Экологическая характеристика популяции кратко

Ареал и экологическая ниша вида

Ареал — часть поверхности суши или акватории, в пределах которой распространены и проходят полный цикл своего развития особи данного вида (рода, семейства или определенного типа сообщества).

Эндемик — вид, занимающий незначительную территорию.
■ Примеры эндемиков: реликтовые растения гинкго и метасеквойя, утконос, ехидна, кистеперая рыба латимерия.

❖ Причины эндемизма:
■ географическая изоляция (на океанических островах, в горных районах или изолированных водоемах);
■ климатические и почвенно-грунтовые условия;
■ биотические факторы (конкуренция, хищничество, симбиоз).

Космополит — вид, встречающийся на большей части обитаемых областей Земли, распространенные повсеместно.
■ Примеры космополитов: сорняки (подорожник большой, пастушья сумка и др.), водные и болотные растения (ряска, рогоза), а также комнатная муха, городской воробей, серая крыса и другие животные, расселяющиеся вслед за человеком.

❖ Факторы, влияющие на формирование и особенности ареала:
■ экологическая пластичность вида;
■ его способность к размножению и расселению;
■ исторический возраст;
■ скорость видообразования.

Сплошной ареал — это ареал, в пределах которого особи вида встречаются во всех подходящих для их жизни местообитаниях.

Прерывистый ареал — это ареал, распадающийся на несколько разобщенных территорий, настолько удаленных друг от друга, что обмен пыльцой или спорами между растениями или миграция животных, обитающих на этих территориях, невозможны.

Экологическая ниша вида — это комплекс условий жизни вида, т.е. совокупность всех факторов среды (в том числе микроклимата), в пределах которых вид может существовать в природе.

■ Два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу, поэтому один из видов или создает новую экологическую нишу, или исчезает.

Понятие о популяции в биологии

В биологическом смысле генофонды объединяют животных единого вида, которые населяют одно пространство, связаны между собой потомством. В биологии термином популяция стали пользоваться на заре XX века.

Для сохранения объединений животных путем воспроизводства необходим свободный обмен генной информацией. В биологии, места проживания животных, тропы их передвижения, укрытия, запасы корма играют важную роль для определения генотипа.

Группы, которые образуют единицы одной общности, дают им преимущество перед одиночным существованием. Проживая в сообществе, легче обнаружить хищников, обороняться от них, обучать молодое потомство

Важно общение между членами группы. Информацию они передают звуками, запахами, электрическими разрядами (рыбы)

Примером общения служит сорочий гвалт в лесу, который является предупреждением сородичей о приближении чужаков.

Мышь полевка

Динамика биогеоценозов

Биогеоценозы формируются длительно. В процессе функционирования биогеоценозы подвергаются непрерывным изменениям. Эти изменения обусловлены периодичностью изменений факторов внешней среды – суточные и сезонные ритмы, обусловленные сменой дня и ночи и времен года соответственно. Каждый живой организм в процессе своей жизнедеятельности изменяет среду вокруг себя, поглощая из нее продукты питания и выделяя в нее продукты обмена. Поэтому постепенно среда становится малопригодной для жизни одних видов и пригодной для других. Вследствие этого постепенно один биоценоз сменяется другим. Более быстрая смена биогеоценозов может быть обусловлена изменением климатических или других условий (лесной пожар, хозяйственная деятельность человека – вырубка лесов, осушение болот и т.п.). Смена биогеоценоза (сукцессия) — это направленная и непрерывная последовательность исчезновения одних популяций и появления других в данном биотопе. Чем полнее круговорот в биогеоценозе, тем он устойчивее и долговечнее. Смена биогеоценозов происходит в направлении от менее устойчивых к более устойчивым.

Ведущее значение в процессе смены биогеоценозов принадлежит растениям, хотя биогеоценозы изменяются как единое целое. Например, на месте лесного озера постепенно образуется торфяное болото. Вследствие отложения торфа водоем мелеет, прибрежная растительность распространяется к его центру. Озеро постепенно превращается в болото, поросшее травой, на котором в дальнейшем появляются кустарники, а затем деревья. Одновременно с изменением растительности изменяется и животный мир.

