Возрастная структура и динамика популяций. Биотические взаимоотношения организмов

Реферат

на тему: «Возрастная структура и динамика популяций. Биотические взаимоотношения организмов»

ВОЗРАСТНАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ

Возрастную структуру популяций характеризует общее число представленных в ней возрастных групп и соотношение их численности, или биомассы. Такое соотношение называют обычно возрастным распределением (распределением численности по возрастным группам) или возрастным спектром популяции.

Возрастной спектр связан с интенсивностью смертности организмов. Кроме того, он зависит также и от величины рождаемости, так как последней определяется величина приплода. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они контролируют процессы и рождаемости и смертности.

По возрастному спектру оцениваются способность популяции к самоподдержанию и ее устойчивость к внешним воздействиям: чем сложнее возрастной спектр, тем устойчивее воспроизводство популяции.

Многовозрастные популяции гораздо менее чувствительны по отношению к факторам, оказывающим воздействие на отдельные популяционные подгруппы (например, на молодь). Ведь численность молоди составляет сравнительно небольшую долю от общей численности популяции.

ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ

 

Динамика популяций — это процессы изменений ее основных биологических характеристик во времени. Главное значение при изучении динамики популяции придается изменениям численности, биомассы и популяционной структуры. Динамика популяций — одно из наиболее значимых биологических и экологических явлений. Можно сказать, что жизнь популяции проявляется в ее динамике. Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она как бы приспосабливается к постоянно происходящим изменениям внешних условий.

Колебания численности многих видов растений и животных характеризуются широким размахом. В годы минимального и максимального обилия численность таких популяций может различаться в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз.

В определенной мере особенности динамики популяции раскрывает процесс роста ее численности, например после перенесенной катастрофы или при заселении организмами свободных экологических ниш.

По типу роста все популяции можно разделить на две большие группы. Различия между ними иллюстрируются кривыми.

Первая кривая напоминает по форме латинскую букву «I. Эта «1-образная кривая показывает, что в ходе роста популяции ее численность увеличивается с возрастающей скоростью.

Вторая кривая напоминает по форме латинскую букву 8. При 8-образном росте популяции скорость увеличения ее численности некоторое время нарастает, но вскоре этот процесс начинает замедляться. В конце концов рост численности практически прекращается.

Популяциям первого типа соответствуют такие случаи, когда число потомков, производимых каждым организмом, выражается постоянной величиной. Это бывает у некоторых одноклеточных организмов, которые при благоприятных летних условиях начинают размножаться делением. Рост их численности происходит в геометрической прогрессии. Таким типом роста обладают популяции и некоторых видов животных, особенно мелких ракообразных, живущих в водной толще, у которых очень короткий цикл развития и простая возрастная структура.

Столь стремительный рост, конечно, не может продолжаться долго. Рано или поздно свободные ресурсы будут исчерпаны и рост популяции прекратится. А так как популяции с простой структурой (то есть имеющие склонность к «Т-образному типу роста) довольно чувствительны к изменениям внешних условий, их последующая динамика имеет форму резких скачкообразных изменений: короткие периоды быстрого возрастания численности чередуются ее резкими падениями из-за нарушения условий жизни. Жизнь популяций такого типа характеризует одна важная особенность: они способны почти мгновенно реагировать на улучшение экологических условий и максимально использовать свободные ресурсы.

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 его остается, тем сильнее снижается скорость роста, падая постепенно почти до нулевых значений.

Такой тип роста характерен для организмов, имеющих продолжительный цикл развития, популяции которых отличаются сложной возрастной структурой. Популяции такого типа более устойчивы к внешним воздействиям. Поэтому при завершении роста их динамика проходит в форме медленных колебаний с малой амплитудой, или плавных волн, изменений численности.

Популяции второго типа не имеют возможностей быстро реагировать на улучшение условий жизни, зато они более устойчивы к неблагоприятным воздействиям внешних факторов.

Колебания численности популяций могут быть вызваны различными факторами и проявляться по-разному.

Они могут быть регулярными, то есть циклическими, или нерегулярными, то есть хаотическими. Циклические в отличие от хаотических содержат в себе элементы, повторяющиеся через равные промежутки времени (например, через каждые 10 лет численность популяции достигает определенной максимальной величины). Возникновение циклических колебаний связывают с действием механизмов популяционной регуляции. Причины, вызывающие колебания численности популяций, могут заключаться в них самих — тогда говорят о внутренних факторах популяционной динамики.

Иногда циклические колебания численности популяций можно объяснить сложными взаимодействиями между популяциями различных видов животных и растений в сообществах.

РЕГУЛЯЦИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ

Под регуляцией численности понимается способность популяции к самовосстановлению численности до своей обычной величины (то есть до величины, определяемой условиями и ресурсами ее экологической ниши). Эта способность обеспечивается системой механизмов, которые как бы автоматически срабатывают, когда плотность популяции достигает или слишком высоких, или слишком низких значений. Регуляторные механизмы могут иметь характер поведенческих, демографических, физиологических реакций организмов на изменение их плотности.

Известны случаи, когда в условиях перенаселения у ряда млекопитающих происходят резкие изменения физиологического состояния. Такие изменения прежде всего затрагивают органы нейроэндокринной системы, сказываясь на поведении животных, изменяя их устойчивость к заболеваниям и другим видам стресса. Иногда это приводит к повышенной смертности особей и, как следствие, — к снижению плотности популяции.

Повышение смертности и снижение рождаемости под влиянием высокой плотности наблюдается в популяциях многих животных и растений. Все эти реакции объединяет то, что сигнал к их срабатыванию дает сама популяция, точнее — ее плотность.

Вообще, регуляция популяционных изменений — очень сложный процесс, часто в нем участвуют не только сама популяция, но и ее окружение. Очень важное значение в регуляции численности популяций принадлежит биотическим взаимоотношениям организмов (конкуренции, хищничеству, паразитизму).

Взаимодействия между популяциями никогда не бывают односторонними, например, популяция хищника не только влияет на популяцию жертвы, 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 саму себя, регулируя тем самым изменения своей численности.

Не следует думать, что наличие регуляторных механизмов должно всегда стабилизировать численность. В некоторых случаях их действие способно приводить к циклическим колебаниям численности даже при постоянных условиях жизни. Следы проявления различных действий регуляторных факторов довольно часто обнаруживаются в динамике тех популяций, для которых свойственны циклические колебания численности.

 

БИОТИЧЕСКИЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ

В природе каждый организм живет не изолированно. Его окружает множество других представителей живой природы. И все они взаимодействуют друг с другом. Взаимодействия между организмами, а также влияние их на условия жизни представляют собой совокупность биотических факторов среды.

Экологические взаимодействия, как правило, имеют чрезвычайно сложный характер, зависят от многих факторов и по-разному протекают в различных условиях. Это делает их труднопредсказуемыми.

ТИПЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Два вида любых организмов, живущих на одной территории и контактирующих друг с другом, вступают в различные отношения между собой.

Все биотические связи можно разделить на 6 групп: ни одна из популяций не влияет на другую (0,0); взаимовыгодные полезные связи (++); отношения, вредные для обоих видов (—); один из видов получает выгоду, другой испытывает угнетение (Н—); один вид получает пользу, другой ничего не испытывает (+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 всеми видами возможны опосредованные взаимодействия, эффекта которых мы не видим просто в силу неполноты наших знаний.

Для одного из совместно обитающих видов влияние другого отрицательно, в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы — это аменсализм (-0). Пример аменсализма — светолюбивые травы, растущие под елью и страдающие от сильного затенения.

Форма взаимоотношений, при которой один вид получает какое-либо преимущество, не принося другому ни вреда, ни пользы, называется комменсализмом (+0). Например, крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян с зацепками (вроде репейника), не получая от этого ни вреда, ни пользы. Проявления комменсализма разнообразны, поэтому в нем выделяют ряд вариантов:

«нахлебничество» — потребление остатков пищи хозяина. Таковы, например, взаимоотношения львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи, или акул с рыбами-прилипалами;

«сотрапезничество» — потребление разных веществ или частей одной и той же пищи. Пример — взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих органические вещества перегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли;

«квартирантство» — использование одними видами других (их тел, их жилищ) в качестве своих убежищ или жилищ. Такой тип взаимоотношений широко распространен у растений — примером могут служить лианы и эпифиты (орхидеи, лишайники, мхи), поселяющиеся непосредственно на стволах и ветвях деревьев.

В природе часто встречаются взаимовыгодные связи видов, при которых организмы получают обоюдную пользу (++). К этой группе взаимополезных биологических связей относятся многообразные симбиотические взаимоотношения организмов — симбиоз. Обязательное условие симбиотических отношений — совместная жизнь, определенная степень сожительства организмов. Классическим примером симбиоза являются лишайники, представляющие собой тесное взаимовыгодное сожительство грибов и водорослей.

Одним из типов взаимополезных связей (++) является и протокооперация (то есть первичное сотрудничество). При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, а значит, не является непременным условием выживания. Примером прото-кооперации можно назвать распространение муравьями семян некоторых растений леса, опыление пчелами разных луговых растений.

Более тесные взаимовыгодные отношения, при которых присутствие 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 экологическими требованиями и обитают совместно, между ними могут возникнуть взаимоотношения отрицательного 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 за овладение этими ресурсами. Каждый вид при этом испытывает угнетение, что отрицательно сказывается на росте и выживаемости организмов, на численности их популяций.

Хищничество (Н—) — широко распространенный тип взаимоотношений организмов, при котором представители одного вида убивают и поедают представителей другого. Хищничество — одна из форм пищевых отношений.

Для типичного хищника (волка, рыси, норки) характерно охотничье поведение. Но кроме хищников-охотников существует большая группа хищников-собирателей, способ питания которых заключается в простом поиске и сборе добычи. Таковы, например, многие насекомоядные птицы, собирающие пищу на земле, в траве или на деревьях.

