Популяционно-видовой уровень организации жизни

Популяция — это совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.

Основным свойством популяций, как и других биологических систем является то, что они находятся в беспрерывном движении, постоянно изменяются. Это отражается на всех параметрах: продуктивности, устойчивости, структуре, распределении в пространстве.
Популяциям присущи конкретные генетические и экологические признаки, отражающие способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость. Наука, объединяющая генетические, экологические и эволюционные подходы к изучению популяций, известна как популяционная биология

Датский генетик
В 1903 году предложил термин популяция для обозначения «естественной смеси особей одного вида, неоднородной в генетическом отношении»

Типы популяций
Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия обитания в пределах местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По этому признаку выделяют три типа популяций: элементарную, экологическую, географическую.

Элементарная (локальная) популяция
Это совокупность особей вида, занимающих небольшой участок однородной территории. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.
Примеры:
Нескольких стай рыб одного вида в озере; микрогруппировки ландыша, растущие у оснований деревьев и на открытых местах; деревья одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, другими деревьями, кустарниками или болотами.

Экологическая популяция
Это совокупность элементарных популяций, группа особей, обладающая свойством целостности, с особым местообитанием, характеризующаяся единством экологических реакций на внешние воздействия. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.
Примеры:
Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; группа типов лесов: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников; популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

Географическая популяция
Это совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.
Примеры:
Популяции белки в заенисейський тайге и смешанных лесах Украины; степная и тундровая популяции полевки.
западная и восточная популяция даурской лиственницы

Характеристики популяции
СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ
Статические или биологические свойства присущи как популяции, так и составляющим ее особям. Эти свойства характеризуют жизненный цикл популяции. Популяция имеет определенную организацию и структуру, которую можно описать.
Динамические или групповые свойства популяции могут характеризовать только популяцию в целом - рождаемость, смертность, скорость роста популяции. Особь рождается, стареет, умирает, но применительно к особи нельзя говорить о рождаемости, смертности, возрастной структуре - это характеристики только группового уровня.

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Численность - число особей данного вида, полученное при пересчете тем или иным методом (тотальный учет, пробные площадки, метод мечения)
Биомасса - суммарный вес популяции, для животных эта сумма веса всех организмов, для растений - урожай на корню.
Плотность – численность или биомасса популяции, отнесенная к некоторой единице пространства. Обычно ее выражают числом особей или биомассой популяции на единицу площади или объема
Плотность средняя - численность или биомасса, отнесенная ко всему пространству.
Плотность удельная - то же, но отнесенная к единице обитаемого фактически в данный момент пространства.

Возрастная структура - быстрорастущие, стабильные и уменьшающиеся популяции
При определении возрастной структуры у растений можно выделить следующие периоды:
1. Период от прорастания семян до первого плодоношения;
2. Период плодоношения;
3. Старческий период, когда растения представлены особями, у которых прекращено плодоношение и усилены деструктивные процессы, т.е. процессы опада и отпада.
Если фитопопуляции представлена всеми возрастными группами – то она называется нормальной.
Если же в популяции преобладают старые особи, то ее называют регрессивной. Такая популяция не способна к самоподдержанию и зависит от заноса зачатков извне.
СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПОЛОВОЙ СОСТАВ
Соотношение полов в популяции.
Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом.
Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных).
Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.
3 возрастные группы:
пререпродуктивная,
репродуктивная
пострепродуктивная
СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Рождаемость - способность популяции к увеличению численности.
Максимальная рождаемость - теоретически
максимальная скорость образования новых особей в
идеальных условиях.
Экологическая, или реализованная рождаемость,
(или просто рождаемость) обозначает увеличение
численности популяции при фактических условиях среды.
Рождаемость выражают:
либо как скорость = общее число вновь появившихся орг-в/ время - абсолютная рождаемость. Например, 100 особей в час, или 1000 особей в год.
либо как число вновь появившихся особей в единицу времени/ 1 особь популяции - удельная рождаемость.
Представим популяцию из 50 простейших в объеме воды, размножающуюся путем деления. Через час ее численность стала 150 особей. Абсолютная рождаемость – 100 особей/час. Удельная рождаемость - 2 особи/час (по отношению к 1 организму популяции).

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Смертность - антитеза рождаемости, отражает гибель особей в популяции.
Минимальная смертность - она представляет собой смертность в идеальных условиях, когда нет лимитирующих факторов
Экологическая смертность - гибель особей в данных условиях среды.
Смертность выражают числом особей, умерших за единицу времени - абсолютная, или в пересчете на одну особь - удельная.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Эмиграция – количество особей, покинувших популяция за определенный отрезок времени;
Иммиграция – количество особей, прибывших в популяцию за определенный промежуток времени.
Изменение численности популяции за период времени ∆ t = t2 – t1
∆ N = B – D + I – E,
Рождаемость Смертность Иммиграция Эмиграция
В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности сбалансированы. 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.. При переуплотнении у растений начинается самоизреживание популяций, у животных 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 вновь повышается и популяция из сокращающейся может стать растущей.

Типы колебаний численности
Не зависящие от плотности - пожары, наводнения,
ураганы и засухи часто приводят к катастрофической
смертности
Зависящие от плотности - некоторые биотические факторы, такие как конкуренция, паразиты, патогенные организмы.
Периодические - совершаются в течение сезона или
нескольких лет с определенным периодом.
Непериодические –вспышки массового размножения
некоторых вредителей полезных растений, при
нарушениях условий среды обитания
Популяционные волны.

Типы колебаний численности
Можно выделить три основных типа динамики численности популяций :
1. Стабильный тип (А) – небольшой размах колебаний численности.
2. Флюктуирующий тип (Б) – колебания происходят в значительном
интервале плотностей, различающихся на один-два порядка.
3. Взрывной тип (В) – с вспышками массового размножения

Типы пространственного распределения
Равномерный тип распределения (А). Характеризуется
равным удалением каждой особи от всех соседних; величина
дисперсии меньше среднего расстояния между
особями: σ2/m < 1.
Случайный тип распределения (Б). Особи распределены в
пространстве неравномерно, случайно. Величина дисперсии
равна среднему расстоянию между особями σ2/m ~ 1.
Групповой тип распределения (В). Образование групп
особей, между которыми остаются достаточно большие пустые
территории. Дисперсия превышает величину среднего
расстояния между особями σ2/m > 1.

Взаимодействие популяций
НЕЙТРАЛИЗМ (0,0)
Комменсализм (+, 0)
Популяции двух видов (i-того и j-того) связаны отношением нейтрализма, если они не оказывают непосредственного воздействия друг на друга.
Комменсализм, основанный
на потреблении остатков пищи
хозяина, называют еще
нахлебничеством
Особенно развито использование убежищ либо в гнездах, либо в телах других видов. Такой комменсализм называется квартиранством

Взаимодействие популяций
мутуализм (+, +)
КОНКУРЕНЦИЯ(- , -)

Взаимодействие популяций
Аменсализм (- , 0)
Паразитизм (+ , -)
Полифаги – нападают на большое число
видов, такие как гусеница стеблевого мотылька
или муха-тахина.
Олигофаги – живут за счет близких видов, колорадский жук питается семейством пасленовых или солитер эхинококк паразитирует в человеке, свинье и грызунах.
Монофаги – живут за счет одно хозяина,
такие как грушевый цветоед – только на груше,
шелковичный червь – только на тутовом дереве.

Взаимодействие популяций
Хищничество (+ , -)
Хищничество - поглощение пищи, представляет собой главную силу, обеспечивающую передвижение энергии и материалов в экосистеме. Поскольку причиной гибели является хищничество, эффективность, с которой хищники находят и схватывают свою добычу, определяет скорость потока энергии от одного трофического уровня к другому.
Два типа хищников:
Один тип - питаются, в основном, «бесполезными» для популяции особями, вылавливая больных и старых, более уязвимых молодых, а также не нашедших себе территории особей низшего ранга, но не трогают особей, способных к размножению, которые составляют источник пополнения популяции жертвы.
Другой тип - питаются так эффективно особями всех групп, что могут серьезно нарушить потенциал роста популяции жертвы.

Группы внутри популяций
Демы – локальная популяция, небольшая
(до нескольких десятков особей), относительно изолированная от других подобных внутривидовая группировка.
Например:
мышевидные грызуны
Прайды- семейная стая львов. Состоит из 1 взрослого самца, гарема самок и их детенышей. Прайд всегда возглавляется только одним самцом (в редчайших случаях — 2мя родными братьями-самцами), в функции которых входит только размножение и защита территории от других самцов.
Охота и воспитание детенышей выполняется только львицами.

Группы внутри популяций
Гарем-на одного половозрелого самца в гареме приходится от нескольких до нескольких десятков взрослых самок
у серого тюленя 2 – 5 самок,
у секача северного морского котика —
до 50 самок
Стаи- любая подвижная, обычно временная группировка насекомых, рыб и птиц, изредка млекопитающих.
Скумбрия
Гусь белый
Вынужденные скопления животных часто связаны с местами изобилия пищи

Группы внутри популяций
Колонии- это отношение отдельных организмов одного вида живущих вместе, обычно на основе взаимной выгоды, например, для защиты или нападения на большую добычу.
Стадо -группа млекопитающих одного вида, сохраняющих какое -то время близость друг к другу, сходно себя ведущих и нередко имеющих одинаковый ритм активности
(Пример: у китов одновременное
выныривание)

Жизнь в группе через нервную и гормональную системы отражается на протекании многих физиологических процессов в организме животного. У изолированных особей заметно меняется уровень метаболизма, быстрее тратятся резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность.
Положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит для всех недостатком ресурсов среды. Тогда вступают в действие другие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем ее деления, рассредоточения или падения рождаемости.
Вывод