Природные биогеоценозы не могут полностью обеспечить человека продуктами, одеждой и промышленным сырьем, поэтому он создает искусственные экосистемы – агроценозы. Наряду с возделываемыми культурами в агроценозах произрастают сопутствующие сорные виды, которые испытывают мощный антропогенный пресс. Кроме того, в состав агроценозов входят бактерии, водоросли, грибы, животные. Агроценозы – это поля, пастбища, сенокосы, лесные посадки, парки, сады. Их относительно высокая продуктивность по сравнению с естественными биогеоценозами обеспечивается интенсивной технологией, подбором высокоурожайных сортов, внесением удобрений, мелиорацией. Таким образом, агроценозы – это экосистемы, которые создает, поддерживает и контролирует человек. Они не способны к саморегуляции, так как характеризуются однотипностью видового состава. Агроценозы имеют ряд принципиальных отличий от естественных экосистем. Помимо солнечной энергии они получают опосредованно через человека дополнительную энергию, расходуемую на рыхление и удобрение почвы, мелиорацию и т.п. В агроценозах происходит неполный круговорот веществ, так как при уборке урожая уносится значительная часть элементов, что компенсируется внесением удобрений. В биогеоценозах действует естественный отбор, а в агроценозах – искусственный. Агроценозы обладают слабой устойчивостью, и их сохранение зависит от деятельности человека. Если она прекращается, то искусственное растительное сообщество заменяется природной растительностью. Необработанные поля довольно быстро зарастают сорняками, затем кустарниками, мелколесьем и наконец – лесом. Для повышения продуктивности агроценозов в настоящее время проводят осушение и орошение почв, борьбу с эрозией (укрепление склонов, безотвальная вспашка, залуживание бывших торфяников), нормированное внесение удобрений, дозированное применение средств для борьбы с вредителями и болезнями растений, с сорняками. Используют высокопроизводительную технику, получают новые высокоурожайные сорта культурных растений, устойчивые к болезням и вредителям, применяют биологические способы борьбы с вредителями, соблюдают научнообоснованные севообороты. В овощеводстве и цветоводстве широко используют теплицы, парники и выращивание овощей без грунта – гидропонику(в качестве субстрата используют гравий, орошаемый растворами солей) и аэропонику (субстрат отсутствует, а корни периодически опрыскивают растворами минеральных солей).

Источники информации
1. Биология для абитуриентов. Авторы: Давыдов В.В. , Бутвиловский В.Э. , Рачковская И. В. , Заяц Р.Г.

Характеристика популяций

Популяция не является случайным скоплением на общей территории особей одного вида. Это сложно организованное сообщество, имеющее свою структуру, состав и сложную иерархию связей.

Свойства, характеризующие популяцию, можно разделить на два вида:

биологические свойства – свойства, присущие каждому входящему в популяцию организму;
групповые (эмерджентные) свойства – свойства, присущие не отдельным особям, а популяции в целом.

Иными словами, объединение организмов одного вида в популяцию (группу) проводится на основании ее качественно новых, эмерджентных свойств. К этим свойствам относятся:

численность ;
плотность популяции;
рождаемость организмов в популяции;
смертность организмов в популяции.

Определение 2

Численность популяции – общее число особей одного вида, населяющих конкретную территорию.

Численность популяции изменяется во времени (по годам, сезонам, от поколения к поколению) и зависит от внешних и внутренних факторов.

Замечание 1

Колебания численности особей в популяции были названы русским биологом С. С. Четвериковым «волнами жизни».

Занимаемые разными популяциями территории (ареалы) могут значительно отличаться друг от друга по площади, поэтому сравнивать популяции по абсолютному числу особей не всегда целесообразно. В таких случаях численность популяции выражают в виде плотности.

Определение 3

Плотность популяции – соотношение количества представителей одного вида (или соответствующей ей биомассы) и обьема или площиди занимаемого популяцией (биомассой) пространства.

Рождаемость – количество новоиспеченных особей, появившихся за единицу времени вследствие размножения. Рождаемость в популяции определяется прежде всего биологическими особенностями вида, а также средним сроком жизни особи, соотношением полов в популяции, обеспеченностью пищей, погодными условиями и целым рядом других факторов.
Выделяют два вида рождаемости:

максимальную (абсолютную, или физиологическую) рождаемость – теоретически допустимое число особей, которые могут родиться в идеальных условиях экологической среды без каких-либо лимитирующих факторов, определяемое только физиологическими потенциалами организмов;
экологическую (реализуемую) рождаемость – число особей, появившихся на свет за определенный период в конкретных экологических условиях.

Смертность – это число особей в популяции, которые погибли за установленный период времени. Она зависит прежде всего от факторов среды и может быть очень высока при стихийных бедствиях, в периоды неблагоприятных климатических условий или при эпидемиях.
Различают:

физиологическую смертность (гибель особи в идеальныхусловиях в результате физиологической старости);
экологическую смертность (гибель особи в реальных условиях по различным причинам).

Экосистема и ее видовая и пространственная структуры

Однородные участки суши (воды), заселенные живыми существами, называются биотопами (местами жизни). Исторически сложившееся сообщество организмов разных видов, населяющих биотоп, называется биоценозом. Сообщество организмов биоценоза и окружающая их неживая природа образуют биогеоценоз (экологическую систему). Термин «биогеоценоз» был предложен академиком В. Н. Сукачевым (1940). Биотические и абиотические компоненты биогеоценоза связаны процессами обмена веществ и энергии. Популяции организмов получают из среды необходимые для поддержания жизни ресурсы, выделяя одновременно продукты жизнедеятельности, восстанавливающие среду. Биогеоценоз функционирует как целостная самовоспроизводящаяся, саморегулирующаяся открытая система.

В состав биогеоценоза входят следующие компоненты:

неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода и азота, кислород, вода, минеральные соли);
климатические факторы (температура, освещенность);
органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и др.);
продуценты – автотрофные организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических (растения);
консументы – гетеротрофные организмы, растительноядные и плотоядные потребители готового органического вещества (животные);
редуценты – гетеротрофные организмы, разрушающие остатки мертвых растений и животных и превращающие их в минеральные соединения (бактерии, грибы).

Биогеоценозы отличаются друг от друга видовым разнообразием. Разнообразие видов биогеоценозов увеличивается от полюса к экватору. Распределение в пространстве видов, образующих биогеоценоз, называется пространственной структурой биогеоценоза. Различают вертикальную и горизонтальную структуры.

Наиболее четко вертикальная структура – ярусность – прослеживается в лесах. В лесах умеренного климата можно выделить 5 ярусов: первый – высокие деревья, второй – деревья средней величины, третий – кустарники, четвертый – травы, пятый – мхи и лишайники. Основной фактор, обусловливающий вертикальное распределение растений, освещенность. Ярусность прослеживается и в распределении животных: в почве, на земле и в воздухе.

Горизонтальная структура биогеоценоза обусловлена неравномерным распределением живых организмов – образованием группировок (косяки рыб, стаи птиц).

В процессе жизнедеятельности особи биогеоценозов вступают в разнообразные прямые и косвенные отношения. Прямые отношения бывают: трофические, топические, форические и фабрические.

Трофические отношения складываются между представителями одних видов, питающихся другими видами, например травоядные животные питаются травой, хищники – травоядными и т.п.

Топические отношения возникают в том случае, если происходит изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого, например мхи и лишайники располагаются на коре деревьев.

Форические отношения – это участие особей одного вида в распространении представителей другого вида, например животные и птицы переносят семена, споры и пыльцу растений.

Фабрические отношения – это тип связей, при которых особи одного вида используют продукты выделения, мертвых и даже живых особей другого вида для своих сооружений, например птицы строят гнезда из веток, личинки ручейников для построения домиков иногда используют раковины мелких моллюсков.

Примером косвенных межвидовых отношений может служить увеличение числа насекомоядных птиц, которые, уничтожая насекомых-опылителей‚ снижают число плодов, которыми питаются животные.

Читайте: Происхождение человека #59

Лекция 7. Учение о популяциях

7.2. Экологические характеристики популяции

Каждая популяция имеет ряд признаков, формирующих ее структуру и отсутствующих у отдельных ее особей, обладает, таким образом, групповыми свойствами. Популяции имеют определенные экологические характеристики. К ним относятся: статические – пространство (ареал, местообитания), занимаемое популяциями; возрастной и половой состав, плотность, численность и биомасса популяции; динамические характеристики – рождаемость, скорость роста, смертность, миграция.

Возрастной состав популяции представляет собой соотношение особей разных возрастов. Выделяют три экологических возраста: пререпродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Длительность каждого из них варьирует в связи с продолжительностью жизни особей. В стабильных популяциях соотношение старых и интенсивно размножающихся молодых особей равно 1:1. Половой состав популяции – это соотношение особей разных полов. У многих организмов это соотношение равно 1:1, что обеспечивается генетическими механизмами определения пола.

