Чем вызвано ослабление сопротивления среды
Биотический потенциал и сопротивление среды
Сохранение или рост численности зависит не только от скорости размножения (число новорожденных, отложенных яиц, произведённых семян или спор в единицу времени). Не менее важно и пополнение взрослого состава популяции за счёт потомства. Высокая скорость размножения при низких темпах пополнения не может существенно увеличить её численность.
И напротив, размер популяции может расти за счёт увеличения темпов пополнения при малой скорости размножения. Это относится к людям (рождаемость низкая, но детская смертность низкая, поэтому практически все дети доживают до взрослого возраста).
Другим важным фактором, ведущим к росту популяции, относится способность животных мигрировать, а семян рассеиваться на новых территориях, приспосабливаться к новым местам обитания и заселять их, наличие защищённых механизмов и устойчивость к неблагоприятным условиям среды и болезням.
увеличению численности вида.
Следовательно: рост, снижение и постоянство популяции зависит от соотношения между биотическим потенциалом и сопротивлением среды.
 |
Принцип изменения популяции: это результат нарушения равновесия между биотическим
потенциалом и сопротивлением
окружающей её среды.
Воздействие человека на природу часто приводит к вымиранию популяции, т.к. не зависит от плотности популяции. Разрушение экосистем, загрязнение окружающей среды одинаково влияют на популяции как с низкой, так и высокой плотностью.
Кроме этого, биотический потенциал зависит от критической
численности популяции. Если численность популяции (оленей, птиц или рыб) падает ниже этой величины, гарантирующей воспроизводство, биотический потенциал стремится к нулю и вымирание неизбежно.
Существование может быть поставлено под угрозу, даже когда множество представителей вида живы, но живут в домашних условиях, т.е. изолированы друг от друга (попугаи).
СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ
Смотреть что такое «СОПРОТИВЛЕНИЕ СРЕДЫ» в других словарях:
Сопротивление среды — (мех.) окружающей движущееся тело, представляет собой совокупность сил, противодействующих движению тела и образуемых ударами частиц среды и трением их о поверхность тела. Полной и точной теории С. среды мы не имеем; немногие теоретические выводы … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
удельное волновое сопротивление среды — волновое сопротивление среды Отношение амплитуды звукового давления к амплитуде колебательной скорости в бегущей волне. Для сред с малыми потерями обычно выражается как произведение плотности среды на скорость упругой волны в ней: z=ρс. Для… … Справочник технического переводчика
характеристическое полное сопротивление среды — būdingoji pilnutinė terpės varža statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dydis, išreiškiamas terpėje sklindančios skersinės elektromagnetinės bangos elektrinių ir magnetinių stiprių dalmeniu. atitikmenys: angl. characteristic… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
характеристическое полное сопротивление среды — būdingoji pilnutinė terpės varža statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. characteristic impedance of a medium vok. Wellenimpedanz eines Mediums, m rus. характеристическое полное сопротивление среды, n pranc. impédance caractéristique du… … Fizikos terminų žodynas
волновое сопротивление среды — Отношение комплексной амплитуды напряженности электрического поля к комплексной амплитуде напряженности магнитного поля плоской бегущей синусоидальной электромагнитной волны, распространяющейся в данной среде. [ГОСТ Р 52002 2003] [ОАО РАО… … Справочник технического переводчика
характеристическое сопротивление среды — Отношение напряженности электрического поля к напряженности магнитного поля поперечной электромагнитной волны в данной среде. [ГОСТ 24375 80] Тематики телевидение, радиовещание, видео Обобщающие термины термины и определения общетехнических… … Справочник технического переводчика
волновое сопротивление среды — 259 волновое сопротивление среды Отношение комплексной амплитуды напряженности электрического поля к комплексной амплитуде напряженности магнитного поля плоской бегущей синусоидальной электромагнитной волны, распространяющейся в данной среде… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Характеристическое сопротивление среды — 24. Характеристическое сопротивление среды Отношение напряженности электрического поля к напряженности магнитного поля поперечной электромагнитной волны в данной среде Источник: ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Волновое сопротивление среды — 1. Отношение комплексной амплитуды напряженности электрического поля к комплексной амплитуде напряженности магнитного поля плоской бегущей синусоидальной электромагнитной волны, распространяющейся в данной среде Употребляется в документе: ГОСТ Р… … Телекоммуникационный словарь
Характеристическое сопротивление среды — 1. Отношение напряженности электрического поля к напряженности магнитного поля поперечной электромагнитной волны в данной среде Употребляется в документе: Приложение № 1 к ГОСТ 24375 80 … Телекоммуникационный словарь
Биотический потенциал и сопротивление среды
Каждый вид (растений, животных и микроорганизмов) в составе экосистемы представлен популяцией. Популяция – это часть вида, особи которого скрещиваются, друг с другом передают наследственную информацию и таким образом размножаются. Популяция – одно из звеньев иерархии: царство, род вид, популяция, организм.
