Законы экологии

Популяции, их классификация  и основные свойства.

Все взаимосвязано  со всем - гласит первый экологический  закон. Значит, и шага нельзя ступить, не задев, а порой и не нарушив  чего-либо из окружающей среды. Каждый шаг человека по обычной лужайке - это десятки погубленных микроорганизмов, спугнутых насекомых, изменяющих миграционные пути, а может быть, и снижающих свою естественную продуктивность. Загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов и нарушения экологических связей в экосистемах стали глобальными проблемами. И если человечество будет продолжать идти по нынешнему пути развития, то его гибель, как считают ведущие экологи мира, через два-три поколения неизбежна.

Взаимодействие  общества и природы перешагнуло  грань прежнего равновесия еще в  прошлом веке, а в настоящий момент уже невозможно обойтись без надлежащего правового вмешательства в данную сферу.  В настоящее время, в период надвигающегося экологического кризиса на всей планете, всем ныне живущим необходимо решить задачи перехода от эксплуатации и завоевания Природы к ее сохранению и сотрудничеству с ней. В этих условиях экология человека приобретает особо важное значение, поскольку нормальные условия его существования прямо зависят от того, насколько человек вписывается в природу, способен познать ее законы и творчески использовать их в своей жизни .Все более интенсивно потребляя природные ресурсы с помощью колоссально возрастающих по своей мощи технических средств, человечество в прогрессирующей форме улучшало условия развития своей цивилизации и своего роста как биологического вида Homo sapiens. Однако, «завоевывая» природу, оно в значительной мере подорвало естественные основы собственной жизнедеятельности, что создало напряженную и во многих случаях кризисную ситуацию во взаимодействии человека и природы, чреватую большими опасностями для будущего цивилизации.

Популяция и  ее признаки

В природе живые  организмы существуют не в виде отдельных  экземпляров, они живут группами, занимая отдельную территорию –  ареал. Такие группы особей одного вида с общим генофондом, общей морфологией и единым жизненным циклом называют популяцией. Каждый вид состоит из одной или нескольких популяций, и популяция, таким образом, - это форма существования вида, его наименьшая эволюционирующая единица.

Популяция (populus – от лат. народ, население) — 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.

Популяция –  совокупность особей, входящая в состав определенной экосистемы. Так, все особи  карася в одном озере, все березы или все ели в одном лесу образуют популяцию.

Для популяции  характерна сильная, хотя и не абсолютная обособленность (изоляция) от других популяций этого вида, обеспечивающая большое генотипическое сходство составляющих ее особей. Вместе с тем у отдельных особей популяции возникают наследственные изменения, которые в результате свободного скрещивания распространяются в популяции и приводят к генетической разнородности составляющих ее особей. Неоднородность особей создает условия для действия естественного отбора.

Популяции, будучи групповыми объединениями, обладают рядом  специфических свойств, которые  не присущи каждой отдельной особи: численность, плотность, рождаемость, смертность, скорость роста и другое. Кроме того, ей свойственна определенная организация: половая, возрастная, пространственно-этологическая и другие структуры.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Однако измерить общую численность некоторых популяций на практике бывает довольно трудно, поэтому пользуются понятиемплотность популяции. Это число особей приходящиеся на единицу площади или объема жизненного пространства. Зная плотность популяции в тот или иной момент времени, можно судить о росте, размножении и смертности популяции.

Популяции обладают способностью к саморегуляции своей численности. С повышением плотности, скученности возрастает агрессия животных, повышается внутривидовая конкуренция, резко снижается плодовитость самок из-за частых контактов с сородичами. Вступают в действие другие факторы – хищники, паразиты, нехватка пищи. В результате численность популяции снижается. При низкой плотности, напротив, обилие корма способствует повышению плодовитости и выживания потомства.

Рождаемость – число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени в результате размножения. Рождаемость различают абсолютную и удельную.

Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции). Согласно правилу максимальной рождаемости в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей. Такая рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида.

Смертность – число особей, погибших в популяции за единицу времени. Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной – количество особей, погибших за определенное время, так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма. Как правило, смертность высока на ранних стадиях развития, затем снижается и вновь возрастает к старости. Каждый организм характеризуется своей индивидуальной продолжительностью жизни, уровнем рождаемости и смертности.На численность популяций также существенное влияние оказывает миграция особей.

Миграции — закономерные перемещения животных между существенно различными, пространственно разобщенными средами обитания. Подобные переселения вызываются изменением условий существования в местах обитания или изменением требований животного к этим условиям на разных стадиях развития. Массовое перемещение особей между популяциями может изменить их структуру и основные свойства: предотвратить гибель популяции, находящейся на грани вымирания, или, наоборот, привести ее к резкому сокращению.

Миграции, суточные и сезонные, позволяют организмам использовать оптимальные условия среды в таких местах, где их постоянное проживание невозможно. Они приводят к освоению новых биотопов, расширению общего ареала вида, к обмену особей между популяциями, увеличивают единство и общую устойчивость вида, способствуют успеху в борьбе за существование.

При отсутствии миграции изменение численности  популяции зависит от соотношения  величины рождаемости и смертности          Рост популяции – это изменение численности или биомассы популяции во времени. Если рождаемость преобладает над смертностью, величина популяции возрастает, в противном случае она будет иметь отрицательный рост. Обычно нарастание численности идет медленно – фаза положительного ускорения, затем становится быстрым – логарифмическая фаза, снова замедляется – фаза отрицательного ускорения и наконец, наступает состояние, когда прибыль и убыль особей уравнивают друг друга – фаза равновесия илистабилизации.

Характер увеличения численности популяции может  быть различным. Выделяют несколько типов роста популяций. Два из них показаны на рис.1, отображающем возрастание популяции во временном интервале. Кривые имеют J и S – образный вид. Параболической (J-образной) кривой А описывается темп роста популяции, когда ее плотность увеличивается с возрастающей скоростью до тех пор, пока не начнет действовать фактор, ограничивающий рост (например, будут полностью использованы ресурсы питания или воздуха в замкнутом водоеме и т.п.). Кривая В (S – образная) описывает события, когда рост популяции вначале увеличивается медленно, затем стремительно растет, но под влиянием сопротивления среды постепенно замедляется, и наступает равновесие или стационарное cостояние, когда число особей не увеличивается.

 Возрастная структура – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется рядом свойств и особенностей вида: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и другое.

Соотношение возрастных групп в структуре популяции характеризуют ее способность к размножению и выживанию, и согласуется с показателями рождаемости и смертности. В растущих популяциях с высокой рождаемостью преобладают молодые, еще не репродуктивные особи, в стабильных – обычно это разновозрастные, у которых регулярно определенное число особей переходит из младших возрастных групп в старшие, рождаемость равна убыванию населения. В сокращающихся популяциях основу составляют старые особи, возобновление в них отсутствует или совсем незначительно.

В зависимости  от способности особей к размножению  различают три группы: предрепродуктивную – особи еще не способны размножаться, репродуктивную – особи способны размножаться и пострепродуктивную – особи уже не способные размножаться.

Возрастные группы могут быть подразделены и на более мелкие категории. Одна из наиболее известных классификаций животных по возрасту Г.А. Новикова:

- новорожденные  – до момента прозревания;

- молодые –  подрастающие особи, "подростки";

- полувзрослые  – близкие к половозрелым особям;

- взрослые –  половозрелые животные;

- старые –  особи, переставшие размножаться.

Возрастную структуру  популяции выражают при помощи возрастных пирамид.

Половая структура – соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых организмов. Популяции свойственно также определенное соотношение полов, причем соотношение самцов и самок не равно 1:1. В силу специфики физиологии и экологии, свойственной разным полам, в силу их разной жизнеспособности, влияния факторов внешней среды могут быть значительные различия в этом соотношении. И эти различия неодинаковы как в разных популяциях, так и в разных возрастных группах одной и той же популяции.

Принято выделять первичное, вторичное и третичное соотношение полов в популяции. Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом. Например, у человека XY-хромосомы определяют развитие мужского пола, а XX - женского. В этом случае первичное соотношение полов 1:1, то есть равновероятно. Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на момент рождения, среди новорожденных. Оно может существенно отличаться от первичного по целому ряду причин: избирательность яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X- или Y-хромосому, неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению, различными внешними факторами. Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.

Пространственно-этологическая  структура – характер распределения особи в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и особенностей поведения вида. Большинство популяций имеет постоянную территорию.

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

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

Выделяют три основных типа распределения особей в пространстве:

- Равномерное - особи размещены в пространстве равномерно, на одинаковых расстояниях друг от друга;

- Конгрегационное, или мозаичное - то есть "пятнистое", особи размещаются в обособленных скоплениях;

- Случайное, или диффузное - особи распределены в пространстве случайным образом.

Равномерное распределение характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних. Свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, проявляющих друг к другу острую внутривидовую конкуренцию, как например, у хищных рыб.