Паразитизм (+-) — такие биотические отношения, при которых организмы одного вида (паразита) живут за счет питательных веществ или тканей организма другого вида (хозяина). Паразитизм близок к хищничеству, однако в отличие от настоящего хищника паразит не убивает хозяина сразу. Обычно он использует живого хозяина и как место своего временного или постоянного проживания. Паразит изнуряет, медленно губит хозяина, который обеспечивает ему существование.

КОНКУРЕНТНЫЕ ОТНОШЕНИЯ. ТИПЫ КОНКУРЕНТНЫХ ОТНОШЕНИЙ

Конкурентное взаимодействие может касаться пространства, пищи, света, убежищ и всех иных экологических ресурсов. Исход конкуренции представляет огромный интерес не только для экологов, изучающих процессы формирования состава природных сообществ, но и для эволюционистов, изучающих механизмы естественного отбора.

Для вида, испытывающего конкурентное давление, это означает, что плотность его популяции, а также роль, которую он играет в природном сообществе, снизятся или будут регулироваться действием конкуренции.

Различают конкуренцию внутривидовую и межвидовую. Как внутривидовая, так и межвидовая конкуренция может играть большую роль в формировании разнообразия видов и динамике численности организмов.

Внутривидовая конкуренция — это борьба за одни и те же ресурсы, происходящая между особями одного и того же вида; это важный фактор саморегуляции численности популяций.

У некоторых организмов (птиц, рыб и других животных) под влиянием внутривидовой конкуренции за пространство сформировался тип поведения, который называется территориальностью. Например, у птиц в начале сезона размножения самец выявляет участок обитания — территорию. Он защищает ее от вторжения самцов того же вида.

Внутривидовая конкуренция регулирует рост популяций.

Межвидовая конкуренция чрезвычайно широко распространена в природе, поскольку редко какой вид не испытывает хоть небольшого давления со стороны организмов иных видов.

Формы проявления конкуренции между видами могут быть весьма различными: от жестокой борьбы до почти мирного сосуществования. Но, как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой.

Например, в европейских поселениях человека серая крыса совершенно вытеснила другой вид того же рода — черную крысу, которая теперь живет в степных и пустынных районах. Серая крыса крупнее, агрессивнее, лучше плавает, поэтому сумела победить. В России сравнительно мелкий рыжий таракан-пруссак вытеснил более крупного черного таракана только потому, что сумел лучше приспособиться к специфическим условиям человеческого жилища.

Проведя исследования межвидовой конкуренции в лабораторных экспериментах по совместному содержанию двух видов инфузорий-туфелек со сходным характером питания, наш отечественный ученый Г. Ф. Г а у з е пришел к выводу, что длительное совместное существование видов с близкими экологическими требованиями невозможно. Этот вывод получил название правила конкурентного исключения.

В природе совместно уживаются только те конкурирующие виды, которые сумели хотя бы немного разойтись в экологических требованиях. Так, в африканских саваннах копытные используют пастбищные корма по-разному: зебры обрывают верхушки трав, антилопы гну поедают растения определенных видов, газели выщипывают только нижние травы, а антилопы топи кормятся высокими стеблями.

В нашей стране насекомоядные птицы, кормящиеся на деревьях, избегают конкуренции друг с другом благодаря разному характеру поиска добычи на разных частях дерева.

Конкурентные отношения как экологический фактор играют чрезвычайно важную роль в формировании видового состава и регуляции численности видов в сообществе.

Ясно, что суровая конкуренция может обнаруживаться только между видами, занимающими сходные экологические ниши. Как правило, это родственные виды. Известно, что организмы, ведущие сходный образ жизни, обладающие сходным строением, обитают в разных местах, а если и живут рядом, то используют разные ресурсы и активны в разное время. Их экологические ниши как бы расходятся во времени или в пространстве.

Экологическое разобщение близкородственных видов закрепляется в ходе эволюции. В Центральной Европе, например, существует пять близких видов синиц, изоляция которых друг от друга обусловлена различиями в местообитаниях, иногда в местах кормежки и размерах добычи, а также в небольших деталях внешнего строения. Изменения строения организмов, сопровождающие процессы расхождения их экологических ниш, позволяют говорить о том, что межвидовая конкуренция является одним из важнейших факторов эволюционных преобразований.

Роль конкуренции в разделении местообитаний можно проиллюстрировать простой схемой. При наличии конкуренции с близкородственными или экологически сходными видами зона местообитания сокращается до оптимальных границ. То есть вид распространяется в наиболее благоприятных для него зонах, где он обладает преимуществами по сравнению со своими конкурентами. Если же межвидовая конкуренция выражена слабо, то под влиянием внутривидовой конкуренции популяции данного вида расширяют границы своего местообитания. Таким образом, межвидовая конкуренция может играть важную роль в формировании облика природного сообщества. Порождая и закрепляя разнообразие организмов, она способствует повышению устойчивости сообществ, более эффективному использованию имеющихся ресурсов.