1. Понятие популяции: статистические показатели популяции, понятия генотип и генофонд

Совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную территорию (ареал) называется биологическим видом. Виды часто занимают большой ареал, в пределах которого особи распределены неравномерно, группами - популяциями.

Популяция - совокупность особей одного вида, способных к самовоспроизводству, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Термин «популяция» происходит от латинского слова «populus» (народ) и в дословном переводе означает «население». Популяция - это именно та ячейка биоты, которая является основой ее существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание вида, т.е. является структурной единицей вида и единицей эволюции. Контакты между особями одной популяции осуществляются чаще, чем между особями разных популяций. Например, уровень панмиксии (свободного скрещивания) внутри популяции выше, чем между особями разных популяций.

Ареал. Пространство, на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности, называется ареалом - областью распространения. Ареал может быть сплошным или разорванным (дизъюнктивным), если между его частями возникают различные преграды (водные, орографические и др.), пространства, не заселенные представителями данного вида.

2.Статические показатели популяции

Количественные показатели (характеристики) популяции можно разделить на статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. Основные из них: численность и плотность, а также показатели структуры. Динамические показатели популяции отражают процессы, протекающие в популяции за определенный промежуток времени. Основные из них: рождаемость, смертность, скорость роста популяции.

Численность - это количество животных или растений в пределах некоторой пространственной единицы: ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т.д. Численность популяции может значительно изменяться во времени. Она зависит от биотического потенциала вида и внешних условий. Численность тех или иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с самолета или вертолета при облетах территории. Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений. Значение численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой и т.п.) имеет большое экономическое и экологическое значение.

Плотность - число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема. Чем крупнее животное, тем большая ему нужна площадь на добычу пищи, поэтому, чем больше размеры тела особи, тем меньше плотность популяции.

Популяция характеризуется определенной структурной организацией - соотношением групп особей по полу, возрасту, размеру, распределением особей по территории и т.д. В связи с этим выделяют различные структуры популяции: половую, возрастную, размерную, генетическую, пространственно-этологическую и др. Структура популяции формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, с другой стороны, под влиянием факторов среды.

Половая структура (половой состав) - количественное соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Соотношение полов популяции устанавливается по генетическим законам в результате перекомбинации половых хромосом, а затем на него влияет среда. Теоретически соотношение полов должно быть одинаковым: 50 % от общей численности должны составлять мужские особи, а 50 % - женские особи. Фактическое соотношение полов зависит не только от генетических и физиологических особенностей вида, но и от действия различных факторов среды (например, у рыб - от значения pH среды; у рыжих лесных муравьев из яиц, отложенных при температуре ниже 20 °С, развиваются самцы, а при более высокой температуре - самки).

Различают первичное, вторичное и третичное соотношения. Первичное соотношение - соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1. Такое соотношение определено генетическим механизмом определения пола. Вторичное соотношение - соотношение, наблюдаемое при рождении. Третичное соотношение - соотношение, наблюдаемое у взрослых половозрелых особей.

Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в третичном - женщины: на 106 мальчиков рождается 100 девочек, к 16...18 годам из-за повышенной мужской смертности это соотношение выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам - 50 мужчин и 100 женщин.

Генетическая структура популяции характеризуется разной степенью генетического разнообразия особей. Совокупность всех генов, сосредоточенных в хромосомах одного организма, называется генотипом. Если соотношение генотипов в популяции неизменно в поколениях, то популяция устойчива, в ней существует генотипическое равновесие. Совокупность генов, которые имеются у особей конкретной популяции, называется генофондом. Несмотря на изменчивость в ее структурных частях, популяция как целостная система устойчиво сохраняет генофонд, наследованный от предковой популяции.

Относительная пространственная обособленность популяции приводит к ее репродуктивной изоляции - ограничению свободы скрещивания особей разных популяций. Эта изоляция обеспечивает уникальность генофонда популяции и возможность ее самостоятельной эволюции. Однако в природе не существует полностью изолированных популяций и может происходить миграция (отток и приток) генов, приводящих к изменениям их генетической структуры

Возрастная структура (возрастной состав) - соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется такими показателями как: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др.

В зависимости от способностей особи к размножению различают три группы: предрепродуктивную (особи, еще не способные размножаться), репродуктивную (особи, способные размножаться) и пострепродуктивную (особи, уже не способные размножаться).

Соотношение особей популяции по этим состояниям называют возрастным спектром популяции, который отражает количественные соотношения разных возрастных групп. По возрастному спектру оценивается способность популяции к самоподдержанию и ее устойчивость к внешним воздействиям. Для сопоставления численности особей разных возрастов в популяциях строятся гистограммы возрастных структур (см. рис.).

Наибольшей жизнеспособностью отличаются популяции, в которых все возрасты представлены относительно равномерно. Такие популяции называются нормальными. Если в популяции преобладают старческие особи, это свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих репродуктивные функции. Такие популяции называются регрессивными, или вымирающими.

