Колебания численности популяций, их саморегуляция

Численность популяции, когда она перестает расти, обнаруживает тенденцию к флюктуации относительно верхнего асимптотического (предельного) уровня роста, обусловленного емкостью среды. Такие флюктуации могут возникать в результате либо изменений физической среды, либо внутрипопуляционных взаимодействий, либо взаимодействия с соседними популяциями, в связи с чем может установиться новый уровень предельной плотности.

Существуют два основных типа колебаний численности той или иной популяции: не зависящие и зависящие от ее плотности.

Выраженные флюктуации, не зависящие от плотности, свойствен­ны популяциям организмов, обитающих в средах с постоянным со­противлением, что обычно наблюдается в эфемерных местообитаниях. Такие организмы вкладывают много ресурсов в размножение, и их численность колеблется в значительных пределах в зависимости от непредсказуемых изменений среды обитания. Например, популяции насекомых обычно интенсивно растут летом, а с наступлением холодов быстро сокращаются. Популяции, рост которых дает выраженные флюктуации, не зависящие от плотности, называются оппортунистическими.

Колебания численности популяции, связанные с ее плотностью, характерны для организмов с высоким уровнем организации (многие позвоночные), существующих в неизменных либо циклически изменяющихся густонаселенных местообитаниях с постоянным сопротивлени­ем среды. Они направляют свои энергетические ресурсы в основном на повышение конкурентоспособности и выживаемости, а не на размножение. Популяции таких организмов получили название равно­весных, так как они находятся в состоянии, близком к равновесию со средой обитания (их численность более или менее соответствует сопро­тивлению среды и лишь незначительно изменяется во времени).

Эти два типа экологически противоположных популяций Мак Артур и Уилсон (1967) предложили называть г- и К-типами (буквы относятся к параметрам логистического уравнения), которые формируются под влиянием г- и К- форм отбора.

Во временном отношении колебания численности популяции подразделяют на непериодические и периодические. Непериодические колебания имеют случайный характер. Среди периодических выделяют колебания с периодом в несколько лет и сезонные колебания. Приме­ром периодических колебаний с периодом в несколько лет могут слу­жить флуктуации численности популяций зайца-беляка и рыси, повто­ряющиеся через каждые 9,6 года. Причиной их, возможно, служит изменение солнечной активности. Интересно, что определенная цикличность четко проявляется и в многолетней динамике заболеваемости человека многими инфекциями (грипп, корь, менингит др.). Сезонные колебания проявляются, например, в изменениях чис­ленности бабочек, комаров и других насекомых в течение года в райо­нах с умеренным климатом.

В основе регуляции колебаний численности природных популяций лежит действие абиотических (модифицирующих) и биотических (ре­гулирующих) факторов. Модифицирующие факторы вызывают лишь преобразования колебаний численности популяции, не устраняя их. Действие этих факторов не зависит от плотности популяции. Напро­тив, влияние регулирующих факторов зависит от популяции благода­ря способности организмов реагировать на ее изменения по принципу обратной связи. Поэтому регулирующие факторы действуют на попу­ляции в направлении стабилизации их численности на определенном уровне и таким образом нивелируют возможные ее колебания. Напри­мер, в условиях перенаселенности у грызунов падает плодовитость и увеличивается агрессивность, вплоть до каннибализма, снижается ус­тойчивость к воздействию неблагоприятных факторов среды, замедля­ется рост и развитие особей. Возникающие изменения вызывают быст­рое падение плотности популяции. Наоборот, при резком снижении численности популяции количество размножающихся самок увеличи­вается, возрастает также число пометов и количество детенышей в каждом из них, снижается гибель эмбрионов. Все это убедительно сви­детельствует о том, что популяции обладают способностью к саморе­гуляции роста.

Существенное значение в контроле численности популяции име­ют также зависимые от плотности межвидовые взаимодействия по типу паразит - хозяин и хищник - жертва. Например, с повышением плотности популяций грызунов создаются более благоприятные усло­вия для циркуляции возбудителей чумы в ее природных очагах.

Во многих случаях природа регулирующих факторов может весьма существенно различаться в зависимости от численности популяции. С ее повышением, например, возможно включение разных регулирую­щих факторов в такой последовательности: (хищник-жертва) - (паразит-хозяин) - (внутривидовая конкуренция).

Примером такой регуляции могут служить изменения численности сурков - основных резервуаров возбудителей чумы в некоторых ее природных очагах. При низкой их численности рост популяции ограничивается преимущественно хищниками (лисы, волки и др.).

С повышением плотности популяции в результате увеличения кон­тактов между зверьками создаются благоприятные условия для усиле­ния циркуляции возбудителей чумы и развития эпизоотии. Если же, несмотря на это, численность сурков все еще продолжает возрастать, то включаются внутривидовые механизмы регуляции (угнетается размножение, снижается устойчивость к действию неблагоприятных факторов, возникает недостаток пищи, повышается смертность и т. п.).

Таким образом, динамика численности популяции в каждый дан­ный момент определяется соотношением ее биотического потенциа­ла и сопротивления среды. С увеличением численности популяции видов, для которых характерен К-отбор, сопротивление среды воз­растает. Важную роль в регуляции численности таких популяций играют биотические факторы: внутривидовые и межвидовые отно­шения, реализация которых может происходить по самым разнооб­разным каналам.

7. Содержание занятия:

· Самостоятельная работа студентов:

1. Решение тестовых заданий для определения исходного уровня знаний

2. Решение тестовых заданий для определения заключительного уровня знаний

3. Решение ситуационных задач по данной теме.

· Работа с преподавателем по теме занятия:

1. Оценка исходного уровня знаний по исходным вопросам.

2. Совместная работа с преподавателем по теме занятия:

- Понятие о среде обитания и экологических факторах (абиотических, биотических и антропогенных).

- Общие закономерности действия факторов среды на организм.

- Среды жизни и адаптация к ним организмов.

- Структура популяций.

- Динамика численности популяции и механизмы ее регулирования.

3. Оценка заключительного уровня знаний студентов (контрольные вопросы)

4. Обсуждение результатов СРС

5. Подведение итогов занятия

· Контроль исходного и итогового уровня знаний

Тестовые задания для определения исходного уровня знаний студентов

1. Перечислите важнейшие современные экологические проблемы:

А). загрязнение океана и изменение свойств океанических вод

Б). истощение и загрязнение вод суши

В). накопление радиоактивных отходов и радиоактивное загрязнение всех сред

Г). изменение геохимического баланса ландшафтов

Д). все перечисленное верно

2. Перечислите важнейшие современные экологические проблемы:

А). скопления всякого рода твердых и жидких отходов

Б). углубление процесса опустынивания

В). сокращение площади тропических лесов и северной тайги, основных поставщиков кислорода атмосферы планеты

Г). освобождение экологических ниш на фоне общего снижения биоразнообразия

Д). все перечисленное верно

3. Перечислите важнейшие современные экологические проблемы:

А). абсолютное перенаселение Земли и относительное переуплотнение отдельных регионов

Б). крайняя дифференциация бедности и богатства

В). ухудшение среды жизнеобитания в переуплотненных городах и мегаполисах

Г). исчерпание многих месторождений минерального сырья

Д). все перечисленное верно

4. Перечислите важнейшие современные экологические проблемы:

А). потепление климата Земли

Б). замусоривание ближнего космоса

В). сокращение мощности стратосферного озонового экрана и усиление ультрафиолетовой радиации

Г). химическое загрязнение атмосферы

Д). все перечисленное верно

5. Перечислите важнейшие современные экологические проблемы:

А). химическое загрязнение атмосферы

Б). истощение и загрязнение вод суши

В). потепление климата Земли

Г). изменение геохимического баланса ландшафтов

Д). все перечисленное верно

6. Какой раздел экологии изучает взаимоотношения популяций с окружающей средой, их структуру и динамику численности

А). демэкология

Б). синэкология

В). аутэкология

Г). медицинская экология

Д). санитарная экология

7. Какой раздел экологии изучает закономерности организации сообществ, их структуру и функционирование, механизмы саморегуляции и развития экологических систем?

А). демэкология

Б). синэкология

В). аутэкология

Г). медицинская экология

Д). санитарная экология

8. Система, замкнутая по структуре, иерархически организованная, неравновесная, самоорганизующаяся, открытая по обменам веществом и энергией называется ……

9. Совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых видов в пределах естественно ограниченного жизнепригодного пространства называется ……..

10. Форма существования вида, совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих определенное пространство с относительно однородными условиями обитания называется……….

Контрольные вопросы для определения исходного уровня знаний

1. Определение терминов: организм, популяция, вид, особь, сообщество, фитоценоз, зооценоз, микробоценоз, микоценоз, биосфера, экосистемы, биогеоценозы, популяции, сообщества, экологические факторы.

Тестовые задания для определения заключительного уровня знаний

студентов

1. Чем количественно выражается экологическая толерантность?

А). диапазоном изменений среды, в пределах которого сохраняется нормальная жизнедеятельность организма

Б). уровнем воздействующих факторов, оптимальным для жизнедеятельности организма

В). минимальным уровнем действующего фактора, при котором возможна жизнедеятельность организма

Г). максимальным уровнем действующего фактора, при котором возможна жизнедеятельность организма

Д). диапазоном изменений среды, в пределах которого невозможна жизнедеятельность организма

2. Какие факторы определяют возможность существования организма в конкретной местности?

А). лимитирующие

Б). экологические

В). биологические

Г). химические

Д). физические

3. К каким факторам организмы приспособлены в наибольшей степени?