Плотность популяции – это количество организмов (особей) на единицу площади или объема среды. Численностью является общее количество особей популяции вида на какой-либо территории (например, число особей в лесу, почве, в воде и т. д.). число особей, входящих в состав популяции, может сильно варьировать у разных организмов. Обычно численность популяций мелких организмов (например, одноклеточных) может достигать миллионов особей, а численность популяций крупных животных сравнительно невелика и составляет лишь несколько сотен особей. Однако, нужно подчеркнуть, что в связи с проблемой сохранения на планете исчезающих и редких видов, популяции с малым числом особей неустойчивы и могут исчезнуть при каких-то изменениях условий обитания. В популяционной генетике есть такое понятие как эффективная численность популяции. По современным представлениям, если эффективная численность падает ниже примерно 500 особей в пределах экосистемы (биогеоценоза), то у популяции резко возрастают шансы исчезнуть вследствие генетического вырождения и снижения жизнеспособности особей. Играют также роль случайные причины (пожар, наводнение), которые могут настолько сократить численность популяции, что рождаемость перестанет покрывать убыль.

Различают три типа распределения или расселения особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Основные типы распределения особей в популяции

А – равномерное распределение; Б – случайное распределение;

В – групповое распределение

Равномерное распределение в природе чаще связано с острой конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения отмечают у хищных рыб и у колюшек с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером.

Случайное распределение имеет место только в однородной среде. Так на первых порах распределяется тля на поле. По мере ее размножения распределение приобретает групповой или пятнистый (конгрегационный) характер.

Групповое распределение встречается наиболее часто. Так, в сосновом лесу деревья вначале расселяются группами, а в дальнейшем их размещение становится равномерным. Популяции групповое распределение обеспечивает более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью. Животные, ведущие подвижный образ жизни, как правило, распределяются активно, что приводит к интенсивному перемешиванию популяций и стиранию границ между ними. Например, очень подвижные и активно перемещающиеся песцы, другие животные, птицы имеют огромные ареалы без резких границ между популяциями.

С плотностью, численностью популяции неразрывно связана биомасса – это выраженное в единицах массы или энергии количество живого вещества тех или иных организмов, приходящееся на единицу площади или объема. Биомасса популяции является важнейшей ее характеристикой, поскольку в конечном счете именно биомассу полезных видов растений и животных человек потребляет в сельском хозяйстве, рыболовстве, охотничьем промысле и т. д

Поэтому как для организмов, так и для практических нужд человека, крайне важной оказывается скорость образования биомассы

Данный урок знакомит учащихся с понятием популяции. Говорится о том, что каждая такая совокупность особей обладает важными характеристиками – демографическими показателями. В данном уроке приводятся следующие понятия: популяция, демографические показатели, численность, верхний предел численности, нижний предел численности, плотность популяции, средняя плотность, рождаемость, максимальная рождаемость, смертность.

Обособленность популяции

Совокупности живых организмов постоянно перемещаются, смешиваются на больших территориях, так они образуют крупные объединения. Слабо подвижные группы подлежат определению, как мелкие популяции.

Обособленность зависит от видов, условий среды. Разные виды рыб обитают в водоемах с разной глубиной, пресностью или соленостью воды. Долгая изоляция одного вида приводит к появлению новых подвидов.

Изменение среды, пищи, климата заставляет животных приспосабливаться к этим условиям. Меняются вкусы, пища, похолодание делает шерсть гуще. Так появляется новый подвид под влиянием обособленного образа жизни.

Изоляция и ее типы

Изоляция — естественный барьер, препятствующий свободному скрещиванию внутри вида (его еще называют репродуктивным барьером) и способствующий образованию популяций.

По своей природе она бывает:

Географической;
Экологической;
Поведенческой.

Географическая изоляция чаще всего возникает у видов с широким ареалом. Это естественные барьеры, которые препятствуют перемещению особей — например, реки и горы. Часть организмы не способны преодолеть эту преграду, поэтому размножаются в определенных пределах, что способствует накоплению отличий. Географическая изоляция является самым эффективным методом видообразования.

Экологическая изоляция предполагает появление барьеров, связанных с экологией отдельных групп. Многие мигрирующие птицы образуют пары перед вылетом. Как правило, внутри одного вида птиц есть особи, которые вылетают в тёплые страны раньше, чем другие, которые ещё только готовятся и откармливаются для вылета. Соответственно, пары могут образоваться только среди рано вылетающих и поздно вылетающих птиц и никогда – между птицами из разных групп.