Возрастная структура популяций:

Инавазионная (растущая); 2 - нормальная (стабильная);

Регрессивная (сокращающаяся)

Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или инвазионные. Жизненность их не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые ранее здесь отсутствовали.

Пространственно-этологическая структура определяет характер распределения особей в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения) вида.

Различают три основных типа распределения особей в пространстве: равномерное (регулярное), неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) и случайное (диффузное).

При равномерном распределении особи размещены через более или менее равные промежутки, например, деревья в сосновом лесу. В действительности же равномерное распределение особей встречается в природе редко.

Неравномерное (групповое, мозаичное) распределение проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой образ жизни (напр., стада млекопитающих, колонии птиц). Групповое размещение обеспечивает популяции боле высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям.

При случайном (диффузионном) распределении особи размещены неравномерно, и их встречи друг с другом носят случайный характер. Такой тип распределения широко представлен среди растений и многих видов животных. Случайное распределение является результатом вероятностных процессов и слабых социальных связей между особями.

На больших географических пространствах со временем особи одной и той же популяции при распределении могут образовывать комбинации из этих трех типов размещения. Например: деревья - от группового к равномерному. Расселение тли или колорадского жука вначале может быть случайным, а по мере их размножения приобретает групповой или равномерный характер.

По типу использования пространства все подвижные животные подразделяются на оседлых и кочевых. Оседлому образу жизни характерен интенсивный тип использования территории, т.е. отдельные особи или их группировки в течение длительного времени эксплуатируют ресурсы на относительно ограниченном пространстве. Он имеет ряд биологических преимуществ, таких как свободная ориентация на знакомой территории при поиске пищи или укрытия, возможность создать запасы пищи (белка, полевая мышь). К его недостаткам относится истощение пищевых ресурсов при излишне высокой плотности популяции.

Для видов, отличающихся кочевым образом жизни, характерен экстенсивный тип использования территории, при котором ресурсы потребляются обычно группами особей, постоянно перемещающихся в пределах обширной площади.

По форме совместного существования животных выделяют одиночный образ жизни, семейный, колониями, стаями, стадами.

Распространение организмов за пределы популяции называется расселением. Способы расселения отражают, каким образом популяция занимает все большее пространство. Среди них выделяют следующие: анемохория (распространение ветром), Гидрохория (водой), фитохория (растениями), зоохория (животными) и антропохория (человеком).

3.Водная среда жизни

С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы (особь, популяцию, сообщество) и оказывающая на них определенное воздействие.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (т.е. образуемую самими живыми организмами).

Водная среда жизни

Водная среда жизни самая древняя. Вода обеспечивают протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %.

4.Специфические свойства воды как среды обитания

Характерной чертой водной среды является высокая плотность - она в 800 раз больше плотности воздушной среды. В дистиллированной воде, например, она равна 1 г/см3. С повышением солености плотность возрастает и может достигать 1,35 г/см3. Все водные организмы испытывают высокое давление, увеличивающееся на 1 атмосферу на каждые 10 м глубины. Некоторые из них, например, рыбы-удильщики, головоногие моллюски, ракообразные, морские звезды и другие, обитают на больших глубинах при давлении 400...500 атм.

Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее, что важно для бесскелетных форм водных организмов.

На бионту водных экосистем влияют также следующие факторы:

1.концентрация растворённого кислорода;

2.температура воды;

.прозрачность, характеризуемая относительным изменением интенсивности светового потока с глубиной;

.солёность, то есть процентное содержание (по весу) растворённых в воде солей, главным образом NaCl, KC1 и MgS04;

.доступность питательных веществ, прежде всего, соединений химически связанного азота и фосфора.

Специфичен кислородный режим водной среды. В воде кислорода в 21 раз меньше, чем в атмосфере. Содержание кислорода в воде уменьшается с увеличением температуры, солености, глубины, но возрастает с повышением скорости течения. Среди гидробионтов много видов, относящихся к эвриоксибионтам, т. е. организмам, способным переносить низкое содержание кислорода в воде (например, некоторые виды моллюсков, сазан, карась, линь и другие).

Стеноксибионты, например форель, личинки поденок и другие, могут существовать только при достаточно высоком насыщении воды кислородом (7...11 см3/л), и потому являются биоиндикаторами этого фактора.

Недостаток кислорода в воде приводит к катастрофическим явлениям - заморам (зимним и летним), сопровождающимся гибелью гидробионтов.

Температурный режим водной среды характеризуется относительной стабильностью по сравнению с другими средами. В пресных водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев колеблется от 0,9 °С до 25 °С, т.е. амплитуда изменений температуры находится в пределах 26 °С (если не считать термических источников, где температура может достигать 140°С). На глубине в пресных водоемах температура постоянно равна 4...5 °С.

Световой режим водной среды существенно отличается от среды наземно-воздушной. В воде света мало, так как он частично отражается от поверхности и частично поглощается при прохождении через толщу воды. Прохождению света препятствуют и взвешенные в воде частицы. В глубоких водоемах в связи с этим выделяют три зоны: световую, сумеречную и зону вечного мрака.

