Ріст і регулювання чисельності популяцій

Вступ

1. Поняття та типи популяцій

2. Чисельність, густота та ріст популяцій

3. Просторова, статева, вікова і етологічна (ієрархічна) структура популяцій та їх регулювання

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Демекологія, або популяційна екологія, вивчає умови формування, структуру і динаміку розвитку популяцій окремих видів, а точніше, внутрівидових угруповань, які й називають популяціями. Її завдання — дослідження морфологічних особливостей популяцій, їх вікового складу, чисельності та густоти, народжуваності і смертності, поширення і характеру розселення організмів, вивчення внутрішньовидових і міжвидових стосунків у популяції. Цей розділ екології має велике теоретичне і практичне значення, особливо для використання її для охорони видів, регулювання їх чисельності та динаміки (рибальство, мисливство тощо).

Сучасні уявлення про біологічну популяцію формувалися впродовж століть. Уже в працях шведського природознавця К.Ліннея (1707-1778) бачимо роздуми про рівновагу в природі, основою якої є народжуваність і смертність організмів. Ідею ролі перенаселення, яке може стати причиною катастрофічної смертності організмів, висунув Буффон (1749 р.), а згодом її розвинув

Брюкнер (1767 р.). Еволюційна концепція Ч.Дарвіна (1858 р.) ґрунтується на ідеї популяції і явищ, що в ній відбуваються.

Розвиток популяційної екології сьогодні пов'язаний із новими теоріями флуктуацій, генетичними і біогеоценотичними особливостями розвитку популяцій, вивченням їх енергетичного потенціалу.

1. Поняття та типи популяцій

Знання взаємозв'язку між організмами і навколишнім середовищем, а також взаємозв'язку між живими організмами недостатньо для розуміння деяких фактів. Без відповіді залишаються ряд питань, зокрема:

— Як створюються умови, що сприяють підтриманню життя?

— Чому чисельність одних видів організмів збільшується, а інших — зменшується?

— Чому одні й ті самі види можуть існувати в різних екологічних умовах?

На ці питання дає відповідь "Вчення про популяцію".

Першою надорганізмовою біологічною системою є популяція, яку називають найменшою структурною одиницею екології. Термін "популяція" запозичений з демографії В.Іогансеном у 1905 році для визначення особин одного виду, а інколи навіть однорідної суміші особин різних видів. Саме на популяційному рівні проявляються ознаки як індивідуальних організмів, так і їх сукупності — системи.

Засновником популяційної екології є англійський вчений Ч.Ельтон ("Екологія тварин", 1927), який перевів увагу з окремого організму на популяцію організмів, яку слід вивчати самостійно, оскільки на цьому рівні виявляються особливості екологічних адаптацій і регуляцій.

Отже, популяція — це сукупність особин одного виду рослин, тварин або мікроорганізмів, які протягом тривалого часу і багатьох поколінь існують в межах певної території (ареалу) і вільно схрещуються між собою, проте так чи інакше ізольовані від особин інших груп того самого виду.

Популяції мають не лише основні ознаки виду, а й певні особливості будови тіла окремих особин та пристосованість до специфічних місцевих умов ареалу даного виду. Прикладом цього може бути розбіжність між будовою тіл копитних які проживають в різних географічних умовах. Чим більш північним буде ареал популяції (для північної півкулі), тим більш довге хутро будуть мати тварини, і тим меншими за розмірами будуть роги тварин, тощо. Тому, популяція — це не просто сукупність організмів, а система, що може змінюватись у часі і просторі.

Умови формування, структуру та динаміку розвитку популяцій окремих видів вивчає популяційна екологія. На основі цього розробляються заходи щодо раціональної експлуатації популяцій.

Стабільність популяції залежить як від процесів всередині неї, так і від процесів в сусідніх популяціях. З урахуванням цього виділяють такі типи популяцій:

1). Незалежні ~ мають високий потенціал розмноження, завдяки чому постійно оновлюються без надходження представників виду ззовні;

2). Напівзалежні — можуть існувати тільки за рахунок розмноження власних особин при незначній чисельності, проте інколи можливе надходження в них особин ззовні, що сприяє покращенню популяції;

3). Залежні — розмноження всередині таких популяцій не компенсує втрат, тому вони можуть існувати лише при надходженні особин із сусідніх популяцій;

4). Псевдопопуляції — утворюються внаслідок міграції особин із сусідніх популяцій. Особливо поширені в водних екосистемах, інколи — на суходолі[4, c. 75-77].

Характерними ознаками популяцій є їх структура, під якою розуміють її склад за статевовіковими, генетичними, фенотипними та іншими ознаками. Кожна популяція має певний, властивий лише їй, темп і ритм обміну речовин в екосистемі. Отже, кожний вид має структуру, яка властива лише йому. Вивчення популяційної структури виду має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення при здійсненні заходів раціонального природокористування. Популяції завжди перебувають під впливом багатьох факторів і їх реакція на конкретний фактор залежать від взаємного розташування або спільних дій представників популяцій.

Загибель або різке скорочення чисельності популяції, як правило, викликає ланцюгову реакцію в більшому угрупувати — біоценозі, і може спричинити коливання чисельності і навіть загибель деяких популяцій інших видів.

Наприклад, зникнення одного виду рослин викликає загибель від 3-4 (наприклад, в лісі) до 20-30 (наприклад, в степах) видів тварин.

Різні популяції одного виду організмів можуть мати як спільні ознаки структури, так і відмінні, які зумовлені специфікою екологічних умов їх існування. Від структури популяції в значній мірі залежить її адаптація до умов існування та майбутній розвиток.

Отже, структура популяції не є стабільною, а змінюється під впливом різних факторів середовища: кліматичних умов, збільшення або зменшення кількості природних ворогів, тощо. Знання стану і динаміки розвитку популяцій дають змогу екологам виявляти наявність або відсутність окремих видів, визначати їх рідкісність, стійкість до змін середовища, тощо.

Людина своєю діяльністю може впливати на популяції прямо чи опосередковано, змінюючи при цьому їх параметри і структуру. Інколи цей вплив може призводити до загибелі популяцій і цьому може сприяти вирубування лісів та господарське освоєння територій, забруднення середовищ існування, надмірна експлуатація популяції, необґрунтоване знищення хижих тварин, тощо.

Стійкість популяцій до будь-яких впливів визначається, перед усім, збереженням і підтриманням просторово-генетичної структури. Тому особливо небезпечним є будівництво і спорудження доріг, полів та інших антропогенних об'єктів, які часто призводять до порушення цієї структури популяцій. Ареал популяції при цьому розбивається на окремі "острівці", густота її розселення знижується, контакти між особинами популяції стають рідкими. Все це призводить до швидкої загибелі популяції. До зовнішніх впливів, у тому числі і впливу людини, найбільш стійкими є популяції із складною віковою структурою, наприклад, хрущі, сухопутні жаби, землерийки, тощо. Упродовж свого тривалого життя популяція займає певну територію і зберігає якусь середню статистичну кількість особин. Тому приступаючи до вивчення популяції, насамперед намагаються визначити чисельність і щільність особин, тобто визначити ці два показники стану популяції, які свідчать про ступінь її впливу на екосистему в цілому і функціональну значимість. Чисельність популяції — загальна кількість особин на даній території або в даному об'ємі (води, ґрунту, повітря), які належать до однієї популяції. Розрізняють неперіодичні (такі, що рідко спостерігаються) і періодичні (постійні) коливання чисельності популяцій[1, c. 62-64].

Щільність популяцій — середня кількість особин на одиниці площі чи об'єму. Розрізняють середню й екологічну щільності. Середня щільність — це кількість особин (або біомаса) на одиницю всього простору. Екологічна щільність — кількість особин (або біомаса) на одиницю заселеності простору (тобто доступної площі або об'єму, які фактично можуть бути зайняті популяцією). При збільшенні чисельності щільність популяції не росте лише у випадку її розселення, розширення ареалу.

Існують різні методи підрахунку чисельності і щільності популяцій. Розмір території, на якій здійснюється підрахунок, залежить передусім від розміру особин (мурашка чи олень), можливостей їх підрахунку (нерухоме дерево і рухлива тварина), типів розподілу чи дисперсії. Для великих хижаків площа підрахунку може сягати 100 км2. Для підрахунку дерев, білок чи мурашників можна взяти площу 1 га, тоді як для личинок травневого хруща чи дощового черв'яка — 1 м2. У водному середовищі або ґрунті поряд з одиницею площі для дрібних і мікроскопічних мешканців беруть одиницю об'єму 1 дм3 або 1л, 1 см3 або 1 мл. Максимальною щільністю особин популяції вважається така, яка вже не може підтримуватися екосистемою. Мінімальна щільність особин на певній території не дає можливостей для їх розмноження, а отже, для існування цієї популяції в екосистемі[3, c. 84].

2. Чисельність, густота та ріст популяцій

Визначення чисельності популяції має важливе значення для природного чи спрямованого репродукування організмів. Для цього потрібні дані про вплив факторів довкілля на розмноження і виживання організмів даного виду, забезпеченість ресурсами, тощо.

У природних умовах існує така кількість особин у популяціях, яка найбільшою мірою відповідає потребам відтворення.

В одних популяціях може бути сотня організмів, в інших — десятки тисяч. Це залежить як від природних біологічних особливостей виду, так і від факторів середовища. Дані про кількість організмів у популяціях, звичайно, є орієнтовними, тому що чисельність деяких організмів важко піддається підрахункам, тому знання закономірностей відтворення чисельності популяцій є вкрай важливою для їх вивчення та використання.

Одним із завдань популяційної екології є складання прогнозу коливань потоків, які "наповнюють" популяцію та потоків "витікання" з неї. Потужність цих потоків досить рідко збігається в часі, тому чисельність популяцій весь час коливається. Повний перелік видів організмів здійснюється періодично і він є підставою для оцінки стану видів, а інформація про коливання чисельності популяцій потрібна для розробки заходів щодо оптимального їх використання та захисту.

Популяції, чисельність яких є незначною, більш екологічно вразливі.

Для порівняння чисельності популяцій або характеристики змін усередині них протягом певного проміжку часу, використовують показник густоти популяції, під якою розуміють кількість особин популяції на певній ділянці території: для великих тварин це кількість особин на 20000 га, для ґрунтових безхребетних — на 1 м2. Цей показник є особливо важливим тоді, коли неможливо зробити перелік особин популяції або коли межі ареалу популяції визначені не чітко.

Густота популяції може зменшуватись чи збільшуватись, а динаміка цих процесів відображає складні взаємозв'язки між різними групами організмів, оскільки вони є біотичними факторами відносно один одного. Наприклад, птахи, що живляться рибою, будують гнізда і відкладають яйця так, щоб період вигодовування пташенят збігався з періодом максимальної екологічної густоти популяції виду риби, якою вони живляться.

Густота популяції залежить також від абіотичних факторів. Розрізняють максимальну й мінімальну густоту популяції. Максимальною є густота, більшу за яку природне середовище вже не може підтримувати, а мінімальною — найменша кількість особин на одиницю площі, за якої відтворення популяції ще можливе. Для кожного виду існують оптимальні межі густоти його популяції. Чисельність популяції не буває сталою, а варіює в певних межах (флуктуації). Динаміку коливання чисельності популяції необхідно знати для регулювання розвитку популяції[3, c. 86-88].

Періодичні коливання чисельності популяції залежать як від факторів середовища, так і від особливостей самої популяції. У деяких видів організмів спостерігається природна періодичність коливання чисельності, коли значне збільшення кількості особин чергується із спадом їх розмноження.

Період у розвитку популяцій, коли кількість особин практично не змінюється, що буває дуже рідко, називається фазою рівноваги. На коливання чисельності тварин звернув увагу ще Ч.Дарвін, який зазначив, що межі і частота цих коливань залежать, перед усім, від виду організмів. За динамічними змінами популяцій розрізняють такі основні типи їх чисельності (див. рис. 1):

— Показниковий. Для такого типу зміни чисельності популяцій характерне зростання чисельності особин за геометричною прогресією, а після досягнення максимуму, кількість особин різко зменшується. Якщо чисельність популяції перевищує оптимальну межу, спостерігається вичерпування ресурсів ареалу і вона гине.

— Гіперболічний. Для такого типу характерне зростання чисельності особин після чого настає стадія рівноваги з незначними коливаннями чисельності популяцій (флуктуаціями). Характерний для популяцій, які щойно заселили нове місце за ресурсами живлення.

— Стабільний. Характерний для популяцій, які перебувають у сталих умовах існування і мають досконалі регуляційні механізми. В природних умовах зустрічається дуже рідко.

У природних умовах організми не можуть розмножуватись безмежно. Як правило, фактична чисельність нащадків набагато менша за потенційно можливу. Взаємозв'язок між організмами і факторами середовища визначає чисельність організмів в популяції у той чи інший момент часу як рівнодійну усіх факторів середовища. Динаміка популяцій відображає відповідність вимог особин популяції реальним умовам. Особливе значення має стан популяцій тих організмів, які є або джерелом живлення (жертвою), або місцем існування для інших[7, c. 97-99].

Серед поширених екологічних явищ, які впливають на чисельність природних популяцій, важливу роль відіграють міграції особин певного виду. Вони можуть бути в межах ареалу популяції (інвазії) або за його межами. З екологічної точки зору всі міграції доцільно поділяти на періодичні, наприклад, осінні та весняні перельоти птахів, та неперіодичні. Сезонні міграції можуть відбуватись і в ґрунтах, при яких мешканці ґрунтів, в залежності від температури довкілля переміщуються на різні глибини: влітку до поверхні ґрунту, а взимку — вглиб його.

Неперіодичні міграції виникають внаслідок різного роду катастроф. Але найчастіше причиною неперіодичних міграцій диких тварин може бути зміна факторів довкілля або збіг несприятливих обставин, за яких збільшується густота популяції і тварини змушені переселятись в інші місця.

Існують і міграції, причини яких не мають задовільного пояснення. Наприклад, періодична поява, один раз в 2-4 роки, в тундрі значної кількості норвезьких лемінгів — гризунів з хутром яскраво-рудого кольору і чорними плямами. Вони мігрують у західному напрямку, перетинаючи всі перешкоди на своєму шляху, при подоланні яких гине понад 80% особин і, після досягнення Атлантичного океану, починається зворотна міграція тварин. Існує повір'я, що лемінги шукають зниклий материк — Атлантиду.

Отже, поведінка тварин та інших живих організмів не завжди піддається логічному поясненню.

Інколи в нових умовах популяція знаходить винятково сприятливі для свого існування і розвитку умови, і тоді розмноження виду може набувати характеру катастрофи, наприклад, періодичні навали сарани на Півдні США, тощо[6, c. 103-105].

3. Просторова, статева, вікова і етологічна (ієрархічна) структура популяційта їх регулювання

При вивченні популяцій виявляється, що особини популяції хоча і займають певний ареал, але розміщення особин всередині нього може бути різним з певними закономірностями цього процесу. Отже, для популяцій характерна просторова структура. Просторова структура популяції пов'язана з характером розміщення особин у просторі. Розрізняють 3 основних типи розподілу особин в межах ареалу популяцій: рівномірний, випадковий і груповий (див. рис. 2).

Рівномірний розподіл особин популяції в межах ареалу (особини розташовані на певній відстані одна від одної) характерний в тому випадку, коли особини популяції виявляють територіальну поведінку, тобто виражена внутрішньовидова конкуренція.

Випадковий розподіл особин популяції в межах ареалу в природі зустрічається дуже рідко і характерний для однорідного, багатого поживою середовища. Популяції таких організмів, як правило, не мають чіткої ієрархічної структури.

Груповий тип розподілу особин популяції в межах ареалу характерний при чітко вираженій етологічній структурі популяції, коли особини популяції групуються за певними ознаками, наприклад, розмірами тіл, віковими або статевими групами, тощо. Ці групи є відносно сталими. Такий тип характерний і для інших популяцій в періоди, що передують паруванню, або в періоди зимівлі.

Слід зазначити, характер розподілу особин популяції в межах ареалу є динамічним, тобто може змінюватись під впливом різних факторів. Наприклад, популяції, особини яких виявляють територіальну поведінку, в різні періоди можуть мати різну просторову структуру. В основний період часу для них характерний рівномірний розподіл особин в межах ареалу, а в періоди розмноження або зимівлі — груповий. Популяції з рівномірним розподілом особин в межах ареалу є вразливими до зовнішніх впливів, зокрема до розбиття ареалу на острівці через будівництво доріг, інженерних споруд, тощо[2, c. 127-128].

Характерною особливістю популяцій є система взаємовідносин між її членами і закономірності таких відносин вивчає наука етологія. Залежно від способу життя виду, форми спільного існування особин популяції надзвичайно різноманітні.

Розрізняють одинокий спосіб життя, при якому особини популяцій незалежні і відокремлені один від одного, але лише тимчасово, на певних стадіях життєвого циклу. У таких видів утворюються тимчасові угрупування особин у місцях зимівлі, наприклад, сонечка, або у період, який передує розмноженню.

Повністю ізольоване життя організмів не зустрічається, оскільки було б неможливим здійснення їх основної життєвої функції -розмноження.

Розрізняють, також, сімейний спосіб життя. При цьому помітно посилюються зв'язки і взаємовідносини між батьками і їх нащадками (ієрархічна драбина), розвивається турбота батьків, охорона нащадків. При цьому, розрізняють сім'ї батьківського, материнського і змішаного типів. При сімейному способі життя помітно проявляється територіальна поведінка тварин.

В основі формування більш-менш великих спільнот тварин, наприклад, зграя, стадо, колонія, лежить ускладнення поведінки організмів, а отже і зв'язків у популяції.

Статева і вікова структури популяції є проявами її диференціації і разом з чисельністю особин популяції відображають зміни її основних параметрів в часі.

Статева структура характеризується співвідношенням між особинами чоловічої і жіночої статей, яке має велике значення для подальшого зростання чисельності популяції. Порушення статевої структури веде до дестабілізації в регулюванні народжуваності.

Серед популяцій роздільностатевих організмів у природі поширені угрупування з приблизно однаковою кількістю чоловічих і жіночих особин. Первинне співвідношення статей, як правило, є близьким 1:1, а з віком спостерігається відхилення від нього в ту чи іншу сторону. Деякі види організмів мають генетичні особливості, що зумовлюють відхилення від цього співвідношення.

Іноді, співвідношення особин різних статей при народженні зумовлено не тільки генетичними особливостями, а й певною мірою факторами довкілля, наприклад, якщо яйця рудих мурах розвиваються при температурі менше за 20°С, то народжуються тільки самці, а якщо температура розвитку більша за 20°С — тільки самки. Тому для підтримання популяції, яйця рижих мурах повинні розвиватись при сталій температурі 20°С.

Вікова структура відображає поділ чисельності популяції за віковими групами. З віком, вимоги особин популяції до умов навколишнього природного середовища і їх стійкість до окремих факторів може істотно змінюватись. Трапляються випадки, коли вікові екологічні відмінності в межах одного виду виражені значно більше, ніж відмінності між різними видами. Наприклад, трав'яні жаби живуть на суші, а їх пуголовки — у воді; гусінь метелика білана капустяного живиться листям сільськогосподарських культур, а метелик — нектаром квітів.

Вікові відмінності (складна вікова структура) в межах популяції підвищують її стійкість проти несприятливих умов середовища. Популяція, у якій багато вікових груп з характерними відмінностями, зазнає меншого впливу від дії несприятливих факторів. Навіть при значних відхиленнях умов існування від нормальних умов, може вижити частина життєздатних особин. Наприклад, якщо повністю винищити дорослих хрущів, через рік із лялечок, що живуть в грунті, з'являться нові особини. Тому тимчасові негаразди не завдають значної шкоди популяції хрущів.

Вікову структуру і вікові групи рослин і тварин визначають по-різному. Абсолютний вік і віковий стан у рослин — поняття не тотожні. Віковий стан рослини — це етап її індивідуального розвитку. Тому особини різного вікового стану можуть мати один календарний (абсолютний) вік, і навпаки.

У популяціях тварин вікова структура залежить від особливостей розмноження виду і тривалості життя особин.

За віковою структурою популяцій можна прогнозувати їх чисельність у майбутньому, що має велике значення для їх господарського використання людиною. Наприклад, вилов горбуші, яка нереститься у віці два роки і відразу після цього гине, може становити до 50% особин і це не завдасть збитків популяції горбуші; вилов сьомги, статеве дозрівання якої відбувається набагато пізніше, повинен бути значно меншим, щоб запобігти подальшому зменшенню чисельності популяції.

Отже, вивчення популяцій і виявлення основних закономірностей динаміки їх розвитку лежить в основі раціонального використання біологічних ресурсів[4, c. 143-146].

Висновки

Термін популяція як екологічне поняття став широко відомим лише в повоєнний період. Цей повсюдно вживаний термін має, на що звертає увагу польський еколог П.Троян, формальний, конкретний і теоретичний характер.

Отже, популяція — це сукупність особин одного виду, які відтворюють себе протягом великої кількості поколінь і тривалий час займають певну територію, функціонуючи і розвиваючись в одному або в ряді біоценозів.

Популяція — елементарна еволюційна одиниця, екологічною ознакою якої є щільність, розподіл особин за віком і статтю, характер розміщення в межах екосистеми чи угруповання, тип росту та ін. В біоценозах популяція може мати становище ценопопуляції (сукупність особин одного виду в межах угруповання), поліценотичної популяції (популяції тварин, які переходять з одного біоценозу в інший), інвазійної популяції (популяція, яка нападає на популяції інших організмів: сарана, грибні захворювання).

Популяція розглядається різними біологічними дисциплінами як власний об'єкт дослідження і вивчення. Популяцію вивчають генетики, які досліджують локальні особливості конкретної популяції. Популяція є об'єктом досліджень фізіологів, які, наприклад, вивчають особливість еволюцій сухих чи зволожених місць зростання, також морфологів і анатомів. Сьогодні популяція є об'єктом досліджень систематиків.

Список використаної літератури

1. Білявський Г. Основи екології: Підручник для студентів вищих навчальних закладів/ Георгій Білявський, Ростислав Фурдуй, Ігор Костіков. — К.: Либідь, 2004. – 406 с.

2. Заверуха Н. Основи екології: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів/ Нелі Заверуха, Валентин Серебряков, Юрій Скиба,. — К.: Каравела, 2006. — 365 с.

3. Запольський А. Основи екології: Підручник для студентів техніко-технологічних спеціальностей вищих навчальних закладів/ Анатолій Запольський; Ред. К. М. Ситник. — К.: Вища школа, 2003. — 357 с.

4. Корсак К. Основи екології: Навчальний посібник/ Костянтин Корсак, Ольга Плахотнік; МАУП. — 3-тє вид. — К.: МАУП, 2002. — 294 с.

5. Основи екології: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів/ О. М. Адаменко, Я. В. Коденко, Л. М. Консевич; Ін-т менеджменту та економіки "Галицька академія". — 2-е вид.. — К.: Центр навчальної літератури, 2005. — 314 с.

6. Основи екології та екологічного права: Навчальний посібник/ Юрій Бойчук, Михайло Шульга, Дмитро Цалін, Валерій Дем’яненко,; За ред. Юрія Бойчука, Михайла Шульги,. — Суми: Університетська книга, 2004. — 351 с.

7. Сухарев С. Основи екології та охорони довкілля: Навчальний посібник/ Мін-во освіти і науки України, Ужгородський нац. ун-т. — К.: Центр навчальної літератури, 2006. — 391 с.

8. Царенко О. Основи екології та економіка природокористування: Навч. посібн. для студ. вузів/ Олександр Царенко, Олександр Нєсвєтов, Микола Кадацький,. — 2-е вид., стереотипне. — Суми: Університетська книга, 2004. — 399 с.