Основные концепции экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные концепции экологии. Структура и функции экосистем. Основные понятия экологии

2. Организация на популяционном уровне

3. Популяции

Заключение

Список используемой литературы

Введение

экология экосистема популяция

Экология как часть биологического цикла -- наука о местообитании живых существ, их взаимоотношении с окружающей средой. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней вплоть до глобального, т.е. до биосферы в целом.

Предмет экологии разделяется тремя способами. Во-первых, выделяют аутэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных организмов и видов со средой, и синэкологию, которая изучает сообщество. Во-вторых, разделение идет по типам сред, или местообитаний: Отдельно рассматриваются экология пресных вод, моря, суши, океана, в третьих, экология разделяется на таксономические ветви -- экологию растений, экологию насекомых, экологию позвоночных и т.д. вплоть до экологии человека. Рассматриваются также различные области практического приложения экологии -- природные ресурсы, загрязнение среды и т.п.

Основные понятия экологии -- популяция, сообщество, местообитание, экологическая ниша, экосистема. Популяцией (от лат. populus -- народ) называется группа организмов, относящихся к одному виду и занимающая определенную область, называемую ареалом. Сообществом, или биоценозом, называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность условий, необходимых для существования популяций, носит название экологической ниши. Экологическая ниша определяет положение вида в цепях питания.

Термин «экосистема» был введен английским экологом А. Тэнсли в 1935 г. В 1944 г. В.Н. Сукачевым предложен термин «биогеоценоз», а В.И. Вернадский использовал понятие «биокосное тело». Главное значение этих понятий состоит в том, что они подчеркивают обязательное наличие взаимоотношений, взаимозависимости и причинно-следственных связей, иначе говоря, объединение компонентов в функциональное целое. В качестве примера экосистемы можно привести озеро, лес и т.н. Экосистемы очень различны. Всю биосферу можно рассматривать как совокупность экосистем: от голубого океана, в котором преобладают мелкие организмы и где велика плотность биомассы, до высокого леса с крупными деревьями, но где меньше общая плотность биомассы.

1. Основные концепции экологии. Структура и функции экосистем. Основные понятия экологии

В буквальном смысле слово «экология» означает науку о «доме» (от греч. «ойкос» -- жилище, местообитание). Термин «экология» предложил немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 г., но как наука экология возникла в начале нашего века, а в широкий обиход это слово вошло в 1960-х годах, когда стали говорить об экологическом кризисе как кризисе во взаимоотношениях человека со средой его обитания.

Экология как часть биологического цикла -- наука о местообитании живых существ, их взаимоотношении с окружающей средой. Экология изучает организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней вплоть до глобального, т.е. до биосферы в целом.

Предмет экологии разделяется тремя способами. Во-первых, выделяют аутэкологию, которая исследует взаимодействие отдельных организмов и видов со средой, и синэкологию, которая изучает сообщество. Во-вторых, разделение идет по типам сред, или местообитаний: Отдельно рассматриваются экология пресных вод, моря, суши, океана, в третьих, экология разделяется на таксономические ветви -- экологию растений, экологию насекомых, экологию позвоночных и т.д. вплоть до экологии человека. Рассматриваются также различные области практического приложения экологии -- природные ресурсы, загрязнение среды и т.п.

Основные понятия экологии -- популяция, сообщество, местообитание, экологическая ниша, экосистема. Популяцией (от лат. populus -- народ) называется группа организмов, относящихся к одному виду и занимающая определенную область, называемую ареалом. Сообществом, или биоценозом, называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность условий, необходимых для существования популяций, носит название экологической ниши. Экологическая ниша определяет положение вида в цепях питания.

Совокупность сообщества и среды носит название экологической системы, или биогеоценоза (различия между этими понятиями для нас пока несущественны). Ю. Одум дает такое определение: «Любое единство, включающее все организмы (т.е. «сообщество») на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (т.е. обмен веществами между биотической и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему» (Одум Ю. Основы экологии. М., 1975. С. 16).