По степени освещенности выделяют следующие зоны:

литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит до дна);

лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез);

эвфотическая зона (вся освещенная толща воды, включая литоральную и лимническую зоны);

профундальная зона (дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет).

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа). В частности, среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.

Гигрофиты - растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, относятся, например: рдест, кувшинка, тростник.

Ксерофиты растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. Различают суккуленты и склерофиты. Суккуленты - ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань. Склерофиты ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул).

Мезофиты - растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных (что составляет примерно 7 % от общего их числа) и 10000 видов растений (что составляет около 8 % от общего их числа). Организмы, обитающие в воде, называются гидробионтами.

Водные организмы по типу местообитания и образу жизни объединяются в следующие экологические группы.

Планктон - взвешенные, парящие в воде организмы, пассивно перемещающиеся за счет течения. Различают фитопланктон (одноклеточные водоросли) и зоопланктон (одноклеточные животные, рачки, медузы и др.).Особую разновидность планктона составляет экологическая группа нейстон - обитатели поверхностной пленки воды на границе с воздушной средой (например, водомерки, клопы и другие).

Нектон - активно передвигающиеся в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие моллюски, черепахи, китообразные и др.). Активное плавание гидробионтов, объединенных в данную экологическую группу, напрямую зависит от плотности воды. Быстрое движение в водной толще возможно лишь при наличии обтекаемой формы тела и сильно развитой мускулатуры.

Бентос - организмы, живущие на дне и в грунте, его делят на фитобентос (прикрепленные водоросли и высшие растения) и зообентос (ракообразные, моллюски, морские звезды и др.).

5. Разновидности смога и их особенности

Смог (англ. Smoke - дым, fog - густой туман) - видимое загрязнение воздуха любого характера. Смог возникает при определенных условиях: большом количестве пыли и газов в воздухе и длительном существовании антициклонных условий погоды (областей с высоким атмосферным давлением), когда загрязнители скапливаются в приземном слое атмосферы. Смог вызывает удушье, приступе астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждение растительности, зданий и сооружений.

Выделяют три типа смога: ледяной (аляскинского типа); влажный (лондонского типа); сухой или фотохимический (лос-анжелесского типа).

Наиболее изучен влажный смог. Он обычен для мест с высокой относительной влажностью воздуха и частыми туманами. Это способствует смешению загрязняющих веществ, и взаимодействию химических реакций. Эти загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, они называются первичными загрязнителями. Главными токсическими компонентами влажного смога являются чаще всего CO2 и SO2. Печально знаменит случай, когда в 1952 г. влажный смог в Лондоне унес более 4000 жизней.

Фотохимический смог - вторичное загрязнение воздуха, возникающее в процессе разложения первичных загрязняющих веществ солнечными лучами. Главный ядовитый компонент - озон.

Ледяной смог возникает при очень низких температурах и антициклоне. В этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших кристаллов льда и, например, серной кислоты.

Воздух - в основном смесь О2 и N2. При высокой температуре пламени молекулы в воздухе могут распадаться и даже молекулы сравнительно инертного N2 подвергаются реакциям:

Согласно уравнению образуется атом кислорода, который входит в уравнение. Однажды возникший в пламени атом кислорода будет воссоздаваться и участвовать во всей цепочке реакции, приводящей к образованию NO. Если просуммировать эти две реакции, получим:

Уравнение показывает, как оксиды азота образуется в пламени. Они появляются потому, что топливо сжигается в воздухе а не в кислороде O2. Кроме того, некоторые топлива содержат соединения азота в качестве примесей, и в результате продукты сгорания этих примесей служат источником появления других оксидов азота. Окисление оксида азота в смоге дает диоксид азота, бурый газ. Этот цвет означает, что газ поглощает свет (с длинною волны не менее 310нм.), фотохимические активен и претерпевает диссоциацию:

Таким образом, согласно уравнению, вновь возникает оксид азота, но также одиночный и реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакцию с образованием озона - O3:

Озон - это единственный загрязнитель, который наиболее ясно характеризует фотохимический смог. Однако О3, который представляет такую проблему, не выбрасывается автомобилем (или любым основным загрязнителем). Это вторичный загрязнитель.

Итак, летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря использованию топлив на основе бензина, способствует превращению NO в NO2 (и лежат в основе фотохимического смога).

В процессе окисления углеводородов в атмосфере особо нужно отметить роль радикала OH*. Рассмотрим окисление метана (CH4) в качестве простого примера этого процесса:

Эти реакции показывают превращение оксида азота (NO) в диоксид (NO2) и простого алкана типа СН4 в альдегид (в данном случае формальдегид HCHO). При этом радикал OH* воспроизводится в конце цепочки реакций, поэтому может считаться в некотором роде катализатором. Несмотря на то, что реакция протекает в фотохимическом смоге, воздействие радикала OH* на большие и сложные органические молекулы достаточно эффективно. Альдегиды также могут подвергаться воздействию радикалов OH*.

