Популяция - одновидовое сообщество - ОРГАНИЗМЫ В СРЕДЕ ИХ ОБИТАНИЯ

Постановка проблемы урока

Факт 1.Домовый воробей распространён на всех материках и населяет даже многие океанические острова.

Факт 2.Домовые воробьи живут оседло, перемещаются лишь на небольшие расстояния и большую часть жизни проводят в одном населённом пункте.

• Насколько жизнь воробья зависит от его ближних и дальних соседей?

• Предложите общую проблему для анализа на уроке.

Сравните с вариантом авторов на с. 397.

Необходимые базовые знания

• Что такое популяция с точки зрения экологии (9 класс) и теории эволюции (§ 42)?

• Почему численность того или иного вида меняется или остаётся стабильной? (9 класс, жизненный опыт)

Решение проблемы

Популяция - единица существования вида

• Почему особи любого вида распределены неравномерно?

Область географического распространения вида называется егоареалом.Однако ни один вид не заселяет пространство своего ареала равномерно. Каждый вид организмов способен занимать лишь то местообитание, к которому он приспособлен. На других участках условия среды выходят за пределы его толерантности и допускают лишь кратковременное существование. Некоторые пригодные участки остаются незаселёнными из-за того, что окружены непригодной территорией. Наконец, если участок местообитания недостаточно велик по площади, его население не сможет устойчиво поддерживать смену поколений.

Совокупность особей одного вида, занимающая определённое местообитание и способная к длительному самовоспроизведению, называетсяпопуляцией.Если для генетика важнее всего степень изоляции популяции, то для эколога важно, что эта совокупность особей испытывает общее влияние среды. Границы популяции могут быть резко выражены у одних видов, а у других - более размыты. Это не мешает сравнивать реакцию популяций на изменение среды. Устойчивое существование популяций в своих местообитаниях определяет важную роль популяции какединицы существования вида.

Описание популяции

• Какие термины применяют экологи для описания свойств популяции?

Судьба отдельных особей в большой степени случайна, а судьба популяции закономерна. Поэтому влияние природной среды на организмы изучают на примере популяций. Состояние популяции отражается рядом показателей - демографических параметров. Хорошей характеристикой состояния популяции может быть еёчисленность.Но численность крупной популяции обычно очень трудно определить, особенно если она не отделена естественными рубежами от соседней популяции. Более удобно оценивать измененияплотностипопуляции — числа особей на единице пространства местообитания, например, на площади в 1 км².

Помимо численности и плотности, популяция обладает и другими особыми показателями своего состояния. Число рождённых особей, соотнесённое с численностью популяции за единицу времени, составляетрождаемость(см. табл.), а относительное число погибших за единицу времени —смертность(рис. 57.1). Каждый из этих показателей зависит от изменения условий среды. Численность популяции, в свою очередь, зависит от баланса рождаемости и смертности.

Для прогнозирования изменений популяции мало определить её численность, рождаемость и смертность. Нужно знать и возраст членов популяции. Ведь, например, будущий прирост обеспечивают лишь половозрелые особи. Для этих целей экологи определяютвозрастную структуру популяции,а для раздельнополых -и половую.Её анализ позволяет сделать суждение о будущем популяции.

Показатели рождаемости в популяции домового воробья

Средние показатели	Число потомков на пару за год
Потенциальная рождаемость	15,0
Отложено яиц	13,4
Вылетело птенцов	7,8
К концу гнездования	3,5
К новому сезону	2,0

• Почему реальная рождаемость (число отложенных яиц или выращенных птенцов) всегда меньше, чем потенциальная?

57.1. Смертность взрослых особей в популяции домового воробья в течение года

• Определите, в какой период года смертность увеличивается, и предположите вероятную причину.

57.2. Половозрастная структура различных популяций человека

• Рассмотрите рисунок. Определите, в какой из человеческих популяций происходит естественное возобновление численности, а в какой сокращение.

Каждая особь в популяции перемещается в пределах индивидуального участка обитания. Взаимное расположение индивидуальных участков образуетпространственную структуру популяции.Изучая распределение живых организмов, можно определить характер взаимоотношений между особями.

57.3. Основные типы пространственного размещения организмов (центров их активности)

• Догадайтесь, в каком случае особи охраняют свою территорию от соседей, в каком - только гнездо, а в каком оказывают взаимную помощь.

Динамика численности популяции

• Почему, несмотря на многочисленные непредвиденные воздействия среды, численность популяции довольно быстро возвращается к прежнему уровню?

Популяция реагирует на изменения факторов среды изменением численности (рис. 57.4).

57.4. Рост численности популяции полёвки и ограничивающие его факторы окружающей среды

• Почему рост никогда не соответствует теоретической кривой?

В благоприятных условиях, когда численность популяции мала, а корма в изобилии, популяция увеличивается с максимально возможной скоростью. В природе такое наблюдается редко, лишь в короткие периоды. “Цветение” воды, вспышка численности насекомых-вредителей, размножение микроорганизмов в начале болезни — знакомые примеры таких ситуаций.

Рост любой популяции рано или поздно ограничивается недостатком ресурсов и внутривидовой конкуренцией за них. В конце концов численность приближается к такому уровню, при котором плотность популяции соответствует наличию необходимых ресурсов. В этом случае рождаемость в точности компенсируется смертностью. Обилие ресурсов, необходимое и достаточное, чтобы обеспечить такую плотность, называетсяёмкостью среды.

Можно выделить две группы экологических факторов, влияющих на численность популяции. Одни из них действуютнезависимо от плотности популяции,т. е. влияют на каждую особь вида одинаково и при низкой, и при высокой плотности. Такие факторы могут снизить или увеличить численность популяции, но не станут её регулировать, т.е. приводить в соответствие с емкостью среды. В большинстве случаев к ним относятся абиотические факторы. Например, зимой все животные испытывают на себе влияние суровых погодных условий вне зависимости от того, высока или низка численность популяции (рис. 57.5).

57.5. Массовая гибель рыбы в результате катастрофического загрязнения водоёмов

Другие факторы оказывают ограничивающее влияние тем сильнее, чем выше становится плотность популяции. Их называютфакторами, зависящими от плотности.Это прежде всего обилие ресурсов (корма, минеральных веществ, укрытий, мест для гнездования или отдыха) и количество биологических врагов (хищников, паразитов, болезнетворных микроорганизмов). Так, при росте плотности популяции пища становится лимитирующим фактором. Её хватает не всем, и за счёт недоедания и гибели слабых особей увеличивается смертность, снижается рождаемость, рост численности замедляется или начинает сокращаться. При падении плотности популяции ниже ёмкости среды численность начинает восстанавливаться. В итоге факторы, зависящие от плотности, регулируют численность, поддерживая её на относительно стабильном уровне.

• Приведите другие примеры изменения численности популяции факторами, зависящими и не зависящими от плотности.

Как приспособиться к непредсказуемости

• Почему численность одних видов относительно стабильна, а другие дают резкие “вспышки” численности?

Сравним несколько примеров: одуванчик и ландыш, берёза и дуб, треска и лосось, воробей и стриж, кролик и обезьяна. Что в них общего? В каждой паре первый вид более плодовит, чем второй. Почему? Потому что особи первого вида подвергаются действию таких факторов, к которым трудно выработать совершенные приспособления. Среди них: вытаптывание, бедная почва и неблагоприятный микроклимат, отсутствие укрытий для потомства, суровые условия перезимовки, беззащитность против хищников.

Воздействие этих факторов бывает так велико или так неожиданно, что приводит к гибели особей независимо от их индивидуальных качеств. В таких условиях естественный отбор направлен на повышение репродуктивного потенциала организма (параметра г в экологических моделях). Чем менее предсказуемы изменения среды, тем более выгодно особям вкладывать все усилия в размножение, и чем раньше, тем лучше. Преимущество получают мелкие, но многочисленные потомки, приспособленные к расселению. Некоторые из них, попав в благоприятные условия, способны обеспечить быстрый рост популяции. Однако в непредсказуемой среде её рост может прерваться в любое время, из-за чего численность испытывает нерегулярные колебания в десятки и сотни раз (рис. 57.6).

57.6. Популяцияr-вида обычно находится на стадии роста

• Какую стратегию используют чаще простейшие по сравнению с многоклеточными животными, насекомые по сравнению с позвоночными животными?

В противоположных условиях - когда среда стабильна и предсказуема — на всякий ресурс находится избыточное число потребителей. Но ёмкость среды (параметр К в экологических моделях) ограничена, поэтому здесь господствует острая индивидуальная конкуренция за ресурсы. Эффективно конкурировать способен только взрослый, сформированный организм. Естественный отбор здесь направлен на выживание, а размножение становится возможным лишь в старшем возрасте, в том случае, если потомки немногочисленны и хорошо подготовлены к жизни благодаря родительской заботе. Во взрослой популяции, численность которой удерживается равной по отношению к ёмкости среды, место для молодого поколения освобождается только после гибели старых особей. Поэтому численность таких популяций отличается большим постоянством (рис. 57.7).

57.7. Численность популяции К-вида приближается к ёмкости среды

Эти две противоположные стратегии жизни получили названиеr- и К-стратегии.Каждая из них позволяет максимально использовать ресурсы среды.

Обобщение новых знаний

Существование вида в ареале определяется благополучием каждой его популяции - совокупности особей, занимающей определённое местообитание и способной к длительному самовоспроизведению. Благополучие популяции выражается её численностью, плотностью, рождаемостью, смертностью, половозрастной и пространственной структурой. Численность популяции в целом тем больше, чем больше обилие пригодных ресурсов и чем меньше условия среды отличаются от оптимальных. Факторы среды, не зависящие от плотности популяции, отклоняют её численность в произвольном направлении. Факторы среды, зависящие от плотности, вновь приводят её в соответствие с ёмкостью среды, т.е. регулируют численность по принципу отрицательной обратной связи. Естественный отбор выработал различные жизненные стратегии видов, позволяя максимально использовать как стабильные, так и непредсказуемые ресурсы.

Ареал. Популяция. Рождаемость, смертность. Возрастная и пространственная структура популяции. Факторы, зависящие и не зависящие от плотности

Применение знаний

1. Как называется группа особей, которая может существовать в течение многих поколений?

2. Опишите любую человеческую популяцию, используя демографические термины.

3. Приведите примеры влияния факторов среды, зависящих и не зависящих от плотности популяции, на вымышленном примере с неким животным.

4. Как вы считаете, имеем ли мы моральное право регулировать человеческую популяцию, и если да, то каким образом?

5. Почему в подавляющем большинстве случаев организмы не выходят за границысвоей популяции?

6. Опишите, какие факторы могут ограничивать величину популяции сосен, лосей,шмелей, карасей.

7. Предложите вымышленный случай увеличения ёмкости среды для данной популяции. Опишите, как менялись при этом рождаемость и смертность.

8. Чем отличаются возрастные структуры населения первобытных людей, жителейразвивающихся и развитых стран?

9. Как образ жизни и поведение животных может влиять на пространственную структуру их популяций?