Термин «экосистема» был введен английским экологом А. Тэнсли в 1935 г. В 1944 г. В.Н. Сукачевым предложен термин «биогеоценоз», а В.И. Вернадский использовал понятие «биокосное тело». Главное значение этих понятий состоит в том, что они подчеркивают обязательное наличие взаимоотношений, взаимозависимости и причинно-следственных связей, иначе говоря, объединение компонентов в функциональное целое. В качестве примера экосистемы можно привести озеро, лес и т.н. Экосистемы очень различны. Всю биосферу можно рассматривать как совокупность экосистем: от голубого океана, в котором преобладают мелкие организмы и где велика плотность биомассы, до высокого леса с крупными деревьями, но где меньше общая плотность биомассы.

Выделяют два подхода к изучению экологической системы: аналитический, изучающий отдельные части системы, и синтетический, вначале изучающий всю систему в целом. Оба подхода дополняют друг друга. В зависимости от характера питания в экосистеме строится пирамида питания, состоящая из нескольких трофических (от греч. «трофе» -- питание) уровней. Низший занимают автотрофные (буквально: самостоятельно питающиеся) организмы, для которых характерны фиксация световой энергии и использование простых неорганических соединений для построения сложных органических веществ. К этому уровню относятся прежде всего растения. На более высоком уровне располагаются гетеротрофные (буквально: питающиеся другими) организмы, использующие в пищу биомассу растений, для которых характерны утилизация, перестройка и разложение сложных веществ. Затем идут гетеротрофы второго порядка, питающиеся гетеротрофа-ми первого порядка, т.е. животными. Экологическая пирамида, или пирамида питания, хорошо запоминается со школьных уроков биологии. В целом в составе экосистемы выделяют три неживых и три живых компонента: 1) неорганические вещества (азот, углекислый газ, вода и др,), включающиеся в природные кругообороты; 2) органические соединения (белки, углеводы и т.д.); 3) климатический режим (температура, свет, влажность и другие физические факторы); 4) продуценты (автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые создают пищу из простых неорганических веществ); 5) макроконсументы гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые Поедают другие организмы; 6) микроконсументы, или редуценты, -- гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые «разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами, а также органические вещества, способные служить источниками энергии, ингибиторами или стимуляторами для других биотических компонентов экосистемы».

Взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов -- Один из самых общих признаков экосистемы, хотя часто эти организмы разделены в пространстве, располагаясь в виде ярусов: автотрофный метаболизм наиболее интенсивно протекает в верхнем ярусе --юном поясе», где наиболее доступна световая энергия, а гетеротрофный метаболизм преобладает внизу, в почвах и отложениях, - «коричневом поясе», в котором накапливается органическое вещество.

Пирамида питания определяет круговорот веществ в биосфере, который выглядит следующим образом:

Растения ------------------> первичные потребители

Ў

Бактерии и грибы------------------> вторичные потребители

Экология показала, что живой мир -- не простая совокупность существ, а единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимодействий. Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи со средой, т.е. с другими организмами. Интенсивность метаболизма в экосистеме и его относительна я стабильность определяются в значительной мере потоком солнечной энергии и веществ. Ценозом, называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность условий, необходимых для существования популяций, носит название экологической ниши. Экологическая ниша определяет положение вида в цепях питания.

Отдельные организмы не только приспособлены к физической среде, но и своим совместным действием в рамках экосистемы приспосабливают геохимическую среду к своим биологическим потребностям. Из простых веществ, содержащихся в море, в результате деятельности животных (кораллов и др.) и растений построены целые острова (аналогичные городам, созданным человеком). Состав атмосферы также регулируется организмами.

В создании кислорода атмосферы и органических веществ главную роль играет фотосинтез, который протекает по такой схеме:

Углекислый газ + вода + солнечная энергия (в присутствии ферментов, связанных с хлорофиллом) = глюкоза + кислород

Этот процесс преобразования части солнечной энергии в органическое вещество путем фотосинтеза называют «работой зеленых растений». Таким образом производятся не только углеводы (глюкоза), но и аминокислоты, белки и другие жизненно важные соединения.

Эволюцию форм жизни обеспечило то, что в течение большей части геологического времени часть продуцируемого органического вещества не разлагалась и преобладание органического синтеза вело к увеличению концентрации кислорода в атмосфере. Около 300 млн лет тому назад отмечался особенно большой избыток органической продукции, что способствовало образованию ископаемых горючих веществ, за счет которых человек совершил промышленную революцию.

Три функции сообщества в целом -- продукция, потребление и разложение -- тесно связаны друг с другом. Хотя мы свысока считаем микроорганизмы «примитивными» существами, человек не может существовать без микробов. «Разложение, следовательно, происходит благодаря энергетическим превращениям в организме и между ними. Этот процесс абсолютно необходим для жизни, так как без него все питательные вещества оказались бы связанными в мертвых телах и никакая новая жизнь не могла бы возникать... Однако гетеротрофное население биосферы состоит из большого числа видов, которые, действуя совместно, производят полное разложение» (Одум Ю. Основы экологии. С. 41). Наиболее устойчивым продуктом разложения является гумус, необходимый почве для роста растений.

Сбалансированность продуцирования и разложения -- основное условие существования всего живого в биосфере. Отставание утилизации вещества, произведенного автотрофами, не только обеспечивает построение биологических структур, но и обусловливает существование кислородной атмосферы. «В настоящее время человек (разумеется, неосознанно) начинает ускорять процессы разложения в биосфере, сжигая органическое вещество, запасенное в виде ископаемых горючих веществ (угля, нефти, газа) и интенсифицируя сельскохозяйственную деятельность, которая повышает скорость разложения гумуса». В результате увеличивается содержание углекислого газа в атмосфере, который, подобно стеклу, поглотает инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью, создавая так называемый парниковый эффект. Люди оказываются как бы в гигантском парнике со всеми вытекающими отсюда последствиями для глобального климата.

«Среднеглобальная температура атмосферы у поверхности Земли около 15° С. За последний 1 миллион лет она изменялась в пределах 5° С похолодания и 2° С потепления. При изменении среднеглобальной температуры на 10° С, т.е. в 1,5 раза от современного уровня, скорее всего будет полностью нарушено действие принципа Ле Шателье -- Брауна (об этом принципе см. ниже. -- А.Г.) -- биота как бы сама себя «съест», так процессы обмена веществ, усиливаясь, приведут не к сопротивлению изменениям в окружающей биоту среде, а к быстрой самодеструкции биосферы». Потенциальные опасности данного процесса -- предположительное таяние полярных льдов и установление тропического климата на всей Земле.

Все это свидетельствует о том, как важно учитывать тонкие механизмы работы биосферы -- машины, которую надо знать и по крайней мере не мешать ее работе.

Экосистемы, подобно организмам и популяциям, способны к саморегулированию, противостоя изменениям и сохраняя состояние равновесия. Но для того, чтобы эти механизмы нормально функционировали, необходим период эволюционного приспособления к условиям среды, который называется адаптацией. Адаптация организма может быть структурной, физиологической и поведенческой. К структурной относится изменение окраски, строения тела и т.д. К физиологической относится, скажем, появление слуховой камеры у летучей мыши, позволяющей иметь идеальный слух. Пример поведенческой адаптации демонстрирует мотылек с полосатыми крыльями, садящийся на полосатые листья лилий так, чтобы его полоски были параллельны полоскам на листьях. Аналогичные механизмы адаптации существуют и на уровне экосистем в целом. Они не должны нарушаться человеком, иначе ему придется или самому конструировать их искусственные заменили на что он пока не способен, или его ждет экологическая катастрофа, т.к. он не может существовать ни в какой среде, кроме биосферы.

2. Организация на популяционном уровне

Организация на популяционном уровне связана в основном с регулированием численности и плотности популяций. Плотность популяции -- это величина, определяемая числом особей или биомассой по отношению к единице пространства. Существуют верхние и нижние пределы для размеров популяции. Способность популяции к увеличению характеризуется рождаемостью. Различают максимальную рождаемость (иногда ее называют абсолютной, или физиологической) -теоретически возможное количество особей в идеальных условиях когда размножение ограничивается только физиологическими факто рами (для данной популяции это величина постоянная), и экологическую, или реализуемую, рождаемость.

По отношению к популяции выделяют три возраста -- репродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Существует константа стабильного распределения по возрастам. Для мелких организмов характерен короткий жизненный цикл, для крупных -- более длинный. Имеет место компенсаторный механизм, когда высокое выживание обусловливает высокую вероятность снижения выживания в последующие годы.

Организацию на популяционном уровне нельзя понять без рассмотрения экосистемы в целом и наоборот. Распределение особей в популяции может быть случайным (когда среда однородна, а организмы не стремятся объединяться в группы), равномерным (когда между особями сильна конкуренция, способствующая равномерному распределению в пространстве) и групповым (в виде скоплений, что встречается чаще всего).

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 или случайному распределению особей. Конкуренцией называют взаимодействие двух организмов, стремящихся к одному и тому же (пище, пространству и т.п.). Межвидовая конкуренция является важным фактором развития экосистем как целостностей более высокого ранга.

Два последствия агрегации: увеличение внутривидовой конкуренции и увеличение взаимопомощи, способствующей выживанию группы в целом. «У особей, объединенных в группу, по сравнению с одиночными особями нередко наблюдается снижение смертности в неблагоприятные периоды или при нападении других организмов, поскольку в группе поверхность их соприкосновения со средой по отношению к массе меньше и поскольку группа способна изменять микроклимат или микросреду в благоприятном для себя направлении». Объединение в группу на выживание, оказывающее положительное влияние, лучше всего выражено у животных. Одум обнаружил, что рыбы в группе могут выдерживать большую дозу яда, введенного в воду, чем изолированные особи. В человеческом обществе влияние социализации еще сильнее.

Индивидуальный или семейный участок, который активно защищается, называют территорией. В наибольшей степени территориальность выражена у позвоночных. Для защиты территории требуется инстинкт агрессии, который К. Лоренц называет основным у животных. Размеры участка варьируют от сантиметров до многих квадратных километров, как у пумы. Особи разного возраста могут вести себя по-разному. У взрослых более выражена территориальность, а молодежь склонна объединяться в группы.

Периодический уход и возвращение на данную территорию называют миграцией, а место, где живет организм, -- его местообитанием, экологический термин «ниша» аналогичен генетическому термину "фенотип». В понятие «экологическая ниша» включают не только физическое пространство, но и функциональную роль организмов в coобществе (например, его трофический статус) и его зависимость от внешних факторов -- температуры, влажности, почвы и других условий существования. Местообитание -- это «адрес» организма, экологическая ниша -- его «профессия».

Основной таксономической единицей в биологии является вид -- это естественная биологическая единица, всех членов которой связывает участие в общем генофонде. В природе существуют дивергенция -- усиление различий между близкородственными видами и они живут в одних географических областях) и конвергенция -- уменьшение различий под действием эволюционного процесса. Дивергенция усилила сдвиг ниш, уменьшая таким образом конкуренцию и способен созданию большего видового разнообразия в сообществе. Фактом видообразования является разделение экологических ниш не только в пространстве, но и в одном месте. К этому ведет экологический отбор. Сам человек становится фактором отбора. Так, к примеру, замечен «индустриальный меланизм»: преобладание темной окраски у некоторых бабочек зафиксировано в промышленных районах Англии. Вероятно, это вызвано с тем, что хищные птицы выборочно уничтожаю и особей, не имеющих покровительственной окраски. Искусственны и отбор, осуществляемый человеком, влияет на него самого. Возможно, возникновение древнейших цивилизаций связано с одомашниванием животных и растений не только потому, что они служили средством пропитания, но и предметом общения.

Факторы, сдерживающие рост численности популяции, располагаются последовательно: хищники, паразиты, инфекции, внутривидовая конкуренция. Если это травоядные животные, то вместо хищников на первом этапе действует количество потребляемой пищи. Что касается человека, вопрос о том, влияют ли естественные механизмы снижения численности его популяции при ее увеличении, пока остается открытым. Можно предположить, что природа отвечает на доминирование человеческой популяции новыми вирусами, приводящими к новым заболеваниям и устойчивыми к применяемым сознательно или нет ядам. Само общество хочет вернуться к регулированию численности как бессознательно, так и осознанно (так называемое «планирование семьи») Каков будет общий результат, покажет будущее.

3. Популяции

Природные экосистемы представлены, как правило многовидовыми сообществами организмов, популяции они образуют как бы две иерархии: генетико-систематическую (вид, род, семейство, отряд и так далее вплоть до царств) и системно-функциональную (особь, группа, популяция, сообщество, экосистема, биосфера).

Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенными организованными совокупностями -- популяциями. Популяция (от лат. populus -- население) -- это совокупность особей одного биологического вида, длительное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида.

В состав одного вида организмов могут входить несколько, иногда много популяций. Если представителей разных популяций одного вида поместить в одинаковые условия, они сохранят свои различия. Однако принадлежность к одному виду обеспечивает возможность получения плодовитого потомства от представителей разных популяций. Популяция -- элементарная форма существования и эволюции вида в природе.

Популяции могут быть монолитными или состоять из группировок субпопуляционного уровня -- семей, кланов, стад, стай и т.п. Объединение организмов одного вида в популяцию выявляет их качественно новые, эмергентные свойства. Решающее значение приобретают численность и пространственное размещение организмов, половой и возрастной состав, характер взаимоотношений между особями, размежевание или контакты с другими популяциями этого вида и т.д. По сравнению с временем жизни отдельного организма популяция может существовать очень долго.

Вместе с тем популяция обладает и чертами сходства с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации, свое коллективное материально-энергетическое хозяйство. Исторически в силу серьезных различий, влияющих на их структуру и динамику, сложились разные подходы к изучению популяций растений и животных: растения представлены прикрепленными формами, состоят из слабо скоррелированных частей (на одном дереве может быть несколько популяций побегов), способны не только к половому, но и к вегетативному размножению.

Изучение популяций является важным разделом современной биологии на стыке экологии и генетики. Практическое значение популяционной биологии заключается в том, что популяции являются реальными единицами биомониторинга, эксплуатации и охраны природных экосистем. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в природной среде или под хозяйственным контролем, опосредуется, как правило, через популяции. Это могут быть штаммы болезнетворных или полезных микробов, сорта возделываемых растений, породы разводимых животных, популяции промысловых рыб и т.п. Не менее важно и то, что многие закономерности популяционной экологии относятся к популяциям человека. Различают половую, возрастную, генетическую, структура пространственную и экологическую структуру популяций. Половая структура популяции -- соотношение в ней особей разного пола. Существенное значение она имеет для тех форм, у которых четко выражена полная бисексуальность -- преимущественно для членистоногих и позвоночных животных. У большинства из них соотношение полов определяется различием хромосомных наборов мужских и женских особей. Такое двухфакторное хромосомное определение пола обеспечивает равную численность полов (первичное соотношение полов). Но у некоторых грибов и животных наблюдается не двухфакторное, а трех- и более факторное генетическое определение пола. Это приводит к более сложной половой структуре популяций и заметному отклонению в соотношении полов -- у животных чаще в сторону преобладания женских особей. Крайним проявлением такого отклонения являются партеногенетические, т.е. состоящие из одних самок популяции у ряда членистоногих. Половую структуру популяции трудно оценить при различных проявлениях гермафродитизма у растений (одноцветковые и однодомные самоопылители) и некоторых беспозвоночных животных.

В ряде случаев соотношение полов определяется не генетическими, а физиологическими, гормональными факторами и условиями среды, действующими во время и после оплодотворения (вторичное соотношение полов). Например, у многих рептилий, а также у муравьев и термитов формирование пола существенно зависит от температуры эмбрионального развития. Наконец, известны примеры, когда изменение экологических условий по-разному влияет на смертность самцов и самок. Это приводит к колебаниям их соотношения от года к году и к тому, что в разных популяциях одного вида (например, у некоторых полевок) соотношение самцов и самок может оказаться различным (третичное соотношение полов).

Возрастная структура популяции -- соотношение в составе популяции особей разного возраста, представляющих один или разные приплоды одного или нескольких поколений. Поколение может состоять из особей одного приплода и из особей разных приплодов (например, у мелких млекопитающих). Но и приплод может состоять из особей разных поколений: упавший с 1000-летнего дуба желудь прорастет, и через 20 лет пыльца молодого дубка может опылить цветы родительского дерева, которое на 50 поколений старше. Возрастная структура популяции отражает интенсивность размножения, уровень смертности, скорость смены поколений. Она может быть отображена с помощью возрастных пирамид, в которых длиной полосок обозначена процентная доля особей юного возрастного ранга в общей численности.

Быстро растущие популяции имеют пирамиды с широким основанием и резко сужающиеся к вершине (к большим возрастам). Пирамиды стабильных популяций сужаются более равномерно, замедленно. Пирамиды сокращающихся популяций имени суженное основание.

У видов, развитие которых проходит с метаморфозом, разные возрастные группы могут резко различаться по особенностям биологии и даже обитать в разной среде (например, стрекозы и амфибии).

Генетическая структура популяции определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов -- аллелей, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми происходит постоянный обмен аллелями. Для каждой популяции характерен также определенный уровень фенотипического полиморфизма, т.е. разнообразия признаков организма, находящихся под совместным контролем генов и экологических факторов. Один и тот же генотип в разных условиях способен привести к появлению различающихся фенотипов. Чем генетически более разнородна популяция, тем выше ее экологическая пластичность, адаптивность. 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.

Пространственная структура популяции -- это характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок на популяционной территории (ареале). В популяции реализуется принцип территориальности: все особи и их группы обладают индивидуальным и групповым пространством, возникающим в результате активного физико-химического или поведенческого разобщения. Оно часто сочетается с агрегацией, группировкой особей, которое усиливает конкуренцию между индивидами, но способствует выживанию группы в целом. Так образуются стаи, стада, колонии и другие объединения особей, благодаря чему достигаются различные защитные эффекты. Различают скученное, случайное и равномерное распределение особей в популяциях.

Пространственная структура популяции делятся на два типа территориальности: а) частично совмещенные кормовые и репродуктивные территории: не защищаемые охотничьи участки с одним защищенным местом на каждом участке; 6) четко разграниченные территории: защищаемые участки гнездования птиц

Для разных организмов существуют определенные индивидуальные площади и радиусы трофической, кормовой активности и радиусы репродуктивной активности -- среднее расстояние между местом образования (рождения) и местом размножения. Соответственно различается протяженность маршрутов, подвижность и затраты энергии при пищевом поведении и внутри-популяционных контактах. У многих животных наблюдается целесообразное «хозяйственное освоение» индивидуальных и групповых территорий в пределах популяционного ареала.

Экологическая структура популяции -- это подразделенность всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды. Легко выявляются группировки по питанию, так как особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением. Разные члены популяции отличаются друг от друга по ориентировочному поведению и по двигательной активности; у многих животных хорошо выражены различия реакций избегания опасности или оптимизационного поиска. Часто наблюдается распределение функций («разделение труда») при охоте на добычу, при уходе за потомством и т.п. Наличие мигрирующих и немигрирующих групп особей накладывает отпечаток на ряд физиологических особенностей питайся, полового поведения, групповой активности. Для всех популяций характерна, по-видимому, и фенологическая дифференциация: разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения (диапауза, спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.п.); наличие сезонных рас у насекомых, растений, проходных рыб.

Точная численность природных популяций может быть установлена только в случаях хорошей изоляции. Лучше всего в этом отношении изучены островные популяции ряда видов животных. В разных популяциях растений и животных может быть и несколько десятков, и миллионы особей; они могут занимать территории и в несколько квадратных метров, и во многие тысячи квадратных километров. Размер популяционной территории связан с радиусом репродуктивной активности.

Если не принимать во внимание возможную миграцию, то численность популяции определяется соотношением рождаемости и смертности, на которые оказывают влияние внешние и внутренние популяционные факторы. Общая рождаемость -- это число новых особей Nn , добавляющихся за время At. Так как оно зависит от числа уже имеющихся особей, лучше использовать удельную рождаемость -- b = AN J AtN, где N -- исходная численность популяции. Максимально возможная рождаемость реализуется только при отсутствии каких бы то ни было ограничений.

Потенциальная способность к размножению у многих организмов огромна. Вспомним закон максимального давления жизни. У простейших в благоприятных условиях промежуток между последовательными делениями может сокращаться до нескольких минут. Гриб склеропора, паразитирующий на кукурузе, порождает до 6 млрд спор на одно растение в день. Однолетний мак производит до миллиона семян. Среди насекомых рекордсмен -- матка термитов: она кладет по одному яйцу в секунду на протяжении всей жизни (у некоторых видов -- до 12 лет). У рыб треска откладывает до 4 млн икринок в год, сельдь на протяжении жизни -- от 8 до 75 млрд. У млекопитающих в одном помете от 1 (киты, Слоны, приматы) до 20 особей у серой крысы.

Высокая плодовитость компенсируется гибелью подавляющего большинства гамет и зачатков, а также родившихся особей из- за факторов сопротивления среды: недостатка пищи, действия неблагоприятных абиотических факторов, конкуренции, отклонений в развитии, болезней, паразитов, хищников, нехватки пространства, убежищ и т.п. Следует подчеркнуть исключительно большое биологическое значение смерти в естественных условиях.

Общая смертность -- это число особей, погибающих в единицу времени (ANm); удельная смертность

т = ANm/ AtN

Минимальная смертность возможна только в идеальных условиях как результат физиологической старости. Сопротивление среды попытает ее до реальной (экологической) смертности.

Изменения численности популяции в какой-то период определяются разностью относительных величин рождаемости и смертности. Ее называют биотическим, или репродуктивным потенциалом:

r = b-т = (ANn - ANm)/ AtN = AN/ AtN.

При полном отсутствии сопротивления среды наблюдается экспоненциальный рост популяции, так как прирост числа особей aN/N пропорционален уже имеющемуся их числу N. Это можно выразить дифференциальным уравнением или иначе: Nt= N0ert, где Nо -- исходное число особей.

В популяции микроорганизмов, которая каждые два дня увеличивается в 10 раз, r = 1,15/сут. Для амбарного долгоносика, полевой мыши и человека г составляют соответственно 39,6; 4,5 и 0,02 в год; это означает удвоение популяции соответственно через 1 неделю, 8 недель и 35 лет. Между репродуктивным потенциалом и временем генерации у разных организмов существует/четко выраженная обратная зависимость.

В природных условиях рост популяции рано или поздно прекращается из-за сопротивления среды, которое тем больше, чем больше численность популяции. Поэтому реальная кривая роста принимает сигмовидную форму, подчиняясь логистической зависимости:

После начальной логарифмической фазы она асимптотически приближается к уровню максимальной численности и плотности насыщения, когда смертность равна рождаемости (b = т). К представляет собой в данном случае емкость среды. Максимальная скорость прироста популяции в этих условиях отвечает значению N = К/2.

Размер, популяции поддерживается вблизи к различными способами. У видов, живущих в ненадежных местообитаниях с высоким сопротивлением среды (большими потерями от врагов, болезней, случайных колебаний климатических условий) или у паразитов (малые шансы найти хозяина), репродуктивный потенциал должен быть очень большим. Это так называемые r-стратеги -- протисты, грибы, низшие растения, паразитические черви, многие рыбы. Напротив, виды, живущие в стабильных местообитаниях с малым сопротивлением среды, или виды с развитой заботой о потомстве, образующие семьи или стада, обходятся малым репродукционным потенциалом. Это -- К-стратеги; к ним относятся орлы, киты, крупные копытные, гоминиды.

Заключение

Природные экосистемы представлены, как правило многовидовыми сообществами организмов, популяции они образуют как бы две иерархии: генетико-систематическую (вид, род, семейство, отряд и так далее вплоть до царств) и системно-функциональную (особь, группа, популяция, сообщество, экосистема, биосфера).

Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определенными организованными совокупностями -- популяциями. Популяция (от лат. populus -- население) -- это совокупность особей одного биологического вида, длительное время населяющих определенное пространство, имеющих общий генофонд, возможность свободно скрещиваться и в той или иной степени изолированных от других популяций этого вида.

Изучение популяций является важным разделом современной биологии на стыке экологии и генетики. Практическое значение популяционной биологии заключается в том, что популяции являются реальными единицами биомониторинга, эксплуатации и охраны природных экосистем. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в природной среде или под хозяйственным контролем, опосредуется, как правило, через популяции. Это могут быть штаммы болезнетворных или полезных микробов, сорта возделываемых растений, породы разводимых животных, популяции промысловых рыб и т.п. Не менее важно и то, что многие закономерности популяционной экологии относятся к популяциям человека.

Различают половую, возрастную, генетическую, структура пространственную и экологическую структуру популяций. Половая структура популяции -- соотношение в ней особей разного пола. Существенное значение она имеет для тех форм, у которых четко выражена полная бисексуальность -- преимущественно для членистоногих и позвоночных животных. У большинства из них соотношение полов определяется различием хромосомных наборов мужских и женских особей.

Список используемой литературы

1.Т.А.акимова - ( Текст) - Экология учебник для вузов - М : Юнити Дана, 2001 год. Стр.95-105.

2.А.А.Горелов - ( Текст) -- Экология учебное пособие - М : Юрайт - М , 2001 г. Стр. 7-22.

Размещено на Allbest.ru