Метил-радикал (CH3*) из уравнения может возвращаться в уравнение.

Важным дополнением к этому ряду реакции является следующее:

приводящая к образованию раздражающего глаза пероксиацетилнетрата (ПАН).

6. Экологическое право и его основные источники

Экологическое право - это отрасль права, которая регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы.

Экологическое право является важным инструментом, применяемым государством в интересах сохранения и рационального использования окружающей природной среды.

Источниками экологического права являются следующие нормативно-правовые акты: 1) Конституция Российской Федерации; 2) законы и кодексы в области охраны природы; 3) указы и распоряжения Президента по вопросам экологии и природопользования; правительственные природоохранные акты; 4) нормативные акты министерств и ведомств; 5) нормативные решения Органов местного самоуправления.

1. Конституционные основы охраны окружающей природной Среды закреплены в Конституции Российской Федерации, принятой 12 декабря 1993 г. Конституция провозглашает право граждан на землю и другие природные ресурсы, закрепляет право каждого человека на благоприятную окружающую среду (экологическую безопасность) и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью. Она также определяет организационные и контрольные функции высших и местных органов власти по рациональному использованию и охране природных ресурсов, устанавливает обязанности граждан по отношению к природе, охране ее богатств.

2. Законы и кодексы в области охраны окружающей природной Среды составляют природно-ресурсную правовую основу. В их число входят законы о земле, недрах, охране атмосферного воздуха, об охране и использовании животного мира и др. Систему экологического законодательства возглавляет Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. №7-ФЗ. В вопросах охраны природной среды нормы других законов не должны противоречить Конституции России и данному законодательному акту.

1. Земельный кодекс РФ (2001) регламентирует охрану земель и защиту окружающей природной среды от возможного вредного воздействия при использовании земли. Основные правовые функции охраны земель: сохранение и повышение плодородия почв, сохранение фонда сельскохозяйственных земель. Экологическими нарушениями считаются порча, загрязнение, засорение и истощение земель. Кодекс регламентирует куплю-продажу земель и совершение других Земельных сделок.

2. Водный кодекс Российской Федерации (1995) регулирует правовые отношения в области рационального использования и охраны водных объектов, устанавливает ответственность за нарушение водного законодательства. Правовые нормы направлены на охрану вод от загрязнения, засорения и истощения.

3. Правовые основы охраны атмосферного воздуха отражены в Законе РФ «Об охране окружающей среды» (2002), а также Законе «Об охране атмосферного воздуха» (1982). Важнейшими общими мероприятиями охраны воздушного бассейна являются установление нормативов предельно допустимых вредных воздействий (ПДК, ПДВ) и платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

4. Правовая защита людей, вовлеченных в сферу использования ядерных и радиационных установок и радиоактивных веществ гарантируется Законом Российской Федерации «О радиационной безопасности населения» (1995) (а также Федеральным законом «Об использовании атомной энергии»).

В случае аварии Закон гарантирует возмещение ущерба здоровью и имуществу граждан, устанавливает компенсацию за повышенный риск проживающим вблизи ядерных и радиационных установок в виде улучшения социально-бытовых условий.

5. Закон Российской Федерации «О недрах» (1992) устанавливает правовые отношения при изучении, использовании и охране недр. К числу эколого-правовых нарушений, затрагивающих недра как часть природной среды, Закон в первую очередь относит их загрязнение.

6. Основы лесного законодательства (1977) закрепляют требования, предъявляемые к ведению лесного хозяйства. Основные правовые нормы направлены на использование леса как природного ресурса, воспроизводство лесов, охрану и защиту лесов и т.д.

7. Закон Российской Федерации «О животном мире» (1995). В нем содержатся эколого-правовые и административные нормы с учетом новых экономических отношений. Согласно Закону к эколого-правовым нарушениям отнесены: незаконный лов рыбы, уничтожение редких и исчезающих животных и др.

8. Закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления» (1998) определяет правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

9. Важнейшие экологические требования отражены также в Законе РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999) и Основах законодательства Российской Федерации об охране здоровья (1993).

Федеральный закон "О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах" от 23.02.95 № 26-ФЗ;

Федеральный закон "Об особо охраняемых природных территориях" от 14.03.95 (в ред. от 30.12.2001) № 33-ФЗ;

Федеральный закон "Об экологической экспертизе" от 23.11.95 (в ред. от 15.04.98) № 174-ФЗ;

Федеральный закон "Об использовании атомной энергии" от 21.11.95 (в ред. от 28.03.2002) № 170-ФЗ;

Федеральный закон "О континентальном шельфе" от 30.11.95 (в ред. от 30.06.2003) № 187-ФЗ;

Указы и распоряжения Президента, постановления Правительства затрагивают широкий круг экологических вопросов. Примером может служить Указ президента от 1 апреля 1996 г. о концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию.