А). к периодическим

Б). к непериодическим

4. Отличительная особенность конкуренции состоит в том, что:

А). каждый из двух видов неблагоприятно влияет друг на друга

Б). виды не оказывают какого-либо влияния друг на друга

В). один вид вызывает угнетение другого, сам при этом не реагируя на его присутствие

Г). один вид получает одностороннюю пользу от другого, для которого присутствие его безразлично

Д). оба вида получают взаимную выгоду

5. Нейтрализм характеризуется тем, что:

А). каждый из двух видов неблагоприятно влияет друг на друга

Б). виды не оказывают какого-либо влияния друг на друга

В). один вид вызывает угнетение другого, сам при этом не реагируя на его присутствие

Г). один вид получает одностороннюю пользу от другого, для которого присутствие его безразлично

Д). оба вида получают взаимную выгоду

6. Аменсализм характеризуется тем, что:

А). каждый из двух видов неблагоприятно влияет друг на друга

Б). виды не оказывают какого-либо влияния друг на друга

В). один вид вызывает угнетение другого, сам при этом не реагируя на его присутствие

Г). один вид получает одностороннюю пользу от другого, для которого присутствие его безразлично

Д). оба вида получают взаимную выгоду

7. Мутуализм характеризуется тем, что:

А). каждый из двух видов неблагоприятно влияет друг на друга

Б). виды не оказывают какого-либо влияния друг на друга

В). один вид вызывает угнетение другого, сам при этом не реагируя на его присутствие

Г). один вид получает одностороннюю пользу от другого, для которого присутствие его безразлично

Д). оба вида получают взаимную выгоду

8. Как называется форма комменсализма, при котором комменсал обитает в жилище животного-хозяина?

А). синойкия

Б). мутуализм

В). паразитизм

Г). нейтрализм

Д). аменсализм

9. Паразитизм характеризуется тем, что:

А). один из организмов использует хозяина в качестве пищи и среды обитания

Б). взаимодействующие виды неблагоприятно влияют друг на друга

В). один из видов обитает в жилище другого

Г). взаимодействующие виды получают взаимную выгоду

Д). взаимодействующие виды неблагоприятно влияют друг на друга

10. Что такое "биотический потенциал" популяции?

А). возможности размещения вида при оптимальных условиях среды

Б). возможности сопротивления среды

В). способность организмов определенной популяции адаптироваться к условиям среды

Г). способность популяции мигрировать за пределы биоценоза

Д). конкурентноспособность популяции

Контрольные вопросы для определения заключительного уровня знаний

1. Понятие о среде обитания и экологических факторах (абиотических, биотических и антропогенных).

2. Общие закономерности действия факторов среды на организм.

3. Среды жизни и адаптация к ним организмов.

4. Структура популяций.

5. Динамика численности популяции и механизмы ее регулирования.

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Шилов И.А. Экология.- М.: Высш. шк.,2000, 512 с.

2. Одум, Ю. Основы экологии: Учеб. для вузов / Ю. Одум. - М.: Мир, 1975, 740 с.

3. Экология. Юнита 1. Основы экологии. М.:Современный гуманитарный университет, 2001, С.64 –67.

Дополнительная

1. Миллер, Т. Жизнь в окружающей среде: Пер. с англ. В 3 т. Т. II. / Т. Миллер; Под ред. Г.А. Ягодина. - М.: Прогресс-Пангея, 1994.

2. Никаноров А.М. Глобальная экология. Учеб. пособие / А.М. Никаноров. Т.А. Хоружая. - М.: ПРИОР, 2000, 286 с.

3. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. Учеб. пособие для вузов - М., Агентство «ФАИР», 1998, 320 с.

4. Петров К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы: Учеб. пособие для вузов / К-М. Петров. - СПб.: Химия, 1997. - 352 с.

5. Реймерс, Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник. /Н.Ф. Реймерс.- М:Просвещение, 1992, 320 с.

6. Реймерс, Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник/Н.Ф. Реймерс. - М.:Мысль, 1990, 637 с.

7. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Популярный экологический словарь/Под ред. А.М. Гилярова. – М.: Устойчивый мир, 1999, 304 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Задача 1

Изучить динамику рождаемости и смертности в популяции. Рассчитать естественный прирост населения. Сравнить эти показатели по двум районам. Результаты исследования представить в виде графиков.

Показатели рождаемости, смертности, естественного прироста рассчи­тываются на 1000 населения и выражаются в промилях (‰).

число родившихся за год

Рождаемость = ^{________________________________________________ •} 1000

среднегодовая численность населения

число умерших за год

Смертность = ^{________________________________________________ •} 1000

среднегодовая численность населения

число родившихся – число умерших

Естественный = ^{________________________________________________ •} 1000

прирост среднегодовая численность населения

Район I

Район II

Задача 2

Охарактеризовать динамику количества зарегистрирован­ных браков и разводов в популяции (графически). Сравнить эти показатели по 2-м районам (графически).

Район I

Район II

Поиск по сайту: