Способность скрещиваться и давать плодовитое потомство.

В биологической концепции вида, родоначальником которой стал Джон Рэй, именно последний критерий является самым важным. Известно множество случаев образования гибридов между разными видами (особенно в ботанике), но при этом полученные таким образом организмы не способны давать потомство, то есть являются стерильными. Это, например, лигр – гибрид льва и тигра, мул – гибрид осла и лошади и т.д.

Лигр – пример межвидового гибрида Источник

Очень часто ареал вида довольно обширен и представлен большой и неоднородной по своим условиям территорией. Например, мелкие грызуны могут обитать как на острове, так и на берегу. Чайки одного вида обитают на североамериканском и евроазиатском побережье Тихого океана. В таких условиях принцип свободного скрещивания реализовать достаточно сложно, поэтому часто пары возникают среди ближайшего окружения. Из-за постоянного скрещивания между соседями в удаленных или обособленных местах ареала появляются группы особей с определенными особенностями. Например, островные грызуны имеют меньшие размеры, чем на суше, зато островные растения – наоборот, крупнее. При этом сохраняется возможность скрещивания между такими группами, то есть репродуктивный критерий вида соблюдается. Для таких групп было введено понятие «популяция».

Итак, популяция – это совокупность особей одного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Признаками популяции являются:

• Незначительные отличия от других особей вида;
• Обитание на однородной, часто обособленной территории;
• Определенная численность популяции, соотношение особей разных полов и возрастов, часто отличные от общевидовых значений;
• Территориальная структура.

Половая структура

Половая структура — это соотношение численности особей разного пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых организмов. Теоретически соотношение полов должно быть примерно одинаковым: 50 % общей численности должны составлять мужские особи, а 50 % — женские. Фактическое соотношение полов зависит от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида.

В природных популяциях различают первичное, вторичное и третичное соотношение полов. Первичное соотношение полов — соотношение зигот по половой принадлежности, наблюдаемое при половом размножении в момент оплодотворения. Оно определяется генетическими механизмами, обеспечивающими равномерность расхождения половых хромосом при образовании гамет и равновероятное их сочетание при оплодотворении. Как правило, первичное соотношение полов равно 1 : 1. В дальнейшем это соотношение может меняться в зависимости от различных факторов среды.

Вторичное соотношение полов — это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных). Оно формируется в течение эмбрионального периода, когда на генетическую обусловленность пола накладывается влияние факторов среды. В результате при рождении особей наблюдается отклонение от изначально равномерного соотношения полов.

!  Это интересно

Изменение соотношения полов на эмбриональном этапе развития отмечается у шелкопряда тутового. Пол особи у него зависит от температуры окружающей среды. Эту особенность использует в шелководстве человек. Поскольку в коконах, завиваемых самцами, шелка на 25 % больше, то для получения большего количества самцов яйца выдерживают при температуре, благоприятной для их развития. У муравьев рыжих лесных из яиц, отложенных при температуре ниже +20 °С, развиваются самцы, при более высокой — почти исключительно самки. Дафнии при оптимальной температуре размножаются партеногенетически, а при повышенной или пониженной температуре в популяциях появляются самцы. На появление обоеполого поколения у тлей могут влиять изменения длины светового дня, температуры, увеличение плотности населения и другие факторы.

К моменту полового созревания соотношение полов также изменяется в силу ряда внешних причин. Соотношение полов среди взрослых половозрелых особей — это третичное соотношение полов. Оно зависит от устойчивости особей разного пола к факторам среды, что связано с физиологическими, экологическими, поведенческими и другими особенностями самцов и самок. Так, в популяциях фазанов, больших синиц, крякв отмечается преобладание численности самок, а в популяциях пингвинов, наоборот, преобладают самцы.

!  Это интересно

У человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в среднем на 100 девочек рождается 106 мальчиков, к 16—18 годам это соотношение практически выравнивается, но в течение жизни из-за повышенной смертности мужского пола это соотношение изменяется и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам — 50 мужчин на 100 женщин.

Соотношение особей разного пола и особенно доля размножающихся самок значительно влияют на численность, плотность и рождаемость популяции. Поэтому определение половой структуры природных популяций позволяет человеку правильно планировать мероприятия по взаимодействию с ними: использовать популяции для своих целей или принимать меры по их охране.

Семейный образ жизни

Для семейного образа жизни характерна связь между родителями и потомством. Она проявляется в заботе о наследниках, обеспечении их кормом, поддержке до определенного периода.

Пример

Птицы заботятся о птенцах до того момента, как они смогут самостоятельно летать. Крупные млекопитающие, такие как тигры, львы, медведи воспитывают потомство до наступления половой зрелости.

В зависимости от роли, взятой на себя тем или иным родителем, в биологии различают семьи смешанного, материнского, отцовского типа. Замечено, что в устойчивых парах оба родителя участвуют в защите и выкармливании потомства.

Примечание

Для популяций, предпочитающих семейный образ жизни, характерно территориальное поведение особей. Посредством угроз, предупреждающих сигналов, маркировки взрослые самцы и самки сохраняют в неприкосновенности границы своих владений.

Пространственная структура

Определяется плотностью размещения и распределения на определённой местности членов экосистемы. Все особи имеют как индивидуальное, так и групповое пространство. Таким способом образуются стаи, колонии, стада. В зависимости от способа размещения в группе различают случайное, равномерное и скученное распределение.

Каждая особь играет свою роль в группе, при этом формируется социальная иерархия.Она может быть:

• линейной (подчинение по рангам, когда последующий главенствует над предыдущим);
• параллельной (у самцов и самок отдельные вожаки).

Такая система взаимоотношений позволяет согласовывать поведение, которое будет выгодно для всех членов группы.

Структура популяций

Популяция не является случайным скоплением на общей территории особей одного вида. Это сложно организованное сообщество, имеющее свою структуру, состав и сложную иерархию связей. К числу основных характеристик популяции относятся: численность особей в популяции и ее динамика, зависящая от рождаемости и смертности, плотность популяции, соотношение полов и возрастной состав.
Различают возрастную, пространственную, половую, генетическую, и экологическую структуру популяций.

Определение 2

Половая структура популяции – отношение числа особей разного пола в популяции.

Половая структура популяции формируется под воздействием генетических, физиологических и гормональных факторов. Кроме того, формирование пола особей некоторых видов зависит от условий среды, например от температуры эмбрионального развития.

Определение 3

Возрастная структура популяции – отношение особей в популяции, которые имеют разный возраст.

Возрастная структура – одна из самых важных характеристик популяции, так как она оказывает влияние на рождаемость и смертность и определяет степень зрелости и стабильности популяции.

Как правило, в любой популяции можно выделить три основных возрастных группы:

1. ювенильную,
2. репродуктивную
3. сенильную.

Ювенильную группу составляют молодые особи, еще не достигшие зрелости и не способные давать потомство. Репродуктивная группа – это половозрелые особи, способные давать полноценное потомство. Сенильную группу составляют старые организмы, уже не способные интенсивно размножаться. В быстро растущих популяциях увеличивается относительная численность двух первых групп, а в вымирающих популяциях возрастает доля сенильной группы особей.

В популяции генетическая структура определяют непостоянством и многообразием генотипов, разной вариаций определенных генов (аллелей), а также дроблением популяции на группы близких особей по генетическому признаку, между которыми совершается непрестанный обмен аллелями.
Популяция должна быть генетически разнородной для того, чтобы обладать хорошей способностью подстраиваться под изменение условий среды обитания, снижая тем самым угрозу вымирания.

Определение 4

Пространственная структура популяции – это особенности распределения и размещения некоторых членов и их группировок на территории обитания (в ареале).

Пространственное распределение может быть случайным, групповым или равномерным.
Экологическая структура популяции – это деление любой популяции на группы особей, которые по-разному взаимодействуют с условиями окружающей среды.

В любой популяции существуют:

1. группы, различающиеся по питанию;
2. группы с разной двигательной активностью;
3. группы, выполняющие разные функции.