1. Нормативные акты природоохранительных министерств и ведомств издаются по самым разнообразным вопросам рационального использования и охраны окружающей природной среды, в виде постановлений, инструкций, приказов и считаются обязательными для всех физических и юридических лиц.
2. Нормативные решения местных административных органов (мэрий, сельских и поселковых органов) дополняют и конкретизируют действующие нормативно-правовые акты по охране окружающей природной среды.

Действующий ныне Федеральный закон «Об охране окружающей среды» (2002) значительно расширяет полномочия государственной власти субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления в сфере отношений, связанных с охраной окружающей среды. В частности, субъектам Федерации предоставлено право разрабатывать и издавать законы и иные нормативные акты в области охраны окружающей среды с учетом географических, природных, социально-экономических и иных особенностей, ограничивать или запрещать хозяйственную и иную антиэкологическую деятельность на своих территориях и др.

генетический структура популяция

Список использованных источников

Экология: Учебник для технических ВУЗов / Цветкова, Алексеев и др.Под ред. Л.И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. - 488 с.

Коробкин В.И., Передельский. Экология в вопросах и ответах.

Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология для студентов вузов.

Www. ekolog.org

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Что такое популяция?

Определение 1

Популяция – это совокупность организмов одного вида, долгий период обитающих на данной территории, обладающих общим генофондом, а также возможностью легко скрещиваться, в разной степени обособленные от других популяций этого вида.

Организмы каждого вида представлены несколькими популяциями, населяющими различные территории. Между популяциями одного вида существуют разнообразные связи, поддерживающие вид как одно целое. Однако если по каким-либо причинам популяция попадает в изоляцию от других популяций своего вида, это может привести к формированию нового вида живых организмов. Под воздействием условий среды обитания формируются физиологические, морфологические, поведенческие особенности организмов. При этом свойства организмов, принадлежащих разным популяциям, будут различаться между собой тем сильнее, чем более несходны условия их обитания и чем слабее между ними обмен особями.

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:

1. биологические свойства – свойства, присущие каждому входящему в популяцию организму;
2. 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:

1. численность;
2. плотность популяции;
3. рождаемость организмов в популяции;
4. 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:

1. 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;
2. 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:

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

Численность и плотность – основные параметры популяции.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную. Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).

Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида.

Пример: Одуванчик за 10 лет способен заполонить весь земной шар, при условии, что все его семена прорастут. Исключительно обильно семеносят ивы, тополя, березы, осина, большинство сорных растений. Бактерии делятся каждые 20 минут ив течение 36 часов могут сплошным слоем покрыть всю планету. Очень высока плодовитость у большинства видов насекомых и низка у хищников, крупных млекопитающих.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Различают три типа смертности:

Одинаковый на всех стадиях развития; встречается редко, в оптимальных условиях;

Повышенная смертность в раннем возрасте; характерна для большинства видов растений и животных (у деревьев к возрасту зрелости доживает менее 1% всходов, у рыб – 1-2% мальков, у насекомых – менее 0,5% личинок);

Высокая смерть в старости; обычно наблюдается у животных, чьи личиночные стадии проходят в благоприятных мало изменяющихся условиях: почве, древесине, живых организмах.

Стабильные, растущие и сокращающиеся популяции

Популяция приспосабливается к изменению условий среды путем обновления и замещения особей, т.е. процессами рождения (возобновления) и убывания (отмирания), дополняемыми процессами миграции. В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности близки, сбалансированы. Они могут быть непостоянны, но плотность популяции незначительно отличается от какой-то средней величины. Ареал вида при этом ни увеличивается, ни уменьшается.

В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения, особенно у мелких животных (саранча, 28-точечная картофельная коровка, колорадский жук, грызуны, вороны, воробьи; из растений – амброзия, борщевик Сосновского в северной республике Коми, одуванчик, прилипало гималайское, отчасти – дуб монгольский). Нередко растущими становятся популяции крупных животных в условиях заповедного режима (лоси в Магаданском заповеднике, на Аляске, олень пятнистый в Уссурийском заповеднике, слоны в национальном парке Кении) или интродукции (лось в Ленинградской области, ондатра в Восточной Европе, домашние кошки в отдельных семьях). При переуплотнении у растений (обычно совпадает с началом сомкнутости покрова, кронового полога) начинается дифференциация особей по размерам и жизненному состоянию, самоизреживание популяций, а у животных (обычно совпадает с достижением половой зрелости молодняка) начинается миграция на сопредельные свободные участки.

Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного предела, а затем рождаемость (плодовитость) вновь повышается и популяция из сокращающейся становится растущей. Чаще всего неумеренно растущими бывают популяции нежелательных видов, сокращающимися – редких, реликтовых, ценных, как в экономическом, так и в эстетическом отношении.

Структура популяций

Под демографической структурой популяции, прежде всего, понимают ее половой и возрастной состав. Кроме того, принято говорить о пространственной структуре популяции - то есть об особенностях размещения особей популяции в пространстве.

