Реферат
на тему: «Возрастная структура и динамика популяций.Биотические взаимоотношения организмов»
ВОЗРАСТНАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ
Возрастную структуру популяцийхарактеризует общее число представленных в ней возрастных групп и соотношениеих численности, или биомассы. Такое соотношение называют обычно возрастнымраспределением (распределением численности по возрастным группам) или возрастнымспектром популяции.
Возрастной спектр связан с интенсивностью смертностиорганизмов. Кроме того, он зависит также и от величины рождаемости, так какпоследней определяется величина приплода. Возрастная структура популяции можетизменяться под действием внешних факторов, так как они контролируют процессы ирождаемости и смертности.
По возрастному спектру оцениваются способность популяции ксамоподдержанию и ее устойчивость к внешним воздействиям: чем сложнеевозрастной спектр, тем устойчивее воспроизводство популяции.
Многовозрастные популяции гораздо менее чувствительны по отношению к факторам,оказывающим воздействие на отдельные популяционные подгруппы (например, намолодь). Ведь численность молоди составляет сравнительно небольшую долю отобщей численности популяции.
ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ
Динамика популяций — это процессы изменений ее основных биологическиххарактеристик во времени. Главное значение при изучении динамики популяциипридается изменениям численности, биомассы и популяционной структуры. Динамикапопуляций — одно из наиболее значимых биологических и экологических явлений.Можно сказать, что жизнь популяции проявляется в ее динамике. Популяция неможет существовать без постоянных изменений, за счет которых она как быприспосабливается к постоянно происходящим изменениям внешних условий.
Колебания численности многих видов растений и животныххарактеризуются широким размахом. В годы минимального и максимального обилиячисленность таких популяций может различаться в десятки, сотни, а иногда итысячи раз.
В определенной мере особенности динамики популяции раскрываетпроцесс роста ее численности, например после перенесенной катастрофы илипри заселении организмами свободных экологических ниш.
По типу роста всепопуляции можно разделить на две большие группы. Различия между нимииллюстрируются кривыми.
Первая кривая напоминает по форме латинскую букву «I. Эта «1-образная кривая показывает,что в ходе роста популяции ее численность увеличивается с возрастающейскоростью.
Вторая кривая напоминает по форме латинскую букву 8. При 8-образном росте популяции скорость увеличения ее численности некоторое времянарастает, но вскоре этот процесс начинает замедляться. В конце концов ростчисленности практически прекращается.
Популяциям первого типа соответствуют такие случаи, когдачисло потомков, производимых каждым организмом, выражается постояннойвеличиной. Это бывает у некоторых одноклеточных организмов, которые приблагоприятных летних условиях начинают размножаться делением. Рост ихчисленности происходит в геометрической прогрессии. Таким типом роста обладаютпопуляции и некоторых видов животных, особенно мелких ракообразных, живущих вводной толще, у которых очень короткий цикл развития и простая возрастнаяструктура.
Столь стремительный рост, конечно, не может продолжатьсядолго. Рано или поздно свободные ресурсы будут исчерпаны и рост популяциипрекратится. А так как популяции с простой структурой (то есть имеющиесклонность к «Т-образному типу роста) довольно чувствительны к изменениямвнешних условий, их последующая динамика имеет форму резких скачкообразныхизменений: короткие периоды быстрого возрастания численности чередуются еерезкими падениями из-за нарушения условий жизни. Жизнь популяций такого типахарактеризует одна важная особенность: они способны почти мгновенно реагироватьна улучшение экологических условий и максимально использовать свободныересурсы.
В основе роста популяций второго типа лежат иные механизмы.Когда численность популяции мала, ее рост происходит с возрастающей скоростью,но одновременно происходит сокращение пространства для жизни. И чем меньше егоостается, тем сильнее снижается скорость роста, падая постепенно почти донулевых значений.
Такой тип роста характерен для организмов, имеющихпродолжительный цикл развития, популяции которых отличаются сложной возрастнойструктурой. Популяции такого типа более устойчивы к внешним воздействиям.Поэтому при завершении роста их динамика проходит в форме медленных колебаний смалой амплитудой, или плавных волн, изменений численности.
Популяции второго типа не имеют возможностей быстрореагировать на улучшение условий жизни, зато они более устойчивы кнеблагоприятным воздействиям внешних факторов.
Колебания численности популяций могут быть вызваны различными факторами ипроявляться по-разному.
Они могут быть регулярными, то есть циклическими, илинерегулярными, то есть хаотическими. Циклические в отличие отхаотических содержат в себе элементы, повторяющиеся через равные промежуткивремени (например, через каждые 10 лет численность популяции достигаетопределенной максимальной величины). Возникновение циклических колебанийсвязывают с действием механизмов популяционной регуляции. Причины, вызывающиеколебания численности популяций, могут заключаться в них самих — тогда говорято внутренних факторах популяционной динамики.
Иногда циклические колебания численности популяций можнообъяснить сложными взаимодействиями между популяциями различных видов животныхи растений в сообществах.
РЕГУЛЯЦИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ
Под регуляцией численности понимается способностьпопуляции к самовосстановлению численности до своей обычной величины (то естьдо величины, определяемой условиями и ресурсами ее экологической ниши). Этаспособность обеспечивается системой механизмов, которые как бы автоматическисрабатывают, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, илислишком низких значений. Регуляторные механизмы могут иметь характерповеденческих, демографических, физиологических реакций организмов на изменениеих плотности.
Известны случаи, когда вусловиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят резкие измененияфизиологического состояния. Такие изменения прежде всего затрагивают органынейроэндокринной системы, сказываясь на поведении животных, изменяя ихустойчивость к заболеваниям и другим видам стресса. Иногда это приводит кповышенной смертности особей и, как следствие, — к снижению плотностипопуляции.
Повышение смертности и снижение рождаемости под влияниемвысокой плотности наблюдается в популяциях многих животных и растений. Все этиреакции объединяет то, что сигнал к их срабатыванию дает сама популяция, точнее— ее плотность.
Вообще, регуляция популяционных изменений — очень сложныйпроцесс, часто в нем участвуют не только сама популяция, но и ее окружение.Очень важное значение в регуляции численности популяций принадлежит биотическимвзаимоотношениям организмов (конкуренции, хищничеству, паразитизму).
Взаимодействия между популяциями никогда не бываютодносторонними, например, популяция хищника не только влияет на популяциюжертвы, но и сама испытывает ее влияние. В конечном виде это приводит к тому,что какая-либо популяция, влияя на другую популяцию, как бы влияет и на самусебя, регулируя тем самым изменения своей численности.
Не следует думать, что наличие регуляторных механизмов должновсегда стабилизировать численность. В некоторых случаях их действие способноприводить к циклическим колебаниям численности даже при постоянных условияхжизни. Следы проявления различных действий регуляторных факторов довольно частообнаруживаются в динамике тех популяций, для которых свойственны циклическиеколебания численности.
БИОТИЧЕСКИЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯОРГАНИЗМОВ
В природе каждый организм живет не изолированно. Его окружаетмножество других представителей живой природы. И все они взаимодействуют друг сдругом. Взаимодействия между организмами, а также влияние их на условия жизнипредставляют собой совокупность биотических факторов среды.
Экологические взаимодействия, как правило, имеют чрезвычайносложный характер, зависят от многих факторов и по-разному протекают в различныхусловиях. Это делает их труднопредсказуемыми.
ТИПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
Два вида любых организмов, живущих на одной территории иконтактирующих друг с другом, вступают в различные отношения между собой.
Все биотические связи можно разделить на 6 групп: ни одна изпопуляций не влияет на другую (0,0); взаимовыгодные полезные связи (++);отношения, вредные для обоих видов (—); один из видов получает выгоду, другойиспытывает угнетение (Н—); один вид получает пользу, другой ничего неиспытывает (+0); один вид угнетается, но другой не извлекает пользы (-0).
Если два вида не влияют друг на друга, то имеет место нейтрализм.(00). В природе истинный нейтрализм очень редок, поскольку между всемивидами возможны опосредованные взаимодействия, эффекта которых мы не видимпросто в силу неполноты наших знаний.
Для одного из совместно обитающих видов влияние другогоотрицательно, в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы — это аменсализм(-0). Пример аменсализма — светолюбивые травы, растущие под елью истрадающие от сильного затенения.
Форма взаимоотношений, при которой один вид получаеткакое-либо преимущество, не принося другому ни вреда, ни пользы, называется комменсализмом(+0). Например, крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчикамиплодов и семян с зацепками (вроде репейника), не получая от этого ни вреда, нипользы. Проявления комменсализма разнообразны, поэтому в нем выделяют рядвариантов:
«нахлебничество» — потребление остатков пищи хозяина. Таковы, например,взаимоотношения львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи, или акул срыбами-прилипалами;
«сотрапезничество» — потребление разных веществ иличастей одной и той же пищи. Пример — взаимоотношения между различными видамипочвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих органические веществаперегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляютобразовавшиеся при этом минеральные соли;
«квартирантство» — использование одними видами других (их тел, их жилищ) вкачестве своих убежищ или жилищ. Такой тип взаимоотношений широко распространену растений — примером могут служить лианы и эпифиты (орхидеи, лишайники, мхи),поселяющиеся непосредственно на стволах и ветвях деревьев.
В природе часто встречаются взаимовыгодные связи видов, прикоторых организмы получают обоюдную пользу (++). К этой группе взаимополезныхбиологических связей относятся многообразные симбиотические взаимоотношенияорганизмов — симбиоз. Обязательное условие симбиотических отношений — совместнаяжизнь, определенная степень сожительства организмов. Классическим примеромсимбиоза являются лишайники, представляющие собой тесное взаимовыгодноесожительство грибов и водорослей.
Одним из типов взаимополезных связей (++) является и протокооперация(то есть первичное сотрудничество). При этой форме совместное существованиевыгодно для обоих видов, но не обязательно для них, а значит, не являетсянепременным условием выживания. Примером прото-кооперации можно назватьраспространение муравьями семян некоторых растений леса, опыление пчеламиразных луговых растений.
Более тесные взаимовыгодные отношения, при которыхприсутствие каждого из двух видов становится обязательным, называется мутуализмом(++). Таковы, например, взаимоотношения узкоспециализированных к опылению растений(инжир, купальница, дурман, орхидные) с опыляющими их видами насекомых.
Если два и более вида обладают сходными экологическимитребованиями и обитают совместно, между ними могут возникнуть взаимоотношенияотрицательного типа, которые называются конкуренцией (—).
В общем смысле слово «конкуренция» означает соперничество,соревнование. В самом деле, когда две популяции используют одни и те же ресурсы(тем более дефицитные), то между видами неизбежно возникает соперничество заовладение этими ресурсами. Каждый вид при этом испытывает угнетение, чтоотрицательно сказывается на росте и выживаемости организмов, на численности ихпопуляций.
Хищничество (Н—) — широко распространенный тип взаимоотношенийорганизмов, при котором представители одного вида убивают и поедаютпредставителей другого. Хищничество — одна из форм пищевых отношений.
Для типичного хищника (волка, рыси, норки) характерноохотничье поведение. Но кроме хищников-охотников существует большая группахищников-собирателей, способ питания которых заключается в простом поиске исборе добычи. Таковы, например, многие насекомоядные птицы, собирающие пищу наземле, в траве или на деревьях.
Паразитизм (+-) — такие биотические отношения, при которых организмыодного вида (паразита) живут за счет питательных веществ или тканей организмадругого вида (хозяина). Паразитизм близок к хищничеству, однако в отличие отнастоящего хищника паразит не убивает хозяина сразу. Обычно он используетживого хозяина и как место своего временного или постоянного проживания.Паразит изнуряет, медленно губит хозяина, который обеспечивает емусуществование.
КОНКУРЕНТНЫЕ ОТНОШЕНИЯ. ТИПЫКОНКУРЕНТНЫХ ОТНОШЕНИЙ
Конкурентное взаимодействие может касаться пространства,пищи, света, убежищ и всех иных экологических ресурсов. Исход конкуренциипредставляет огромный интерес не только для экологов, изучающих процессыформирования состава природных сообществ, но и для эволюционистов, изучающихмеханизмы естественного отбора.
Для вида, испытывающего конкурентное давление, это означает,что плотность его популяции, а также роль, которую он играет в природномсообществе, снизятся или будут регулироваться действием конкуренции.
Различают конкуренцию внутривидовую и межвидовую. Каквнутривидовая, так и межвидовая конкуренция может играть большую роль вформировании разнообразия видов и динамике численности организмов.
Внутривидовая конкуренция — это борьба за одни и те жересурсы, происходящая между особями одного и того же вида; это важный факторсаморегуляции численности популяций.
У некоторых организмов(птиц, рыб и других животных) под влиянием внутривидовой конкуренции запространство сформировался тип поведения, который называется территориальностью.Например, у птиц в начале сезона размножения самец выявляет участокобитания — территорию. Он защищает ее от вторжения самцов того же вида.
Внутривидовая конкуренция регулирует рост популяций.
Межвидовая конкуренция чрезвычайно широко распространена вприроде, посколькуредко какой вид не испытывает хоть небольшого давления со стороны организмовиных видов.
Формы проявления конкуренции между видами могут быть весьмаразличными: от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования. Но, какправило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями одинобязательно вытесняет другой.
Например, в европейских поселениях человека серая крысасовершенно вытеснила другой вид того же рода — черную крысу, которая теперьживет в степных и пустынных районах. Серая крыса крупнее, агрессивнее, лучшеплавает, поэтому сумела победить. В России сравнительно мелкий рыжийтаракан-пруссак вытеснил более крупного черного таракана только потому, чтосумел лучше приспособиться к специфическим условиям человеческого жилища.
Проведя исследования межвидовой конкуренции в лабораторныхэкспериментах по совместному содержанию двух видов инфузорий-туфелек со сходнымхарактером питания, наш отечественный ученый Г. Ф. Г а у з е пришел к выводу,что длительное совместное существование видов с близкими экологическимитребованиями невозможно. Этот вывод получил название правила конкурентногоисключения.
В природе совместно уживаются только те конкурирующие виды,которые сумели хотя бы немного разойтись в экологических требованиях. Так, вафриканских саваннах копытные используют пастбищные корма по-разному: зебрыобрывают верхушки трав, антилопы гну поедают растения определенных видов,газели выщипывают только нижние травы, а антилопы топи кормятся высокимистеблями.
В нашей стране насекомоядные птицы, кормящиеся на деревьях,избегают конкуренции друг с другом благодаря разному характеру поиска добычи наразных частях дерева.
Конкурентные отношения как экологический фактор играют чрезвычайно важную роль вформировании видового состава и регуляции численности видов в сообществе.
Ясно, что суровая конкуренция может обнаруживаться толькомежду видами, занимающими сходные экологические ниши. Как правило, этородственные виды. Известно, что организмы, ведущие сходный образ жизни,обладающие сходным строением, обитают в разных местах, а если и живут рядом, тоиспользуют разные ресурсы и активны в разное время. Их экологические ниши какбы расходятся во времени или в пространстве.
Экологическое разобщение близкородственных видов закрепляетсяв ходе эволюции. ВЦентральной Европе, например, существует пять близких видов синиц, изоляция которыхдруг от друга обусловлена различиями в местообитаниях, иногда в местах кормежкии размерах добычи, а также в небольших деталях внешнего строения. Изменениястроения организмов, сопровождающие процессы расхождения их экологических ниш,позволяют говорить о том, что межвидовая конкуренция является одним изважнейших факторов эволюционных преобразований.
Роль конкуренции вразделении местообитаний можно проиллюстрировать простой схемой. При наличииконкуренции с близкородственными или экологически сходными видами зонаместообитания сокращается до оптимальных границ. То есть вид распространяется внаиболее благоприятных для него зонах, где он обладает преимуществами посравнению со своими конкурентами. Если же межвидовая конкуренция выраженаслабо, то под влиянием внутривидовой конкуренции популяции данного видарасширяют границы своего местообитания. Таким образом, межвидовая конкуренцияможет играть важную роль в формировании облика природного сообщества. Порождаяи закрепляя разнообразие организмов, она способствует повышению устойчивостисообществ, более эффективному использованию имеющихся ресурсов.