Структура і властивості популяцій

Показники структури популяцій. Як перша надорганизменная біологічна система, популяція володіє певною структурою і властивостями. Структуру популяції відображають такі її показники, як чисельність і розподіл особин у просторі, співвідношення груп за статтю та віком, їх морфологічні, поведінкові й інші особливості.

Чисельність - загальна кількість особин в популяції. Ця величина характеризується широким діапазоном мінливості, однак вона не може бути нижче за деякі меж. Скорочення чисельності в порівнянні з цими межами може призвести до вимирання популяції. Вважають ", що якщо чисельність популяції менше кількох сотень особин, то будь-які випадкові причини (пожежа, повінь, посуха, рясні снігопади, сильні морози і т. д.) можуть скоротити її настільки, що залишилися особини не зможуть зустрічатися і залишити потомство. Народжуваність перестане покривати природне зменшення, і що залишилися особини протягом порівняно короткого часу вимруть.

Щільність - кількість особин на одиницю площі або обсягу. При збільшенні чисельності щільність популяції, як правило, зростає; вона залишається колишньою лише у випадку її розселення та розширення ареалу. У деяких тварин щільність популяції регулюється складними поведінковими і фізіологічними механізмами.

Просторова структура популяції характеризується особливостями розміщення особин на займаній території. Вона визначається властивостями місцепроживання і біологічними особливостями виду. Поряд з випадковим і рівномірним розподілом в природі найбільш часто зустрічається групове розподіл. Група тварин, докладаючи спільних зусиль, може легше захищатися від хижаків, шукати і добувати корм. Життя в сім'ях, стадах, колоніях, гаремах призводить також до групового розподілу особин. Просторова структура може змінюватися в часі, вона залежить від сезону року, від чисельності популяції, вікової та статевої структури і т. д.

Статева структура відображає певне співвідношення чоловічих і жіночих особин в популяції. Генетичний механізм визначення статі забезпечує розщеплення потомства по підлозі в співвідношенні 1: 1. У силу різної життєздатності чоловічих і жіночих особин це первинне співвідношення статей при заплідненні часто помітно відрізняється від вторинного (при народженні - у ссавців) і тим більше від третинного, характерного для статевозрілих особин. Наприклад, в популяціях людини вторинне співвідношення статей становить 100 девочек/106 хлопчиків; до 16-18 років це співвідношення вирівнюється і стає рівним 1:1, до 50 років-100 женщін/85 чоловіків, а до 80 років співвідношення за статтю стає 2: 1 (100 жінок / 50 чоловіків).

Зміна статевої структури популяції відбивається на її ролі в екосистемі, так як самці і самки багатьох видів відрізняються один від одного за характером харчування, ритму життя, поведінки та ін Так, самки деяких видів комарів, кліщів і комах є кровоссальними, в той час як самці живляться соком рослин або нектаром. Переважання частки самок над самцями забезпечує більш інтенсивний ріст популяції.

Вікова структура відображає співвідношення різних вікових груп у популяціях, залежне від тривалості життя, часу настання статевої зрілості, числа нащадків в посліді, кількості потомств за сезон і ін Якщо будь-яка вікова група скорочується або збільшується, це позначається на загальній чисельності популяції. Наприклад, масове винищування великих статевозрілих особин в результаті промислу призводить до різкого зниження чисельності популяції внаслідок слабкого поповнення її молодими особами. Тому присутність в популяції великої кількості особин молодших вікових груп свідчить про її благополуччя. Якщо ж у популяції переважають старі особини, можна з усією визначеністю сказати, що дана популяція завершує своє існування.

Екологічна структура свідчить про ставлення різних груп організмів до умов навколишнього середовища. Наприклад, особини однієї популяції рослин розрізняються рядом ознак: за розмірами, кількістю пагонів, квіток, плодів, насіння і т. п. Крім того, різні особини цієї ж популяції зацвітають неодночасно, що сприяє більш повному їх запиленню (при одночасному і короткочасному цвітінні комахи можуть не встигнути обпилити всі квітки). У такій популяції менший ризик залишитися без насіння, наприклад у випадку короткочасних заморозків (замерзне лише частина квіток).

Динаміка популяцій. Теоретично будь-яка популяція здатна до необмеженого росту чисельності, якщо її не лімітують фактори зовнішнього середовища (обмеженість ресурсів, хвороби, хижаки і т. п.). У такому гіпотетичному випадку швидкість зростання популяції буде залежати тільки від величини біотичного потенціалу, властивого кожному конкретному виду. Біотичний потенціал відображає теоретично можливе число нащадків від однієї пари (або однієї особини) за певний проміжок часу, наприклад за весь життєвий цикл або за рік.

У різних видів величина біотичного потенціалу різко відрізняється. Наприклад, у великих ссавців навіть за найсприятливіших умов чисельність може зростати лише в 1,05-1,1 рази за рік. У багатьох комах і ракоподібних (попелиці, дафнії) чисельність за рік збільшується в 10 10 -10 30 разів, а в бактерій ще більше. Однак у цих випадках в ідеальних умовах чисельність будь-якій популяції за певний час буде рости в геометричній прогресії (рис. 14.2). Зростання чисельності з постійною швидкістю називається ростом. Крива, що відображає на графіку подібне зростання популяції, швидко збільшує крутизну і прямує до нескінченності.

Модифікуючі і регулюючі фактори

Виділяється динаміка популяцій незалежна від щільності (чисельності) її особин (Експоненціальна крива росту) і залежна від щільності (логістична крива). Відповідно розрізняються і механізми (фактори), що впливають на щільність (чисельність) особин. При незалежному від щільності типі зміни чисельності обумовлюються в основному абіотичних модифікуючими факторами (погодні явища, наявність їжі, різного роду катастрофи), здатними забезпечувати умови як для необмеженого (нехай короткочасного) зростання популяцій, так і для зниження їх чисельності до нульової. Залежна від щільності динаміка популяцій забезпечується біотичними регулюючими факторами, що працюють за принципом зворотного негативного зв'язку: чим значніше чисельність, тим сильніше робота механізмів щодо її зниження, і навпаки - при низькій чисельності сила цих механізмів слабшає і створюються умови для більш повної реалізації біотичного потенціалу. Фактори такого типу лежать в основі популяційного гомеостазу, що забезпечує підтримку чисельності в певних межах значень.

До числа регулюючих факторів відноситься, зокрема, взаємовідношення організмів типу «хижак - жертва». (висока чисельність жертви харчові створює умови для розмноження хижака. Останній, збільшивши чисельність, знижує кількість жертви. У результаті чисельність обох видів синхронно коливається). Регулюючі чинники, на відміну від модифікуючих, ніколи не доводять чисельність популяцій до нульових значень внаслідок того, що сила їх дії зменшується в міру зменшення чисельності популяцій.

Дія регулюючих факторів можна розглядати на рівні міжвидових і внутрішньовидових (внутріпопуляціонних) взаємовідносин організмів. До міжвидові механізмів гомеостазу відносяться взаємини типу «хижак - жертва», «Паразит - господар» (висока чисельність створює умови для збільшення кількості паразитів і паразитарних захворювань в результаті скупченість і ослаблення організмів). До міжвидові механізмам належить також конкуренція, гострота якої знаходиться в прямій залежності від чисельності організмів.