Изменение численности любой популяции приводит к изменению экосистемы. Следовательно, стабильность экосистем – это стабильность популяции или равновесие между смертностью и рождаемостью каждого вида экосистемы.
Состояние равновесия определяется соотношением между биотическим потенциалом, который действует в сторону увеличения численности, и сопротивлением среды, которое препятствует этому (Рис 2.16).
Биотическим потенциалом называют совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяции. Количественно он характеризуется теоретически возможным числом потомков от одной пары особей.
Термин «биотический потенциал» ввел Р.Чепмен в 1928 году, определив его как врожденное свойство организмов к размножению и выживанию, т.е. к увеличению численности.
Обратим внимание, что на численность популяции влияет не только рождаемость, сколько способность пополнения половозрелого состава. Например, рыбы выметывают сотни тысяч икринок, но лишь ничтожный процент выживает, и развивается во взрослую особь, способную к воспроизводству.
 |
Гибель или изъятие взрослых особей слабо влияет на динамику популяции, поскольку после них уже остались потомки. Очень важно сохранять молодое поколения, так как с его гибелью пропадают все их будущие потомки. Молодежь должна ценить и бороться за свою жизнь. Поскольку, убивая себя (неоправданные риски, наркотики, алкоголь и др.) они убивают своих не родившихся детей и внуков.
Биотический потенциал видов различен, но достаточно высок, что бы при благоприятных условиях стремительно увеличить численность.
Однако популяционные взрывы в естественных условиях наблюдаются крайне редко, так как они сдерживаются лимитирующими факторами или сопротивлением среды.
Сопротивление среды включает как абиотические, так и биотические факторы.
На рис. 2.17 показаны примеры изменения численности популяции при слабом, среднем и сильном сопротивлении среды. При слабом сопротивлении среды численность популяции резко возрастает. При среднем сопротивлении среды (хищники, конкуренты) численность популяции будет находиться в состоянии динамического равновесия. При сильном сопротивлении среды (голод, болезни) численность популяции будет сокращаться.
Равновесие между биотическим потенциалом и сопротивлением природной среды, всегда динамическое, так как факторы среды не могут долго оставаться неизменными. Таким образом, равновесие, как правило, – весьма условно. Взрывы численности носят временной характер, а вот вымирание – это навсегда.
6.2 Механизм популяционного равновесия (гомеостаза)
Факторы, регулирующие численность, ²работают² по принципу отрицательной обратной связи. К числу таких факторов относят:
· отношения: хищник – жертва; паразит – хозяин;
· угнетающие (ингибирующие) выделения во внешнюю среду;
· стрессовые явления, влияющие на репродукционную функцию;
Отношения хищник – жертва. Высокая численность жертв создает условия (пищевые) для быстрого размножения хищника. Увеличенное число хищников уменьшает количество жертв. Численность видов носит синхронно колебательный характер. При этом численность популяций не доходит до нулевых значений, так как сила взаимоотношений уменьшается по мере уменьшения численности популяций. Уменьшение отрицательного влияния происходит из-за переключения хищника на другие виды жертв. Хищники не уменьшают количество жертв до нуля. Это объясняется тем, что при низкой плотности, например, зайцев (шт/км 2 ), лисам становится энергетически невыгодно охотится на зайцев (зайцев мало, поэтому расходы энергии на поиск зайца не восстановятся при его поедании).
Обратим внимание, что при большой численности зайцев усиливающееся сопротивление среды включает как конкуренцию, так и отношения хищник жертва. Способность хищников переключатся на другие виды питания, (видовое разнообразие) ослабляет колебания численности популяций. Интересно отметить, что хищники убивают, как правило, больных жертв, а охотники – здоровых.
Отношения паразит – хозяин поддерживают популяционное равновесие, в общем, так же, как и крупные хищники. Когда численность популяции увеличивается, паразиты и их переносчики (например, кровососущие насекомые легко находят новых жертв, поэтому смертность хозяев растет). При снижении численности популяции хозяев, паразитам труднее найти новые источники пищи, поэтому численность паразитов так же будет снижаться.
Паразиты не всегда убивают своего хозяина, но, ослабив его, снижают его способность к выживанию.
Конкуренция. Острота конкурентных отношений возрастает, когда увеличивается численность и соответственно плотность популяции.
В реальном мире она проявляется как самоизреживание фитоценозов. Например, на стадии всходов в лесных сообществах насчитывается до 500*10 3 растений на га, до периода спелости (через 100…120 лет) для хвойных и (50…70 лет) для лиственных доживает около 1*10 3 1/га. Погибает примерно 998 из 1000. Однако, погибая, растения обогащают почву и способствуют росту более сильных экземпляров. В некоторых случаях происходит даже срастание корней. Сильные растения используют корневую систему слабых, погибших растений
В животном мире острая внутривидовая борьба проявляется в форме каннибализма (поедание себе подобных). Эти явления наблюдаются среди хищников, грызунов, личинок насекомых.
В более мягких формах внутривидовая конкуренция проявляется через ослабление части особей и выключение их из процессов размножения.
Выделения во внешнюю среду. Они характерны как для растительных, так и для животных организмов.
Например, молодое поколение леса угнетается не только дефицитом света и минеральных веществ в верхнем слое почвы, но и особыми ингибирующими выделением корней и наземных частей деревьев, которые смываются атмосферными осадками и попадают в почву.
Для животных наличие ингибирующих выделений было доказано в лабораторных опытах. Воздух из помещений с высокой плотностью, например, мышей; поданный в помещения, где они нормально развивались, приводил к замедлению развития. (Тот же эффект можно получить переливая воду в аквариумах с различной численностью рыб).
Явления – территориальности. Они наиболее четко прослеживаются в животном мире. Занятая территория помечается голосом (птицы), выделениями, механическими отметинами.
Помеченная территория активно охраняется. В случае конфликта победа почти всегда остается за хозяином (помогает знакомство с территорией). Однако, чужак, побывший на территории около суток, может оказаться победителем, если он сильнее.
Стрессовые явления или состояние напряженности при повышении плотности популяции усиливаются. Возрастает число контактов, конфликтных ситуаций, которые приводят к гормональным изменениям, которые выражаются в торможении полового созревания или блокировании процесса размножения. Например, у мышей присутствие или даже запах чужого самца в 60…90 % приводит к прерыванию беременности (Брюс – эффект).
Миграции, как фактор стабилизации численности популяции проявляется в двух видах: в массовом или равномерном уходе особей из популяции.
Массовый уход характерен для популяции с взрывным типом динамики численности (лемминги, белки). Обычно уходит молодняк, значительная часть которого погибает.
Равномерный уход служит для обмена особями между популяциями в целях:
· уменьшения числа близкородственных скрещиваний;
· обмена информацией (генетической);
· выравнивания плотностей особей в соседних популяциях.
Вид реакций на иммигрантов зависит от численности популяции. Популяции с высокой численностью – пришельцев изгоняют, а при малой численности – не препятствуют пришельцам, и сами мигрируют в меньших количествах.
Среди других факторов, влияющих на гомеостаз популяции, можно назвать:
· иерархию и сексуальное доминирование;
· половую избирательность (выбор самцов и самок);
· возрастной кросс (самки отдают предпочтения молодым самцам).
Как преодолеть «сопротивление среды»
Научные изыскания немыслимы без планирования, когда необходимо как бы заглянуть вперед и оценить будущие результаты. Можно ли отойти от интуитивных, субъективных оценок и исключить разночтения? Предугадать, какой вклад внесет в науку тот или иной честолюбивый исследователь?
Думается, что да. Мой полувековой опыт в медицинской науке показывает: и для фундаментальных, и для прикладных исследований, при оценке и научно–технических, и инновационных проектов, а также диссертаций вполне приемлема пятибалльная шкала. Скажем, наивысший балл — 5 — дается, если получены принципиально новые факты и установлены закономерности, на основе которых можно построить новую теорию или сформулировать новый закон. Что касается прикладных исследований, то на «пятерку» претендует создание технологии или образца нового метода, превосходящего мировой уровень по основным параметрам и основанного на новых фундаментальных закономерностях. 4 балла в фундаментальных исследованиях — это введение нового понятия или нового объяснения известных фактов и закономерностей, а в прикладных — разработка технологии, или образца, или метода, соответствующих мировому уровню. Не буду перечислять остальные градации (в свое время они были опубликованы в журнале «Наука и инновации»), подчеркну лишь, что самая низкая оценка — 1 балл — дается за усовершенствование метода, технологии, образца лишь по некоторым параметрам, соответствующим лучшим отечественным разработкам. При этом, вероятно, нужно не только объективно и четко оценивать планируемую тематику, но и сопоставлять полученные баллы с запрашиваемыми на работы ассигнованиями, чтобы судить о целесообразности и государственной значимости проекта.