Знание структуры популяции позволяет исследователю сделать выводы о ее благополучии или неблагополучии. Например, если в популяции отсутствуют генеративные (то есть способные дать потомство) особи и при этом много старовозрастных (сенильных) особей, то можно сделать неблагоприятный прогноз. У такой популяции может не быть будущего. Структуру популяции желательно изучать в динамике: зная ее изменение в течение нескольких лет, можно намного более уверенно говорить о тех или иных тенденциях.

Возрастная структура популяции

Этот тип структуры связан с соотношением особей различных возврастов в популяции. Особи одного возраста принято объединять в когорты , то есть возрастные группы.

Возрастная структура популяций растений описана очень подробно. В ней выделяют (по Т.А. Роботнову) следующие возрасты (возрастные группы организмов):

• латентный период - состояние семени;
• прегенеративный период (включает состояния проростка, ювенильного растения, имматурного растения и виргинильного растения);
• генеративный период (обычно подразделяется на три подпериода - молодых, зрелых и старых генеративных особей);
• постгенеративный период (включает состояния субсенильного растения, сенильного растения и фазу отмирания).

В популяциях животных также можно выделить различные возрастные стадии. Например, насекомые, развивающиеся с полным метаморфозом, проходят стадии яйца, личинки, куколки, имаго (взрослого насекомого). У других животных (развивающихся без метаморфоза) также можно выделить различные возрастные состояния, хотя границы между ними могут быть и не настолько четкими.

Половая структура популяции

Половая структура, то есть соотношение полов, имеет прямое отношение к воспроизводству популяции и ее устойчивости.

Принято выделять первичное, вторичное и третичное соотношение полов в популяции. Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом. Например, у человека XY-хромосомы определяют развитие мужского пола, а XX - женского. В этом случае первичное соотношение полов 1:1, то есть равновероятно.

Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных). Оно может существенно отличаться от первичного по целому ряду причин: избирательность яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X- или Y-хромосому, неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению, различными внешними факторами. Например, зоологами описано влияние температуры на вторичное соотношение полов у рептилий. Аналогичная закономерность характерна и для некоторых насекомых. Так, у муравьев оплодотворение обеспечивается при температуре выше 20 С, а при более низких температурах откладываются неоплодотворенные яйца. Из последних вылупляются самцы, а из оплодотворенных - преимущественно, самки.

Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.

Пространственная структура популяции

Пространственная структура популяции отражает характер размещение особей в пространстве.

Выделяют три основных типа распределения особей в пространстве:

• единообразное (особи размещены в пространстве равномерно, на одинаковых расстояниях друг от друга), тип также носит название равномерного распределения;
• конгрегационное , или мозаичное (то есть "пятнистое", особи размещаются в обособленных скоплениях);
• случайное , или диффузное (особи распределены в пространстве случайным образом).

Равномерное распределение встречается в природе редко и чаще всего вызвано острой внутривидовой конкуренцией (как, например, у хищных рыб).

Случайное распределение можно наблюдать только в однородной среде и только у видов, которые не обнаруживают никакого стремление к объединению в группы. Как хрестоматийный пример равномерного распределения, обычно приводят распределение жука Tribolium в муке.

Распределение группами встречается намного чаще. Оно связано с особенностями микросреды или с особенностями поведения животных.

Пространственная структура имеет важное экологическое значение. Прежде всего, определенный тип использования территории позволяет популяции эффективно использовать ресурсы среды и снизить внутривидовую конкуренцию. Эффективность использования среды и снижение конкуренции между представителями популяции позволяют ей укрепить свои позиции по отношению к другим видам, населяющим данную экосистему.

Другое важное значение пространственной структуры популяции состоит в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции. Без определенного уровня внутрипопуляционных контактов популяция не сможет выполнять как свои видовые функции (размножение, расселение), так и функции, связанные с участием в экосистеме (участие в круговоротах веществ, создание биологической продукции и так далее).

Свойства популяции: самовоспроизводство, изменчивость, взаимодействие с другими популяциями, устойчивость.



Понятие о популяции в экологии

ЛЕКЦИЯ №4

ТЕМА: ПОПУЛЯЦИИОННАЯ ЭКОЛОГИЯ

ПЛАН:

1. Понятие о популяции в экологии.

2. Основные характеристики популяции.

3. Структура популяций.

3.1. Пространственная и этологическая структуры популяций.

3.2. Половая и возрастная структура популяции.

4. Динамика популяций.

4.1. Кривые выживания.

4.2. Рост популяции и кривые роста.

4.3. Колебания численности популяции.

Рождаемость - (плодовитость) определяется числом новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Низкая плодовитость характерна для тех видов, которые проявляют большую заботу о потомстве. Кроме того, плодовитость зависит от скорости созревания, числа генераций в год, соотношения в популяции самцов и самок, обеспеченности кормом, влияния погодных условии и др. факторов.

Смертность популяции - это количество особей, погибших за определенный период. Различают три типа смертности. Первый характеризуется одинаковостью во всех возрастах; второй- повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития; третий тип характеризуется повышенной гибелью взрослых (старых) особей.