Схема географической и экологической изоляции Источник

Поведенческая, или этологическая изоляция связана с особенностями поведения особей. Например, в тропических странах птицы-шалашники строят гнёзда из предметов разного цвета. Это является их поведенческой особенностью. Иногда самка выбирает себе самца строго по определенному цвету гнезда (например, только самцов с синими гнездами), хотя по другим признакам эти самцы ничем не выделяются среди других. Так образуются поведенческие популяции шалашников, которые отличаются друг от друга только цветом гнезд.

Шалашник строит гнездо Источник

В зависимости от того, какой тип изоляции действует для популяции конкретного вида, её называют либо географической, либо экологической, либо этологической.

Известно, что любая изоляция может привести к появлению нового вида. Обычно это очень длительный процесс, который занимает несколько тысяч или даже сотен тысяч лет. Иногда можно наблюдать промежуточные его этапы. Например, чайки, обитающие на тихоокеанском побережье, генетический представляют собой один вид. Чайки, которые проживают в районе Берингова пролива, могут свободно скрещиваться и оставлять плодовитое потомство как друг с другом, так и чайками из окрестностей Владивостока и Сан-Франциско. Однако чайки из Владивостока и Сан-Франциско уже не могут скрещиваться и давать плодовитое потомство, если их искусственно поместить на одной территории. Это явление получило название кольцевой вид.

У организмов с быстрым жизненным циклом (насекомые, грызуны, бактерии) он проходит быстрее, так что его можно наблюдать в эксперименте. Например, при искусственном выращивании бактерий в разных емкостях уже через несколько дней можно наблюдать существенную разницу в их генах.

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.

Основные характеристики

Характеристика популяции заключается в качествах, которые не наблюдаются у других особей или групп. Основная общность единого генотипа выражается в следующих признаках:

Численности.
Плотности.
Рождаемости и смертности.
В относительном и абсолютном приросте.

Общие черты вида объединяют их в популяцию.

Численность

Различают верхнюю и нижнюю границу количества особей. Падение за низкие пределы грозит риском исчезновения вида. Активное размножение увеличивает его численность. Количество особей генофонда – важный показатель для работы ученых по сохранению вида. Численность зависит от следующих факторов:

ежегодная гибель животных по разным причинам;
способность к размножению в зависимости от плотности;
разрушение ареала обитания.

Плотность

Это свойство определяется числом особей на какую-либо единицу площади. Например, количество животных, обитающих на одном гектаре леса или количество рыбы на 1 м3 водоема.

Плотность – величина не постоянная. Миграция животных, гибель или рождаемость меняют плотность группы. Примером может служить популяция птиц, откладывающая 600 яиц из которых выводятся только 400 птенцов, а выживают 100 из них. Это число реального увеличения плотности.

Рождаемость и смертность

Активное размножение животных влияет на численность генотипа. Прирост количества молодых особей омолаживает животные экосистемы, отодвигая риск исчезновения.

Погибшие за определенный период особи отражают смертность среди группы животных. Развитие процесса зависит от внешних условий – климата, достатка пищи, хищников, антропологической деятельности человека.

Виды популяции

Популяция животных состоит из нескольких видов, которые объединяются общими чертами, особенностями, способами размножения. Они приспосабливаются к жизни в определенных условиях. Виды – это основная форма жизни живых организмов.

Иногда трудно определить принадлежность к одному виду. Для этого используют следующие критерии:

морфологические признаки определяют внешнее различие;
географические – основываются на том, где проживают определенные особи;
экологические – предполагают тип питания, сроки и способы размножения;

Живые организмы разного вида не способны скрещиваться и не относятся к единому генофонду. Каждый вид представляет группы, которые занимают определенную территориальную единицу. Например, серебристые чайки, живущие на одном или соседних островах, считаются одним генотипом.
Популяции простейших видов более сильно зависят от экологии обитания. Это относится к неподвижным объектам (растениям). Они не могут выбирать место, где им произрастать. Птицы, которые гнездятся на деревьях, тоже образуют популяции.

Но осенью они собираются стаями и кочуют по лесам в поисках пищи. Так же не привязаны к местам обитания виды млекопитающих, рыб. Разные виды образуют группы. Это могут быть стада, стаи, табуны, косяки в зависимости от сезонов, условий среды.