Здесь важно еще одно обстоятельство. В течение последних десятилетий медицинские идеи все чаще генерируются могущественными западными фирмами, которые диктуют направление исследований по всему миру, аккумулируя полученные результаты для своего дальнейшего процветания. В этом потоке информации извне видные отечественные исследователи рискуют превратиться в своеобразных «ретрансляторов». Да, очевидно, что ни в коем случае нельзя выпадать из русла мировых научных тенденций. С другой стороны, нужно всячески поддерживать генерацию и своих собственных идей.
Не секрет, что продуктивность научной работы, ее вклад в народное хозяйство принято оценивать по внедрению ее результатов. И именно это часто наша «ахиллесова пята», этап, обесценивающий все предыдущие. Уместно вспомнить высказывание нобелевского лауреата Петра Капицы: «Слово «внедрение» в русском языке означает, что продвижение вперед происходит при сопротивлении окружающей среды. Мы так привыкли, что всякое новое научное достижение и достижение техники при освоении встречают сопротивление, что уже давно применяем слово «внедрение», не замечая, что этим словом мы характеризуем ненормальные условия освоения нового. » Увы, не так уж редко работа над научными темами, преодолевшими рубикон планирования и согласования, завершается тем, что выясняется: внедрять–то и осваивать нечего, нет потребителя идеи! Раньше этот эффект мы называли «тупиковым планированием». Но, думается, избежать нежелательных сюрпризов на финишной прямой можно и даже необходимо. Представим себе такую ситуацию. Создан диагностический прибор, оригинальность которого подтверждена патентом и который прошел соответствующие испытания. Дальнейшая судьба разработки решается на двух уровнях. Во–первых, необходимо найти предприятие, которое смогло бы поставить ее производство на поток, а во–вторых, обеспечить закупки прибора соответствующим министерством. Соответственно еще на этапе планирования должно быть достигнуто трехстороннее соглашение — между автором–идеологом–разработчиком, предприятием–изготовителем и представителем заинтересованного министерства. Причем в закупочных комиссиях должны работать не безразличные чиновники, а высококомпетентные, эрудированные специалисты, что ныне встречается крайне редко. Вероятно, отраслевым министерствам не мешало бы иметь подразделения, которые бы отвечали за маркетинговую проработку и адекватную рекламу оригинальных отечественных разработок, которые пока не могут конкурировать с широко разрекламированными зарубежными аналогами.
Тот же Петр Капица писал: «Наука — это то, что не может быть. А то, что может быть, — это технический прогресс». И наша задача при планировании научных исследований — дать дорогу этому прогрессу. Тем более что само слово «прогресс», введенное еще Цицероном, означает восхождение.
Георгий СИДОРЕНКО, академик, заслуженный изобретатель.
В таких условиях показатель r не остается постоянным, а изменяется в зависимости от численности популяции.
Экспоненциальный рост численности популяции возможен лишь в том случае, если r имеет постоянное численное значение и не зависит от численности популяции
Поэтому экспоненциальный рост популяции возможен только в идеальных условиях при отсутствии лимитирующих факторов cреды и в природе либо не происходит вообще, либо происходит в течение очень непродолжительного промежутка времени.
Уравнение, описывающие экспоненциальный рост популяции, используется в экологии прежде всего для выяснения потенциальных возможностей популяции к размножению
В природе естественный рост популяции никогда не реализуется в форме экспоненциальной модели.
Это объясняется тем, что в природных условиях рост численности популяции ограничен комплексом факторов внешней среды и реально складывается как результат соотношения меняющихся значений рождаемости и смертности.
Уравнение логистической кривой имеет следующий вид:
dN/dТ = rmax N [(K-N)/K]
Отношение (K-N)/Kназывают сопротивлением среды.
В соответствии с логистической моделью рост численности популяции некоторое время идет замедленно, затем кривая численности круто возрастает и, наконец, выходит на уровень, отражающий экологическую емкость среды. Этот конечный уровень отражает уравновешенность процессов рождаемости и смертности.