Факторы смертности разнообразные . Это в основном: физические условия (низкие и высокие температуры, ливневые осадки, засуха и др.), биологические факторы (отсутствие корма, заболевания, и др.) и антропогенные (загрязнение окружающей среды, вырубка лесов, охота и др.).

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Понятие о популяции и ее основные групповые характеристики.

Популяция - совокупность организмов одного вида, совместно населяющих общую территорию, находящихся во взаимодействии между собой и свободно скрещивающихся. Популяция- элементарная форма существования вида в природе. В состав одного вида организмов может входить несколько, иногда много популяций, более или менее изолированных друг от друга. В популяциях в разной степени проявляются все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуализм и конкуренция. Есть и специфические внутривидовые взаимосвязи: а) между особями разных полов; б) между родительским и дочерним поколением. Важнейшим свойством популяции является способность к воспроизводству.

Популяция как групповое объединение особей, обладает следующими основными характеристиками:

1) численность - общее количество особей на выделяемой территории; численность не является постоянной, т.к. зависит от многих факторов (темпов размножения, гибели особей в результате старости, болезней, уничтожения хищниками, миграции); если по каким - то причинам невозможно определить численность популяции, тогда определяют ее плотность;

2) плотность популяции - среднее количество (биомасса) особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства;

3) рождаемость - число новых особей (яиц, семян), появившихся в популяции за единицу времени, в расчете на определенное число ее членов (например, число потомков, производимых одной самкой в год; у человека рождаемость обычно выражают числом рождений на 1000 человек за год); различают абсолютную иудельную рождаемость; первая характеризуется общим числом родившихся особей (например, если в популяции северных оленей, насчитывающей 16 тыс. голов в год. за год появилось 2 тыс. оленят, то это число выражает абсолютную рождаемость); удельную рождаемость вычисляют как среднее изменение численности на особь за определенный интервал времени (в данном примере она составит , т.е. один новорожденный на восемь членов популяции за год);

4) смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени, выражается либо в процентах от общего числа особей, либо средним числом смертей на 1000 особей в год; различают соответственно абсолютную иудельную смертность ; величиной удельной рождаемости или удельной смертности пользуются для сравнения рождаемости или смертности в различных популяциях;

5) прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным;

6) темп роста - средний прирост популяции за единицу времени.

Исследование популяций имеет важные практические приложения: например, для контроля численности вредителей, восстановления численности диких животных, рационального использования биологических ресурсов (отлов рыб и др.), сохранения редких видов.

Структура популяции.

Популяции свойственна определенная организация (структура). Она формируется на основе общих биологических свойств вида, под влиянием популяций других видов и абиотичеких факторов среды.

Структура популяции имеет приспособительный характер. Разные популяции одного вида имеют отличительные особенности, характеризующие специфику экологических условий в местах их обитания.

Структура популяции мо­жет быть пространственной, возрастной, половой, генетической и экологической.

Прост­ранственная структура определяется размещением особей на популяционной территории. Все особи в популяции обладают индивидуальным и групповым пространством. Существуют определенные радиусы трофической (кормовой) и репродуктивной активности. В популяции идут два противоположных процесса - изоляции и агрегации. Факторы изоляции - конкуренция между особями за пищу при ее недостатке и прямой антагонизм. Это ведет к равномерному либо случайному распределению особей. Агрегация - объединение особей в группы - хотя и усиливает конкуренцию между ними, но способствует выживанию группы в целом благодаря взаимопомощи. Агрегация ведет к скученному распределению особей в популяции. Например, организмы многих видов предпочитают дер­жаться стаями (птицы) либо стадами (млекопитающие).

Возрастная структу­ра популяции определяется количеством и соотношением особей разных возрастов, отражает интенсивность размножения, уровень смертности, скорость смены поколений. В стабильной популяции разновозрастные группы находятся примерно в одинаковом соотношении, рождаемость равна смертности и численность популяции почти не меняется. Растущая популяция представлена в основном молодыми особями, здесь рождаемость превышает смертность. Если в популяции преобладают старческие особи, то ее численность уменьшается.

Половая структура - количество и соотношением самцов и самок популяции. Генетическое двухфакторное хромосомное определение пола обеспечивает равную численность полов. Но в ряде случаев соотношение полов определяется гормональными факторами, действующими после оплодотворения, а также экологическими. В результате соотношение полов в популяции колеблется по годам, отклоняясь от 1: 1.

Ге­нетическая структура определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми происходит постоянный обмен. Разнообразие генотипов зависит от размера популяции и внешних факторов, влияющих на ее структуру. В небольших изолированных и стабильных популяциях закономерно возрастает частота близкородственного скрещивания, что уменьшает генетическое разнообразие и увеличивает угрозу вымирания.

Экологическая структура - это подразделенность популяции на группы особей, по - разному взаимодействующие с факторами среды. Выявляются группировки по питанию (особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением), по ориентировочному поведению, по двигательной активности. Часто наблюдается распределение функций при охоте на добычу, при уходе за потомством. Для всех популяций характерна и фенологическая дифференциация (разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения: спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.д.).

Динамика популяции.

Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она приспосабливается к изменяющимся условиям окружающей среды. Изменения численности организмов во времени называют динамикой популяции. Представления о росте популяций необходимы для понимания их способностей к восстановлению численности, а также для уяснения некоторых свойств динамики.

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды. В таком случае скорость роста популяции будет зависеть только от величины биотического потенциала (б.п.), свойственного виду. Б. П. отражает теоретический максимум потомков от одной пары или особи за единицу времени. Б. П. выражают коэффициентом r и рассчитывают по следующей формуле:

где ΔN - прирост популяции;

Δt - отрезок времени, за который наблюдается прирост ΔN;

N 0 - начальная численность популяции.

В природе Б. П. популяции никогда не реализуется полностью. Обычно его величина складывается как разность между рождаемостью и смертностью в популяциях:

где: в - число родившихся,

d - число погибших особей в популяции за один и тот же период времени.

Рост популяции и кривые роста. Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция будет расти (если изменения в результате миграции незначительны). Чтобы понять закономерности роста популяций, полезно вначале рассмотреть модель, описывающую рост популяции бактерий после посева их на свежую культуральную среду. В этой новой и благоприятной среде условия для роста популяции оптимальны и наблюдается экспоненциальный рост (J-образный). Кривая такого роста называется экспоненциальной , или логарифмической (рис.1).

Рис.2. Логистическая кривая роста популяции (S - образная)

В конце концов, достигается такая точка, когда по нескольким причинам, в том числе из-за уменьшения пищевых ресурсов и накопления токсичных отходов метаболизма экспоненциальный рост становится невозможным. Он начинает замедляться так, что кривая роста приобретает сигмоидную (S-образную) форму и называется логистической (рис. 2).

Сигмоидная и J-образная кривые - это две модели роста популяции. При этом предполагается, что все организмы очень сходны между собой, имеют равную способность к размножению и равную вероятность погибнуть, так что скорость роста популяции в экспоненциальной фазе зависит только от ее численности и не ограничена условиями среды, которые остаются постоянными.

В природе после экспоненциальной фазы дальнейшее развитие популяции идет по логистической модели, при этом скорость роста популяции линейно снижается по мере роста численности вплоть до нуля при некотором значении К. Величину К называют биологической емкостью среды (степень способности природного или природно - антропогенного окружения обеспечивать нормальную жизнедеятельность определенному числу организмов без заметного нарушения самого окружения).

Кривую выживания можно получить, если начать с некоторой популяции новорожденных особей и затем отмечать число выживших в зависимости от времени. По вертикальной оси обычно откладывают или абсолютное число выживших особей или их процент от исходной популяции:

Каждому виду свойственна характерная кривая выживания, форма которой отчасти зависит от смертности неполовозрелых особей. Типичные примеры приведены на рис 3.

100

Рис.3. Три типа кривых выживания

Большинство животных и растений подвержено старению, которое проявляется в снижении жизненности с возрастом после периода зрелости. Как только начинается старение, вероятность наступления смерти в определенный промежуток времени возрастает. Непосредственные причины смерти могут быть разными, но в основе их лежит уменьшение сопротивляемости организма к действию неблагоприятных факторов (например, болезням). Кривая А на рис.2 очень близка к идеальной кривой выживания для популяции, в которой старение служит главным фактором, влияющим на смертность. Примером может быть популяция человека в современной развитой стране с высоким уровнем медицинского обслуживания и рациональным питанием, где большинство людей доживает до старости. Кривая, сходная с кривой А, свойственна также однолетним культурным растениям, когда на данном поле они стареют одновременно.

Кривая типа Б характерна для популяций организмов с высокой смертностью в ранний период жизни, например, для горных овец или для популяции человека в стране, где широко распространены голод и болезни. Плавная кривая типа В может быть получена, если смертность постоянна в течение всей жизни организмов (50% за определенную единицу времени). Это может быть тогда, когда главным фактором, определяющим смертность, становится случай, причем особи гибнут до начала заметного старения. Подобная кривая характерна для популяций некоторых животных (например, гидры), не подвергающихся особой опасности в раннем возрасте. Для большинства беспозвоночных и растений тоже характерна кривая такого типа, но высокая смертность среди молодых особей приводит к тому, что начальная часть кривой спускается еще более круто.

Существуют небольшие внутривидовые различия в кривых выживания. Они могут быть обусловлены разными причинами и нередко связаны с полом. У людей, например, женщины живут несколько дольше, чем мужчины, хотя точные причины этого неизвестны.

Вычерчивая кривые выживания для различных видов, можно определять смертность для особей разного возраста и, таким образом, выяснять, в каком возрасте данный вид наиболее уязвим. Установив причины смерти в этом возрасте, можно понять, как регулируется величина популяции.

Похожая информация.