В результате решения уравнения логистической кривой получаем зависимость:
N— численность популяции в момент времени Т;
e— основание натурального логарифма (2,7182);
а— постоянная интегрирования
Модель логистического роста популяции, предложенная Р.Пирлом и А.Ферхульстом, описывает наиболее реальный и универсальный тип роста популяции микроорганизмов, животных, растений и человека и лежит в основе практически всех моделей конкуренции, хищничества и паразитизма.
Константы rи Киз логистического уравнения дали название двум типам естественного отбора (r-отбори К-отбор)или двум типам экологических стратегий (r-стратегияи К-стратегия).
Экологические стратегии очень разнообразны. Однако среди этого многообразия можно выделить два крайних типа, которые называются К-стратегиейи r-стратегией
К-стратегия (или К-отбор) — означает “отбор на качество”, который происходит путем совершенствования адаптированности организмов и их конкурентоспособности.
Этот тип стратегии действует в популяциях, состоящих из крупных особей, которые медленно развиваются, имеют значительную продолжительность жизни, производят небольшое количество потомков и проявляют заботу о них.
Популяции с К-стратегией населяют местообитания со стабильными условиями среды, полностью осваивая жизненные ресурсы, и отличаются низким уровнем энергозатрат на репродукцию и высокой конкурентоспособностью.
Численность в популяциях таких видов остается практически постоянной и лимитируется преимущественно внешними факторами среды (коэффициент К в уравнении логистической модели роста означает именно предельную величину численности популяции, соответствующую экологической емкости среды).
Этот тип стратегии свойственен популяциям с малыми размерами особей, которые характеризуются коротким периодом достижения половой зрелости, незначительной продолжительностью жизни, большой нормой гибели, высокой плодовитостью и, как правило, отсутствием заботы о потомстве.
Популяции с r-стратегией легко осваивают местообитания с нестабильными условиями среды, отличаются высоким уровнем энергозатрат на репродукцию и слабой конкурентоспособностью.
Численность в популяциях таких видов резко колеблется и выживание в этих условиях определяется высоким репродуктивным потенциалом (показатель r в уравнении логистической модели роста), позволяющим быстро восстановить любые потери в популяции.
Однако необходимо отметить, что ни один из видов не склонен только к К-стратегии или только к r-стратегии, а в своей адаптации к условиям существования комбинирует принципы разных стратегий и в различных сочетаниях.
Экспоненциальный рост популяций в биосфере Земли, как правило, не наблюдается, поскольку имеется ряд лимитирующих экологических факторов.
Только рост популяции людей в ХХ-ХХ1 вв. пока близок к экспоненте, так как благодаря достижениям науки и техники человечеству удалось существенно улучшить свою экологическую нишу и приблизить значения экологических факторов к оптимальным.
Особенность J-образной динамики в том, что рано или поздно относительно свободный рост численности популяции прекращается. Связано это, как правило, с исчерпанием какого-либо ресурса, на базе которого развивается данная популяция, например пространство или пища. Причиной также могут служить внезапные заморозки или какой-то другой фактор среды, прекращающий сезон относительного благополучия. После этого численность популяции может катастрофически понизиться.
Подобные тенденции вызывают немалые опасения в плане судьбы человеческой цивилизации. Несмотря на все прогнозы демографов, динамика численности людей никак не желает стабилизироваться, оставаясь очень близкой к J-образной кривой. Мы уже близки к разрушению собственной среды обитания, а значит, вполне возможно, что в достаточно скором будущем (возможно, при жизни нынешних поколений) нас может ожидать катастрофическое снижение численности населения Земли.
Следует отметить, что человек сейчас находится в условиях, когда его коэффициент роста близок к биотическому потенциалу. В 1968 году время удвоения численности людей составляло 35 лет, однако в некоторых странах этот период был еще меньше, и с течением времени он неуклонно уменьшается. То есть мы все ближе к некоторому минимальному значению периода удвоения численности, ниже которого мы не сможем переступить по чисто физиологическим причинам, это и будет, вероятно, соответствовать полной реализации нашего биотического потенциала.
Понятно, что природа не выдержит такого натиска.
2.3.3. Динамика численности популяций.
Экологические механизмы динамики численности в принципе просты и заключаются в изменении соотношения процессов рождаемости и смертности особей, входящих в состав данной популяции.
При сбалансированной интенсивности процессов рождаемости и смертности формируется стабильная популяция.
В стабильной популяции смертность компенсируется приростом и численность популяции, а также ее ареал удерживаются на одном уровне.
Однако, фактически в природе не известно ни одной популяции, которая сохранялась бы неизменной хотя бы на протяжении короткого промежутка времени.
Это связано прежде всего с воздействием абиотических факторов на интенсивность роста и размножения, на смертность. Немаловажную роль в данном процессе играют и биотические взаимодействия (конкурентные взаимоотношения, уничтожение хищниками жертв, влияние паразитов на жизнедеятельность хозяев).
В природе чаще встречаются растущие популяции, в которых отмечается превышение рождаемости над смертностью, что приводит к увеличению численности.
Резкий подъем численности часто наблюдается у популяций, оказавшихся в новом местообитании, при этом численность популяции может возрасти до такой степени, что может наступить вспышка массового размножения особей, что особенно характерно для мелких животных.
· массовое размножение и распространение ондатры в Европе, начавшееся в 1905 году в окрестностях Праги, когда там было выпущено всего лишь 5 особей;
· когда в Австралию завезли из Европы несколько кроликов, то их численность вскоре резко возросла;
· увеличение численности популяции характерно для колорадского жука, быстро расселившегося из Франции до Украины, Беларуссии и даже до Центральных районов России;
· в прудах Подмосковья отмечается столь значительный рост численности ротана, попавшего сюда случайно, что он начинает вытеснять остальных рыб.
Однако при чрезмерном росте популяции ухудшаются условия существования особей (недостаток пищи, хищники, распространение заболеваний и др.), что приводит к резкому возрастанию смертности, и в результате численность популяции начинает сокращаться.
Согласно правилу пищевой корреляции(Уинни-Эдвардс), в ходе эволюции сохраняются только те популяции, скорость размножения которых скоррелирована с количеством пищевых ресурсов среды их обитания.
Отступление от этого правила ведет к тому, что популяция остается без пищи и вымирает или снижает темпы размножения, т.е. становится сокращающейся.
С другой стороны, известен принцип скопления (агрегации) особей(В.Олли): скопление (агрегация) особей усиливает конкуренцию между ними за пищевые ресурсы и жизненное пространство, но способствует выживанию группы в целом.
Следовательно, как перенаселенность, так и недонаселенность, препятствующая агрегации, могут служить лимитирующими факторами.
Если смертность начинает превышать рождаемость, то это приводит к сокращению численности и популяция становится сокращающейся.
· хорошо известны случаи резкого сокращения численности популяций промысловых видов животных, усиленно уничтожаемых человеком;
· распашка степей привела к сокращению численности и ареалов многих птиц и животных;
Однако сокращаться безгранично популяция также не может. При определенном уровне численности интенсивность смертности начинает падать, а рождаемости повышаться.
В логистической модели популяционного роста прямолинейный участок кривой означает установление равновесия между процессами рождаемости и смертности, т.е. популяция является стабильной.
Однако в реальной обстановке конкретные величины как рождаемости, так и смертности испытывают постоянные колебания, соответственно этому меняется и уровень численности популяции и тенденции ее изменений во времени.
Поэтому численность естественных популяций не остается постоянной даже при выходе на прямолинейный участок логистической кривой. а постоянно колеблется вблизи уровня, соответствующего экологической емкости среды (рис.3).
Рис.3. Рост популяции.
Различаютнепериодические (незакономерные) и периодические (закономерные) колебания численности.
Непериодические (незакономерные) колебания прямо связаны с положительным или отрицательным влиянием каких-либо факторов средыи носят непредвиденный характер.
· резкое сокращение численности американской сельди. С 1900 года ее ежегодно добывали по 2000 тонн, затем уловы снизились на 98%. В 1944 году численность сельди по неизвестным причинам внезапно резко возросла и уловы достигли 2500 тонн;
· с 1966 года у берегов Австралии, вблизи Филиппин начала катастрофически увеличиваться численность популяции морской звезды, что привело к настоящему бедствию. Эти морские животные беспощадно уничтожали коралловые острова. В результате чего произошло обеднение биоценозов коралловых рифов. Причины, вызвавшие массовое размножение морской звезды, не установлены.
· вспышки массового размножения ондатры, кроликов, колорадского жука, связанные с освоением новых местообитаний.
· нашествие кактуса-опунция на Австралийский континент;
· распространение водяного папоротника-сальвиния в Австралии и Юго-Восточной Азии (остров Тайвань)
К непериодическим колебаниям относятся также антропогенные воздействия человека (тепловое загрязнение, внесение пестицидов, промысловая охота, распашка степей, нарушение режимов экологических факторов).
Периодические (закономерные) колебания происходят под влиянием закономерно меняющихся факторов внешней среды, а также связаны с особенностями, присущими самой популяции.
Периодические колебания численности популяций могут происходить в течение нескольких лет (многолетние) или одного сезона (сезонные).
К наиболее известным примерам периодических колебаний можно отнести:
· циклические колебания с подъёмом численности в среднем через 3-4 года зарегистрированы у таких тундровых животных, как песец, полярная сова и особенно у северных мышевидных грызунов (мышей, полевок, леммингов);
· сезонные колебания численности характерны для многих насекомых, мышевидных грызунов, птиц, мелких водных организмов, а также для растений. Вспышки массового размножения этих видов происходят в конце каждого сезона размножения за счет появления молодых особей.
Периодические и непериодические колебания численности популяций под влиянием абиотических и биотических факторов среды, свойственные всем видовым популяциям, называются популяционными волнами.
В современной экологии факторы, ответственные за периодические колебания численности популяций, принято делить на две группы: факторы, не зависящие от плотности популяций и факторы, зависящие от нее.
К факторам, не зависящим от плотности популяций, относятся абиотические факторы среды (прежде всего это климатические факторы: температурный режим, освещенность, влажность, давление, химизм среды и др.), постоянно действующие на популяцию.
Климатические факторы ( продолжительная засуха, суровая зима, ураган и т.д.) могут способствовать резкому снижению численности самых разных популяций, причем независимо от их первоначальной плотности.
Влияние этих факторов характеризуется тем, что они действуют на уровне организма и поэтому эффект их воздействия не зависит от таких специфических популяционных параметров, как численность и плотность населения.
Таким образом, действие этих факторов имеет односторонний характер: они влияют на численность и плотность популяции, но сами не зависят от ее численности и плотности.
Поэтому климатические факторы относятся к категориимодифицирующих факторов.
К факторам, зависящим от плотности популяции,относятся биотические факторы: прежде всего это внутривидовая и межвидовая конкуренция, обостряющаяся при возрастании численности популяций, а также деятельность паразитов, хищников, болезни, наличие пищи и др.
Характер влияния биотических факторов принципиально отличается от абиотических факторов: действуя на численность популяций других видов, они сами испытывают влияние с их стороны.
Поэтому, биотические взаимодействия относятся к категории регулирующихфакторов,поскольку только живые организмы способны реагировать на изменение плотности как собственной, так и популяций других организмов и по мере увеличения плотности действие регулирующих факторов усиливается.
Действие зависимых от плотности факторов лежит в основе автоматической регуляции численности популяций.
2.3.4. Регуляция численности популяций.
Популяции живых организмов обладают способностью к естественной регуляции плотности, т.е. плотность популяции при более или менее значительных колебаниях остается в устойчивом состоянии между верхним и нижними пределами, за границы которых она выходит не может.
При благоприятном сочетании всех условий плотность популяции имеетопределенный оптимум.
При любом отклонении плотности от этого оптимума в действие автоматически включаются механизмы внутрипопуляционной регуляциичисленности, направленныена поддержание плотности популяции на уровне, близком к оптимальному.
Вся система внутрипопуляционной авторегуляции численности популяции работает по принципу обратных связей:
информация о плотности населения ↔механизмы ее регуляции
Одним из основных механизмов внутрипопуляционной регуляции численности является непосредственная внутривидовая конкуренцияза необходимые для жизни ресурсы, количество которых недостаточно для удовлетворения потребностей всех особей популяции
Достаточно хорошо изучена регулирующая роль внутривидовой конкуренции у многих видов насекомых, птиц, рыб и некоторых млекопитающих:
· у многих организмов при увеличении плотности населения внутривидовая конкуренция за пищу, места для обитания приводит к уменьшению размеров особей, снижению их плодовитости, возрастанию смертности молодых особей, замедлению скорости полового созревания, изменению соотношения полов, что резко снижает плотность популяции.
У некоторых видов птиц, рыб и других позвоночных животных под влиянием внутривидовой конкуренции за места обитания сформировался тип поведения, который называетсятерриториальностью:
· многие птицы и животные метят границы своей территории, на которой добывают пищу, строят гнезда или жилища, выкармливают молодняк и защищают ее от вторжения особей того же вида, что препятствует чрезмерному уплотнению популяции.
У растений регуляторными механизмами численности популяции служит прежде всего внутривидовая конкуренция:
Важным механизмом внутрипопуляционной регуляции численности являетсяэмиграция особей, интенсивность которой зависит от плотности популяции:
· у некоторых насекомых, птиц и млекопитающих при определенной величине плотности популяции отмечается выселение части особей в другие части ареала с менее благоприятными условиями обитания.
· у некоторых видов насекомых повышение плотности популяции приводит к изменениям развития и появлению крылатых особей, способных расселяться.
Выселение особей из состава популяции является широко известным явлением. По существу в этом заключается первая реакция популяции на возрастание плотности населения; при этом расширяется занятая популяцией территория и оптимальная плотность поддерживается без снижения численности.
Когда ресурсы доступной для расселения территории полностью исчерпываются, тогда для поддержания оптимальной плотности населения включаютсямеханизмы активной регуляции плодовитости и смертности.
Внутрипопуляционные механизмы поддержания оптимальной плотности населения путем регулирования уровня размножения и смертности очень многообразны и могут иметь характер физиологических, поведенческих, демографических реакций организмов на изменение их плотности.
При этом необходимо отметить, что чем выше уровень организации живых организмов, входящих в состав популяции, тем сложнее механизмы регуляции их плотности.
По уровню сложности все механизмы внутрипопуляционной регуляции плодовитости и смертности в общем виде могут быть представлены тремя вариантами:
Вариант 1:
информация о плотности ↔ механизмы регуляции плотности
В этом вариантеконкретный фактор, выступающий в роли источника информации о плотности населения, одновременно обладает физиологическим воздействием, прямо влияющим на плодовитость и смертности.
Этот вариант регуляции плодовитости и смертности очень широко распространен среди низших организмов (простейшие, моллюски, ракообразные, некоторые виды насекомых, рыб, и др.) в виде химическойрегуляциис помощью выделяемых в среду химических веществ ( метаболитов или специфических веществ), концентрация которых в среде изменяется параллельно изменениям плотности населения.
С увеличением плотности населения происходит повышение концентрации метаболитов, что непосредственно приводит к повышению смертности и приостановке размножения отдельных организмов.
— так, крупные головастики, выделяя в воду частицы белковой природы, способны тем самым задерживать рост других, более мелких головастиков. При этом одна крупная особь может задержать рост всех других в 75 л аквариуме.
У высших организмов, для которых большую роль в процессах регуляции плотности населения играют сложные формы поведения, регуляторные механизмы плодовитости и смертности могут иметь характер поведенческих реакций организмов на изменение их плотности.
При этом поведенческие реакции, через которые трансформируется информация о плотности населения, могут либо прямо выступать в роли регуляторов плотности (вариант 2), либо могут служить “пусковым механизмом” физиологических реакций, осуществляющих регуляторную функцию (вариант 3).
Вариант 2
информация о плотности↔поведенческие реакции↔механизмы регуляции плотности
Этот более простой вариант регуляция через поведение заключается в том, что информация о плотности населения стимулирует специфические формы поведения организмов, которые непосредственно влияют на уровень смертности и размножения:
· у многих видов птиц, рыб и других животных информация о возрастающей плотности выражается в увеличении частоты контактов, в том числе агрессивных, что в конечном итоге может привести к увеличению смертности через нарушение родительского поведения вплоть до полного прекращения заботы о потомстве;
· у некоторых видов рыб, у земноводных и других животных нередко при чрезмерном возрастании плотности возникает каннибализм.
Вариант 3:
информация о плотности↔поведенческие реакции↔физиологические реакции↔механизмы регуляции плотности
Этот наиболее сложной вариант регуляции через поведение заключается в том, что вся информация о плотности населения способствует проявлению определенных форм поведения, которые в свою очередь стимулируют формирование специфических физиологических реакций, которые затем непосредственно влияют на уровень смертности и размножения.
Классическим примером такого механизма внутрипопуляционной регуляции численности является стресс-реакция.
Это явление проявляется в переуплотненных популяциях, где часть особей вследствие увеличения частоты конфликтных ситуаций испытывают состояние напряжения (стресса), в результате чего у них возникают такие физиологические изменения, которые приводят к резкому сокращению рождаемости и увеличению смертности.
При этом животные становятся настолько агрессивными (жестокие драки, нетерпимость присутствия соседа и т.д.), что у них полностьюпрекращается размножение.
При снижении плотности населения внутрипопуляционные контакты приходят к норме, стресс снимается и в популяции увеличивается рождаемость и снижается смертность.
Подводя итоги, отметим, что вся информация об изменении плотности населения служит сигналом для автоматического включения внутрипопуляционных механизмов регуляции, действие которых направлено на поддержание в популяции устойчивой стабильности.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет