Ursachen von Bevölkerungsschwankungen. Langfristige Bevölkerungsschwankungen Bevölkerungsdynamik von Dörfern im Weströmischen Reich

Unter günstigen Bedingungen ist ein Bevölkerungswachstum zu beobachten, das so schnell sein kann, dass es zu einer Bevölkerungsexplosion führt. Die Gesamtheit aller Faktoren, die zum Bevölkerungswachstum beitragen, wird als biotisches Potenzial bezeichnet. Er ist groß genug für verschiedene Typen, aber die Wahrscheinlichkeit, die Populationsgrenze unter natürlichen Bedingungen zu erreichen, ist gering, weil dem limitierende (begrenzende) Faktoren entgegenstehen. Die Gesamtheit der Faktoren, die das Bevölkerungswachstum begrenzen, wird als Umweltresistenz bezeichnet. Der Gleichgewichtszustand zwischen dem biotischen Potenzial der Art und dem Widerstand der Umwelt, der die Konstanz der Population aufrechterhält, wird als Homöostase oder dynamisches Gleichgewicht bezeichnet. Wird sie verletzt, kommt es zu Schwankungen der Populationsgröße, d.h. ihre Veränderungen.

Unterscheiden periodisch und nicht periodisch Bevölkerungsschwankungen. Die ersten finden während einer Saison oder mehrerer Jahre statt (4 Jahre - ein periodischer Fruchtzyklus der Zeder, eine Zunahme der Anzahl von Lemmingen, Polarfüchsen, Polareulen; ein Jahr später tragen Apfelbäume Früchte in Gartenparzellen), Die zweiten sind Ausbrüche der Massenvermehrung einiger Schädlinge von Nutzpflanzen, wenn die Umweltbedingungen verletzt werden Lebensräume (Dürren, ungewöhnlich kalt oder warme Winter, zu regnerische Vegetationsperioden), unvorhergesehene Wanderungen in neue Lebensräume. Periodische und nicht periodische Schwankungen der Populationszahlen unter dem Einfluss biotischer und abiotischer Umweltfaktoren, die für alle Populationen charakteristisch sind, werden als Populationswellen bezeichnet.

Jede Population hat eine streng definierte Struktur: genetisch, Geschlecht und Alter, räumlich usw., aber sie kann nicht aus einer geringeren Anzahl von Individuen bestehen, als für die stabile Entwicklung und Widerstandsfähigkeit der Population gegenüber Faktoren erforderlich ist Außenumgebung. Dies ist das Prinzip der Mindestpopulationsgröße. Jegliche Abweichungen der Populationsparameter vom Optimum sind unerwünscht, aber wenn übermäßig hohe Werte stellen sie keine unmittelbare Gefahr für den Bestand der Art dar, so stellt ein Rückgang auf ein Mindestmaß, insbesondere der Populationsgröße, eine Bedrohung für die Art dar.

Allerdings gibt es neben dem Prinzip der minimalen Populationsgröße auch das Prinzip (Regel) des Populationsmaximums. Es liegt daran, dass die Bevölkerung nicht unbegrenzt zunehmen kann. Es ist nur theoretisch in der Lage, zahlenmäßig unbegrenzt zu wachsen.

Nach der Theorie von H.G. Andrevarty - L. K. Birke (1954) - die Theorie der Populationsgrößengrenzen - die Anzahl der natürlichen Populationen wird durch die Erschöpfung der Nahrungsressourcen und Brutbedingungen, die Unzugänglichkeit dieser Ressourcen und eine zu kurze Periode der Beschleunigung des Bevölkerungswachstums begrenzt. Die Theorie der „Grenzen“ wird ergänzt durch die Theorie der biozönotischen Regulierung der Populationsgröße von K. Frederiks (1927): Das Populationswachstum wird durch den Einfluss eines Komplexes abiotischer und biotischer Umweltfaktoren begrenzt.

Faktoren oder Gründe für Bevölkerungsschwankungen:

Ausreichende Versorgung mit Lebensmitteln und deren Mangel;

Konkurrenz zwischen mehreren Populationen um eine ökologische Nische;

äußere (abiotische) Umweltbedingungen: hydrothermales Regime, Beleuchtung, Säuregehalt, Belüftung usw.

Schwankungen (Abweichungen) in den Zahlen haben verschiedene Ursachen. Und sie sind für verschiedene Arten nicht immer gleich. Periodische Schwankungen der Bevölkerungszahl mit einem Zeitraum von 10-11 Jahren werden durch die Häufigkeit der Sonnenaktivität erklärt: Die Anzahl der Sonnenflecken ändert sich mit einem Zeitraum von 11 Jahren. Die Futtermenge ist die Ursache für Schwankungen in Sibirische Seidenraupe: Es gibt einen Blitz nach dem Trocknen warmer Sommer. Es kann zu einem Ausbruch von Zahlen und einer Kombination vieler Umstände kommen. Vor der Küste Floridas werden beispielsweise „rote Gezeiten“ beobachtet. Sie sind nicht periodisch und für ihre Manifestation sind folgende Ereignisse erforderlich: heftige Schauer, Auswaschen von Mikroelementen aus dem Boden (Eisen, Zink, Kobalt - ihre Konzentration sollte bis zu einem Zehntausendstel Prozent betragen), niedriger Salzgehalt der Boden, eine gewisse Temperatur und Windstille in Küstennähe. Unter solchen Bedingungen beginnen sich Dinoflagellaten-Algen intensiv zu teilen. Theoretisch können aus einem einzelligen Dinoflagellaten als Ergebnis von 25 aufeinanderfolgenden Teilungen 33 Millionen Individuen entstehen. Das Wasser wird rot. Dinoflagellaten setzen ein tödliches Gift ins Wasser frei, das Fische und andere Meeresbewohner lähmt und schließlich tötet.

Eine Person kann durch ihre Aktivität einen Ausbruch einiger Populationen verursachen. Die Folge der anthropogenen Einwirkung ist eine Zunahme der Anzahl saugender Insekten (Blattläuse, Wanzen usw.) nach der Behandlung von Feldern mit Insektiziden, die ihre Feinde vernichten. Dank des Menschen haben Kaninchen und Kaktusfeigenkakteen in Australien, Haussperlinge und Schwammspinner in Nordamerika, Kartoffelkäfer und Reblaus in Europa, kanadische Elodea, amerikanischer Nerz und Bisamratte in Eurasien eine unglaubliche Anzahl von Ausbrüchen hervorgebracht, nachdem sie diese für sie neuen Gebiete betreten hatten , wo es keine ihrer Feinde gab.

Als Folge von Naturkatastrophen kann es zu starken nicht periodischen Bevölkerungsschwankungen kommen. Zum Beispiel sind Ausbrüche von Weidenröschen und der damit verbundenen Insektengemeinschaft bei Flächenbränden üblich. Langfristige Trockenheit verwandelt den Sumpf in eine Wiese und führt zu einer Zunahme der Mitglieder der Wiesenbiozönose.

Die evolutionäre Bedeutung von Populationswellen besteht darin, dass sie:

Allelfrequenzen ändern (kleine Wellen am Höhepunkt können sich phänotypisch manifestieren und am Abfall können sie aus dem Genpool verschwinden);

· Auf dem Höhepunkt der Welle verschmelzen isolierte Populationen, Migration und Panmixie nehmen zu und die Heterogenität des Genpools nimmt zu;

· Populationswellen verändern die Intensität der natürlichen Selektion und deren Richtung.

Wenn eine Population aufhört zu wachsen, neigt ihre Dichte dazu, um das obere asymptotische Wachstumsniveau herum zu schwanken. Solche Schwankungen können entweder als Folge von Veränderungen in der physikalischen Umgebung entstehen, wodurch die Obergrenze der Abundanz zunimmt oder abnimmt, oder aufgrund von Interaktionen innerhalb der Population oder schließlich als Folge von Interaktionen mit benachbarten Populationen. Nach der Obergrenze der Populationsgröße ( ZU) erreicht ist, kann die Dichte einige Zeit auf diesem Niveau bleiben oder sofort stark abfallen (Abb. 8.7, Kurve 1 ). Dieser Abfall fällt noch stärker aus, wenn der Widerstand der Umgebung nicht mit zunehmender Bevölkerung allmählich zunimmt, sondern plötzlich auftritt (Abb. 8.7, Kurve 2). In diesem Fall wird die Bevölkerung das biotische Potenzial realisieren.

Reis.

Exponentielles Wachstum kann jedoch nicht lange anhalten. Wenn der Exponent den „paradoxen Punkt“ des Strebens nach Unendlichkeit erreicht, tritt in der Regel ein qualitativer Sprung auf - ein rascher Anstieg der Zahl wird durch einen Massentod von Individuen ersetzt. Ein Beispiel für solche Schwankungen ist ein Ausbruch der Insektenvermehrung mit anschließendem Massensterben sowie die Vermehrung und das Absterben von Algenzellen (Aufblühen von Gewässern).

Es ist auch eine Situation möglich, in der die Populationsgröße über das Grenzniveau springt (Abb. 8.7, Kurven 3 , 4). Dies ist insbesondere zu beobachten, wenn Tiere an Orte gebracht werden, an denen sie vorher nicht existierten (z. B. Besatz neuer Teiche mit Fischen). In diesem Fall wurden bereits vor Beginn des Bevölkerungswachstums Nährstoffe und andere für die Entwicklung notwendige Faktoren angesammelt, und die Mechanismen der Bevölkerungsregulierung sind noch nicht in Kraft.

Es gibt zwei Haupttypen von Bevölkerungsschwankungen (Abbildung 8.8).

Reis. 8.8.

Beim ersten Typ führen periodische Umweltstörungen wie Brände, Überschwemmungen, Wirbelstürme und Dürren oft zu einer katastrophalen, dichteunabhängigen Sterblichkeit. Daher wächst die Population einjähriger Pflanzen und Insekten normalerweise im Frühling und Sommer schnell und nimmt mit dem Einsetzen der Kälte stark ab. Populationen, deren Wachstum regelmäßige oder zufällige Bursts ergibt, werden genannt opportunistisch(Abb. 8.8, Grafik /). Andere Populationen, die sog Gleichgewicht(charakteristisch für viele Wirbeltiere) befinden sich in der Regel in einem Zustand nahe dem Ressourcengleichgewicht, und ihre Dichtewerte sind viel stabiler (Abb. 8.8, Grafik 2).

Die beiden unterschiedlichen Populationstypen stellen nur die Extrempunkte des Kontinuums dar, beim Vergleich verschiedener Populationen ist eine solche Unterteilung jedoch oft sinnvoll. Die Bedeutung der Gegenüberstellung opportunistischer Populationen mit Gleichgewichtspopulationen liegt darin, dass die auf sie einwirkenden dichteabhängigen und dichteunabhängigen Faktoren sowie die dabei stattfindenden Ereignisse die natürliche Selektion und die Populationen selbst auf unterschiedliche Weise beeinflussen. R. MacArthur und E. Wilson (1967) nannten diese gegensätzlichen Arten der Selektion r-Auswahl Und K-Auswahl nach den beiden Parametern der logistischen Gleichung. Einige charakteristische Merkmale der r-Selektion und der /r-Selektion sind in der Tabelle angegeben. 8.1.

Natürlich ist die Welt nicht nur schwarz-weiß gemalt. Keine der Arten unterliegt nur der r-Selektion oder nur der AG-Selektion; jeder muss einen gewissen Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen finden. Allerdings kann man von jedem spezifischen Organismus nur im Vergleich mit anderen Organismen als „r-Stratege“ oder „/^-Stratege“ sprechen, und daher sind alle Aussagen über die beiden ausgewählten Arten der Selektion relativ. Jedoch,

Die Hauptmerkmale von / -Auswahl und A "-Auswahl

Tabelle 8.1

Populationsparameter, Selektionsrichtung
Individuelle Größen
Dauer	Kurz, normalerweise weniger als ein Jahr	Lang, normalerweise mehr als ein Jahr
Mortalität	Normalerweise katastrophal, ungerichtet, dichteunabhängig	Richtungsabhängiger, dichteabhängig
Überlebenskurve	Normalerweise der dritte Typ	Normalerweise die erste und zweite Art
Einwohnerzahl	Zeitlich variabel, nicht im Gleichgewicht, unterhalb der Grenzkapazität des Mediums; ökologisches Vakuum; Jahresbelegung	Zeitkonstanter, Gleichgewicht, nah an der Grenzkapazität des Mediums; Neubesiedelungen sind nicht erforderlich
Wettbewerb	Wechselhaft, oft schwach	Meist akut
Auswahl begünstigt	Schnelle Entwicklung, hohe Bevölkerungswachstumsrate, frühe Reproduktion, der einzige Reproduktionsakt im Leben, eine große Anzahl kleine Nachkommen	Langsamere Entwicklung, größere Wettbewerbsfähigkeit, spätere Reproduktion, wiederholte Brutereignisse im Laufe des Lebens, weniger größere Nachkommen

bestreiten, dass es zwei entgegengesetzte Brutstrategien gibt, auf die Populationen in Abhängigkeit von Schwankungen in der Kapazität der Umwelt zurückgreifen. Abbildung 8.9 zeigt, wie der Mechanismus der m-Selektion oder A "-Selektion in der Evolution fixiert werden könnte: In A"-selektiven Umgebungen trägt die Selektion zur Bildung von Mechanismen bei, die Umweltschwankungen kompensieren, und in /*-selektiven Umgebungen die Bevölkerung "verbessert" die Fähigkeit, den Mittwoch zur richtigen Zeit des Jahres schnell zu bevölkern.

Zeitlich sind Schwankungen der Populationsgröße Nicht periodisch Und periodisch. Letztere lassen sich in Schwankungen mit mehrjährigem Zeitraum und saisonale Schwankungen unterteilen. Nicht periodische Schwankungen sind unvorhergesehen.

Reis. 8.9.

Im Pazifischen Ozean, insbesondere im Bereich des Great Barrier Reef nordöstlich von Australien, ist seit 1966 eine Zunahme der Dornenkronen-Seesterne zu verzeichnen (Acanthaster planci). Diese Art, die vorher klein war (weniger als ein Individuum pro 1 m 2), erreichte Anfang der 1970er Jahre. Dichte 1 Individuum pro 1 m 2. Der Seestern fügt den Korallenriffen großen Schaden zu, da er sich von den Polypen ernährt, die ihren lebenden Teil ausmachen. Sie hat in weniger als drei Jahren einen 40 Kilometer langen Riffstreifen vor Guam geräumt. Keine der Hypothesen schlug vor, die plötzliche Zunahme der Seesterne (das Verschwinden eines ihrer Feinde - das Tritoniumhorn der Gastropodenmolluske) zu erklären (Charonia Triton ist), die wegen perlmutthaltiger Muscheln abgebaut wird; inhaltlich zunehmen Meerwasser DDT und damit verbunden die Verletzung des natürlichen Gleichgewichts; Wirkung des radioaktiven Niederschlags) kann nicht als zufriedenstellend angesehen werden.

Ein Beispiel für periodische Populationsschwankungen mit einem Zeitraum von mehreren Jahren sind die Populationen einiger arktischer Säugetiere und Vögel. Bei Hase und Luchs beträgt die Populationsschwankungsdauer 9,6 Jahre (Abb. 8.10).

Wie der Abbildung zu entnehmen ist, verschiebt sich die maximale Abundanz des Hasen gegenüber der Abundanz des Luchses in der Regel um ein bis zwei Jahre nach hinten. Das ist durchaus verständlich: Der Luchs ernährt sich von Hasen, und daher müssen Schwankungen in seiner Anzahl mit Schwankungen in der Anzahl seiner Beutetiere verbunden sein.

Reis. 8.10. Periodische Schwankungen der Hasenpopulationen (Grafik 1) und Luchse (Grafik 2), bestimmt durch die Anzahl der von der Hudson Strait Company geernteten Häute

Zyklische Zahlenveränderungen mit einem durchschnittlichen Zeitraum von vier Jahren sind typisch für die Bewohner der Tundra: Schnee-Eule, Polarfuchs und Lemming. Nach Ansicht vieler Wissenschaftler wird die Periodizität der 9,6-Jahres-Zyklen bei Hase und Luchs durch im Weltraum auftretende Phänomene bestimmt und ist irgendwie mit Sonnenzyklen verbunden. Eine ähnliche Abhängigkeit wird beispielsweise beim Atlantischen Kanadischen Lachs beobachtet, dessen maximale Anzahl alle 9-10 Jahre beobachtet wird.

Die Ursachen für andere periodische Bevölkerungsschwankungen sind bekannt. Vor der Küste von Peru gibt es eine Überschreitung warmer Gewässer nach Süden, bekannt als El Niño. Ungefähr alle sieben Jahre warme Gewässer Kälte von der Oberfläche verdrängen. Die Wassertemperatur steigt schnell um 5 ° C, der Salzgehalt ändert sich, Plankton stirbt ab und sättigt das Wasser mit Zerfallsprodukten. Als Folge sterben Fische, gefolgt von Seevögeln.

Fälle saisonaler Schwankungen der Bevölkerungszahlen sind allen bekannt. Wolken von Mücken, eine große Anzahl von Vögeln, die die Wälder bewohnen, werden normalerweise zu einer bestimmten Jahreszeit beobachtet. In anderen Jahreszeiten können die Populationen dieser Arten praktisch verschwinden.

In Ökosystemen mit einfacher Struktur (Agrobiogeozänosen, Wüsten-, Halbwüsten- und Tundra-Ökosysteme) unterliegt die Gemeinschaft der Organismen starker Einfluss körperliche Belastung. In solchen Biogeozänosen wird die Anzahl der Populationen stark von den Eigenschaften des Wetters, der Wasser- und Luftströmungen, der Chemie der Umwelt und dem Grad ihrer Verschmutzung beeinflusst. In natürlichen Biogeozänen mit einer komplexen Struktur und einer reichen Artenvielfalt, die aus einer großen Anzahl von Populationen bestehen, werden Populationsschwankungen hauptsächlich durch biotische Faktoren gesteuert. Daher ist es bei der Untersuchung der Ursachen, die Schwankungen in der Anzahl einer bestimmten Population verursachen, erforderlich, eine klare Vorstellung davon zu haben, wie unabhängig , also ungefähr dichteabhängige Faktoren.

Die erste umfasst Faktoren, die ständig auf die Bevölkerung einwirken. Dies sind abiotische und vor allem klimatische Faktoren der Sterblichkeit. Ungünstiges Wetter kann zum Tod von Individuen einer Population führen, die noch keine stabile Entwicklungsphase erreicht hat. Der Einfluss von Temperatur, Beleuchtung und Feuchtigkeit auf Lebensdauer, Fruchtbarkeit, Sterblichkeit und andere Eigenschaften von Organismen ist bekannt. Außerdem wirken sich klimatische Faktoren direkt und stärker auf poikilotherme Tiere aus als auf homoiotherme. Letztere, die perfekte physiologische Mechanismen haben, werden relativ unabhängig von der äußeren Umgebung. Die Abnahme der Populationsgröße bei starken Temperaturabfällen ist bei Insekten stärker ausgeprägt als bei Vögeln und insbesondere bei Säugetieren.

Die Wirkung klimatischer Faktoren zeigt sich nicht immer sofort und sofort. Beispielsweise führen in der Taiga günstige Wetterbedingungen zu einem hohen Samenertrag in einem Jahr, und eine Zunahme der Tierpopulation mit reichlich Nahrung wird erst nach zwei Jahren beobachtet. Gleichzeitig wirken die Wetterbedingungen unabhängig von der Bevölkerungsdichte.

Unabhängig von der Dichte spielen auch andere Faktoren eine Rolle. Somit bestimmt die Anzahl der Baumhöhlen in einem bestimmten Wald die Anzahl der Höhlenbrüter. Es versteht sich von selbst, dass die Anzahl der Höhlen in keiner Weise von der Dichte der höhlenbrütenden Populationen abhängt. Andererseits kann der Wohnraum die Bevölkerungsgröße begrenzen. Beispielsweise wird die Anzahl der weißen Rebhühner, einer Reihe von Säugetieren (Bisamratte usw.) stark reduziert, wenn sie selbst bei einer günstigen Kombination anderer Faktoren keine geeigneten Lebensräume finden.

Dichteabhängige Faktoren beeinflussen im Allgemeinen die Geschwindigkeit des Bevölkerungswachstums. Es kann sich jedoch in drei Richtungen ändern.

Bei Arten mit starken Populationsschwankungen (Mausnager, Insekten) stabilisieren sich die Populationswachstumsraten in der Regel bei hoher Populationsdichte, d.h. ändern sich fast nicht, bis die Population die maximale Größe erreicht. Bei maximaler Dichte fällt die Wachstumsrate stark ab.

Die dritte Richtung ist aufgrund des Einflusses dichteabhängiger Faktoren, dass die Bevölkerungswachstumsraten selbst bei durchschnittlichen Dichtewerten maximal sein können. Aber auch in diesem Fall beginnt die Bevölkerungsdichte, nachdem sie ein Maximum erreicht hat, abzunehmen. Dies gilt insbesondere für einige Vögel und Insekten.

7 Intrapopulationsregulierung der Populationsgröße

Die Bevölkerungsdichte hat normalerweise ein gewisses Optimum. Bei jeder Abweichung der Zahl von diesem Optimum beginnen die Mechanismen ihrer Intrapopulationsregulierung zu wirken. Einer der Hauptmechanismen, die zur Etablierung einer stabilen Stabilität in einer Population beitragen, ist die Wirkung von dichteabhängigen Faktoren. Auch abiotische Faktoren wirken sich auf die Sterblichkeit einer Population aus, schaffen aber nicht eigenständig deren stabile Stabilität.

Die Regulation von Populationen bei verschiedenen Tier- und Pflanzenarten erfolgt auf unterschiedliche Weise. Trotzdem wird in jedem von ihnen in gewisser Weise die optimale Dichte hergestellt.

Eine Zunahme der Populationsdichte vieler Insekten geht mit einer Abnahme der Größe der Individuen, einer Abnahme ihrer Fruchtbarkeit, einer Zunahme der Sterblichkeit von Larven und Puppen, einer Änderung der Entwicklungsgeschwindigkeit und des Geschlechterverhältnisses sowie einer Zunahme einher in der Anzahl der diapausierenden Personen, was den aktiven Teil der Bevölkerung stark reduziert.

Oft wird mit einer übermäßigen Zunahme der Bevölkerungsdichte Kannibalismus stimuliert. Ein Paradebeispiel das Phänomen, dass Mehlkäfer ihre eigenen Eier fressen, dienen kann. Kannibalismus wird bei einigen Arten von Fischen, Amphibien und anderen Tieren beobachtet.

Einer der wichtigen Mechanismen der intrapopulären Regulierung des Überflusses ist die Auswanderung, deren Intensität durch eine Zunahme der Bevölkerungsdichte stimuliert wird. Dies ist ganz typisch für viele Insekten, bei denen bei einer bestimmten Populationsdichte einige der Individuen, manchmal bedeutende, in ihre weniger bevorzugten Lebensräume des gleichen Verbreitungsgebiets vertrieben werden. Bei einigen Blattlausarten geht eine Zunahme der Populationsdichte mit dem Auftreten geflügelter Individuen einher, die sich ansiedeln können. Wenn die Population überfüllt ist, kommt es bei einer Reihe von Säugetieren (insbesondere bei mausähnlichen Nagetieren) und Vögeln zur Auswanderung.

Die regulatorische Rolle des innerartlichen Wettbewerbs um begrenzte Ressourcen ist hinreichend untersucht. Bei Aasfliegen kommen aus den vielen Eiern, die auf die Leiche gelegt werden, so viele Larven, dass nicht genug Nahrung für alle da ist. Infolgedessen steigt ihre Sterblichkeitsrate in jungen Jahren katastrophal an. Ein ähnliches Phänomen wurde bei Borkenkäfern), Lasius-Ameisen, einigen Libellen und anderen Insekten gefunden.

Innerpopuläre Regulationsmechanismen des Überflusses manifestieren sich im einfachsten Fall in Form einer direkten Konkurrenz um lebensnotwendige Ressourcen, deren Menge nicht ausreicht, um den Bedarf aller Individuen zu decken. Es ist bekannt, dass die Populationsdichte von Apfel- und Kohlwickler durch Konkurrenz um Nahrung und Verpuppungsplätze reguliert wird. Die intraspezifische Konkurrenz einiger Fliegen führt bei einer Erhöhung der Populationsdichte auf ein bestimmtes Niveau zu einer Abnahme der Puppenmasse, die mit einer erhöhten Sterblichkeit einhergeht.

Das Problem ist wichtig „Minimal lebensfähige Bevölkerung“ , deren Kern darin besteht, die minimale Bevölkerungsgröße zu bestimmen, die ihre Existenz für einen ausreichend langen Zeitraum gewährleisten würde. Gleichzeitig bewirkt ein Absinken der Populationsdichte unter das optimale Niveau, beispielsweise bei vermehrter Vernichtung von Ratten, eine Steigerung der Fruchtbarkeit und stimuliert deren frühere Pubertät.

Einige Mechanismen der Regulierung der Populationsgröße können gleichzeitig als Mechanismen fungieren, die intraspezifische Konkurrenz verhindern. Wenn also ein Vogel seinen Nistplatz durch Singen markiert, dann nistet ein anderes Paar der gleichen Art außerhalb davon. Spuren, die viele Säugetiere hinterlassen, schränken ihr Jagdgebiet ein und verhindern die Einschleppung anderer Individuen. All dies reduziert den intraspezifischen Wettbewerb und verhindert eine übermäßige Populationsverdichtung.

Bei Pflanzen sind die Regulationsmechanismen der Populationsgröße zunächst die intraspezifische Konkurrenz. Es ist normalerweise mit einer erhöhten Wachstumsdichte verbunden. Bei überverdichteten Kulturen kommt es beispielsweise zu einer Abnahme der Menge an Samenproduktion, was zu einer Verringerung der Samenproduktion geführt hat sehr wichtig für Land- und Forstwirtschaft. Meistens konkurrieren Pflanzen der gleichen Art um Licht und Feuchtigkeit. In dichten Kulturen beschatten sie sich gegenseitig, mit einer begrenzten Wassermenge fehlt es ihnen. Infolgedessen sterben einige von ihnen. Dieses Phänomen ist am charakteristischsten für viele Gartenkulturen und Waldpflanzen. Es gibt immer deutlich mehr junge Pflanzen im Wald als alte. Innerartliche Feuchtigkeitskonkurrenz erklärt die oft vorkommende regelmäßige Verbreitung von Wüstenpflanzen. Es scheint, als hätte jemand sie in einem streng definierten Abstand voneinander platziert. Im Flachland, in Oasen, verschwindet diese gleichmäßige Spärlichkeit der Pflanzenpopulationen sofort. Lichtliebende und relativ feuchtigkeitsliebende Affenbrotbäume sind in ähnlicher Weise in den afrikanischen Savannen verbreitet.

Allerdings ist zu bedenken, dass die Population in der Regel Teil der Gemeinschaft ist und die nachhaltige Existenz von Biozönosen nur bei bestimmten Mengenverhältnissen aller Bestandteile möglich ist. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die Abundanz zu regulieren, die einen stabilen Zustand sowohl der einzelnen Populationen als auch der Biozönosen insgesamt sicherstellt.

8 Bevölkerung als selbstregulierendes System

Populationen von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen haben die Fähigkeit, ihre Dichte auf natürliche Weise zu regulieren, d.h. die Dichte bleibt mit mehr oder weniger starken Schwankungen zwischen ihrer Ober- und Untergrenze in einem stationären Zustand. Dies wird durch die Wirkung bestimmter Anpassungsmechanismen sichergestellt. Sie beruht darauf, dass die für das Überleben einer bestimmten Population notwendige Energieversorgung ein bestimmtes Maß nicht überschreitet und somit die Größe dieser Population erhält.

Die Tendenz lebender Systeme, einschließlich Populationen, die innere Stabilität durch ihre eigenen Regulationsmechanismen aufrechtzuerhalten, wird als bezeichnet Ich bin Homöostase und Schwankungen in der Bevölkerungszahl innerhalb eines Durchschnittswertes - ihr dynamisches Gleichgewicht.

Die biologische Regulation (dynamisches Gleichgewicht, Homöostase) einer Population oder ihre automatische Selbstregulation kann nicht durch abiotische Faktoren unabhängig von der Populationsdichte verursacht werden, wenn sie isoliert von biotischen Faktoren wirken. Nur Faktoren, die von der Bevölkerungsdichte abhängen, sind in der Lage, die Bevölkerung zu regulieren und für ihr Gleichgewicht zu sorgen.

Alle biologischen Systeme zeichnen sich durch eine mehr oder weniger große Fähigkeit zur Selbstregulation aus, d.h. Zu Homöostase. Mit Hilfe der Selbstregulierung wird die Existenz jedes Systems als Ganzes unterstützt - seine Zusammensetzung und Struktur, charakteristische interne Verbindungen und Transformationen in Raum und Zeit. Solche homöostatischen Systeme sind zuallererst jedes Individuum und dann die Bevölkerung. Da selbstregulierende Systeme nicht geschlossen sind, interagieren sie aktiv mit der äußeren Umgebung und unterliegen daher Veränderungen. Veränderungen sind nicht nur zyklisch mit einer Rückkehr zum ursprünglichen Zustand, sondern auch historisch irreversibel. Beide sind jedoch in Richtung Systemerhalt, in diesem Fall der Bevölkerung, reguliert.

Die Selbstregulierung der Bevölkerung erfolgt durch zwei in der Natur gegeneinander wirkende Pufferkräfte. Dies ist einerseits die Fortpflanzungsfähigkeit von Organismen, andererseits Reaktionen, die von der Bevölkerungsdichte abhängen und die Fortpflanzung begrenzen.

Selbstregulation ist eine notwendige Anpassung von Organismen, um das Leben unter ständig wechselnden Bedingungen aufrechtzuerhalten.

In der evolutionären Entwicklung von Organismen betreffen Veränderungen nicht ein Individuum, sondern deren Gesamtheit – eine Population. Diese Änderungen sind auch regulatorischer Natur. Deshalb hat die Bevölkerung als elementare Entwicklungseinheit nicht nur eine spezifische Struktur, sondern auch die Fähigkeit zur Selbstregulation. Gleichzeitig wird seine Anzahl durch die Reproduktionsrate, die phänotypische Vielfalt - durch natürliche Selektion und genetisch - durch Mutation, Kreuzung, natürliche Selektion reguliert.

Populationen sind offene Systeme. Es gibt viele Kanäle, über die Informationen in die Bevölkerung gelangen. Diese Eingangskanäle, die die Bevölkerung mit der äußeren Umgebung verbinden, sind spezialisiert und werden von der Bevölkerung selbst kontrolliert. Daher werden alle Regulationsvorgänge immer aufgrund der innerhalb der Bevölkerung wirkenden Kräfte durchgeführt. Daher ist die biologische Regulation eine Selbstregulation. Trotz der Tatsache, dass die Bevölkerung über einen internen Selbstregulierungsmechanismus verfügt, dessen Wirkung darauf abzielt, die Konstanz der Struktur aufrechtzuerhalten, bleibt diese in der neuen Umgebung, dh bei einer Änderung der Bedingungen, nicht unverändert der Existenz ändert sich auch die Bevölkerung.

Denn bei der Betrachtung von Fragestellungen im Zusammenhang mit Fertilität, Sterblichkeit, Wanderungen von Individuen, mit dem Einfluss dichteabhängiger und unabhängiger Faktoren auf die Anzahl innerartlicher Gruppen, mit innerartlicher Konkurrenz, dem Gruppeneffekt, der Phasenvariabilität und anderen Phänomenen werden die Prozesse der Selbstregulierung der Bevölkerungszahl bereits dargestellt wurden, beschränken wir uns auf die folgenden Beispiele. Es ist bekannt, dass Veränderungen der Umweltbedingungen zu einem starken Anstieg der Sterblichkeit führen können. Infolgedessen erscheint in der Bevölkerung ein Signal, das über einen katastrophalen Rückgang der Anzahl informiert. Dies betrifft die Physiologie aller Mitglieder der Bevölkerung, was sich in der Mobilisierung ihrer Ressourcen manifestiert, um die Energiekosten zu minimieren, ein normales Leben aufrechtzuerhalten und die Widerstandskraft des Einzelnen zu erhöhen ungünstige Faktoren. Infolgedessen nimmt die Alterungsrate der Individuen ab, die relative Anzahl der Frauen steigt und ihre Fruchtbarkeit steigt. Dieses Phänomen wurde in Populationen vieler Tiere untersucht, insbesondere Insekten, Amphibien und mausähnliche Nagetiere.

Diametral entgegengesetzter Charakter ist die Selbstregulierung mit einer starken Zunahme der Bevölkerungsdichte. Die überfüllte Bevölkerung erhält ein entsprechendes Signal, und ihre einzelnen Individuen werden zu Kannibalen und vernichten ihre Artgenossen intensiv. Darüber hinaus nimmt die Fruchtbarkeit der Frauen stark ab und die Sterblichkeit der schwächsten Personen steigt. Infolgedessen normalisiert sich die Populationsgröße nach relativ kurzer Zeit.

Ein wichtiger Mechanismus zur Regulierung des Überflusses, der sich in einer überfüllten Bevölkerung manifestiert, ist Stress-Reaktion (vom englischen Stress - Spannung). Wenn die Bevölkerung von einem starken Reiz betroffen ist, reagiert sie darauf mit einer unspezifischen Reaktion, die als Stress bezeichnet wird. In der Tierwelt gibt es viele Formen von Stress: anthropisch (tritt bei Tieren unter dem Einfluss menschlicher Aktivitäten auf); neuropsychisch (manifestiert sich, wenn Individuen in einer Gruppe unvereinbar sind oder als Folge von Bevölkerungsüberfüllung); Thermal; Lärm usw. Zum Beispiel erfahren einzelne Individuen infolge der Überfüllung der Bevölkerung solche physiologischen Veränderungen, die zu einem starken Rückgang der Geburtenrate und einem Anstieg der Sterblichkeit führen. Bei Säugetieren wird dieses Phänomen genannt Stresssyndrom . In diesem Fall werden die Tiere so aggressiv (gewalttätige Kämpfe, Intoleranz gegenüber der Anwesenheit eines Nachbarn usw.), dass sie die Brut fast vollständig einstellen. In einem Stresszustand nimmt die Nebennierenrinde zu und die Konzentration von Kortikosteroidhormonen steigt. Bei Frauen ist der Eisprung gestört, es kommt zu einer Resorption von Embryonen, es treten keine Instinkte zur Fürsorge für Nachkommen auf usw.

Die Art der Signale, die von der Bevölkerung als „Auftrag“ zum Handeln wahrgenommen werden, ist sehr vielfältig, und das Signalisierungssystem funktioniert einwandfrei. Daher verursacht auch eine extrem hohe Dichte oder Sterblichkeit keine scharfen Störungen in der Bevölkerungsstruktur. Dies garantiert die Wiederherstellung der Populationsgröße im Optimum innerhalb relativ kurzer Zeit. So endeten beispielsweise zahlreiche Ausbrüche der Massenvermehrung von Schadinsekten.

Folglich ist jede Population von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen ein perfektes lebendes System, das zur Selbstregulierung fähig ist. Gleichzeitig dürfen wir nicht vergessen, dass die Bevölkerung die kleinste sich entwickelnde Einheit ist. Sie existiert nicht isoliert, sondern in Verbindung mit Populationen anderer Arten. Daher sind in der Natur auch Nichtpopulationsmechanismen der automatischen Regulierung, genauer gesagt Interpopulationsmechanismen, weit verbreitet. Gleichzeitig ist die Population ein reguliertes Objekt, und die Biogeozänose, die aus vielen Populationen verschiedener Arten besteht, fungiert als Regulator. Die Biogeozänose als Ganzes und die Populationen anderer Arten, die darin enthalten sind, beeinflussen am stärksten diese spezielle Population, und jede Population beeinflusst ihrerseits die Biogeozänose, von der sie ein Teil ist.

Bundesamt für Bildung

SEI "Staatliche Polytechnische Universität St. Petersburg"

Disziplin: Ökologie

zum Thema: Bestandsschwankungen in natürlichen Populationen

Einführung

Abschluss

Referenzliste

Einführung

Bevölkerung (von lateinisch - populus - Volk, Bevölkerung) - einer der zentralen Begriffe in der Ökologie und bezeichnet eine Gruppe von Individuen derselben Art, die einen gemeinsamen Genpool und ein gemeinsames Territorium haben. Es ist das erste superorganische biologische System. Die Haupteigenschaft von Populationen ist, wie auch andere biologische Systeme, dass sie in ständiger Bewegung sind und sich ständig verändern. Dies spiegelt sich in allen Parametern wider: Produktivität, Nachhaltigkeit, Struktur, Verteilung im Raum.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Populationen gehört die Dynamik der für sie charakteristischen Anzahl von Individuen und die Mechanismen ihrer Regulierung. Jede signifikante Abweichung der Anzahl der Individuen in Populationen vom Optimum ist mit negativen Folgen für ihre Existenz verbunden. In dieser Hinsicht verfügen Populationen normalerweise über Anpassungsmechanismen, die sowohl zu einer Abnahme der Abundanz beitragen, wenn sie den optimalen Wert deutlich überschreitet, als auch zu ihrer Wiederherstellung, wenn sie unter die optimalen Werte sinkt.

Der Bevölkerungswandel geht mit einer Umstrukturierung der Altersstruktur einher. Wenn die Bevölkerung zunimmt, was geschieht, wenn genügend notwendige Ressourcen (Nahrung, Platz) vorhanden sind, wird eine Zunahme des Anteils junger Menschen festgestellt. Das Bevölkerungswachstum führt letztlich zu einem Rückgang der Ressourcen, die der Einzelne benötigt. Der zahlenmäßige Rückgang geht mit einem Rückgang des Anteils der Individuen einher jüngeres Alter und eine Zunahme der Sterblichkeit und dauert bis zum nächsten an günstiger Zeitraum, was zu einem weiteren Anstieg der Zahl führte. Die Relevanz dieses Themas liegt darin, dass eine umfassende Untersuchung solch gravierender Umweltindikatoren wie Populationsschwankungen notwendig ist, da deren gravierende Abweichungen zum Aussterben ganzer Arten führen können.

1. Das Konzept der Bevölkerungsgröße

Einwohnerzahl- Dies ist die Gesamtzahl der Individuen der n-ten Art, die in einem bestimmten Gebiet vorkommen. Zum Beispiel hat die Population des Ussuri-Tigers etwa 300 Individuen, des Ladoga-Siegels etwa 10.000, des asiatischen Löwen etwa 70 Individuen und des Bisons etwa 2.000.

Die Populationsgröße ist ein wichtiges ökologisches Merkmal einer Population. Die Anzahl der Individuen in einer Population ist von großer evolutionärer Bedeutung. Aber es ist nicht wichtig Gesamtstärke Individuen in der Bevölkerung, und die effektive Anzahl - Reproduktionszahl - jener Teil der Bevölkerung, der den Genpool der nächsten Generation bildet (genetisch effektiver Wert).

Für eine Person beträgt die effektive Anzahl 45, für eine Hausmaus - 10, für die Aedes-Mücke und Drosophila - 500, für die Molluskenkette Nemoralis - 230, für Asseln (Landkrebs) - 19 Individuen.

Nach Erreichen der Endphase des Wachstums schwankt die Bevölkerungsgröße von Generation zu Generation weiter um einen mehr oder weniger konstanten Wert. Gleichzeitig ändert sich die Anzahl einiger Arten unregelmäßig mit einer großen Schwankungsamplitude (Schädlinge, Unkräuter), Schwankungen in der Anzahl anderer (z. B. kleine Säugetiere) haben eine relativ konstante Periode und in Populationen dritter Arten , die Anzahl schwankt leicht von Jahr zu Jahr (langlebige große Wirbeltiere und Gehölze).

In der Natur gibt es hauptsächlich drei Arten von Populationsveränderungskurven: relativ stabile, sprunghafte und zyklische Arten, bei denen die Anzahl von Jahr zu Jahr auf dem Niveau der Stützung liegt stabil Bevölkerungen. Diese Persistenz ist für viele Arten charakteristisch. Tierwelt und kommt zum Beispiel in intakten tropischen Regenwäldern vor, wo der durchschnittliche jährliche Niederschlag und die Temperatur von Tag zu Tag und nur sehr wenig von Jahr zu Jahr variieren.

Bei anderen Arten sind Populationsschwankungen korrekt zyklisch Charakter.

Eine Reihe von Arten, wie der Waschbär, haben im Allgemeinen ziemlich stabile Populationen, aber von Zeit zu Zeit steigt ihre Anzahl auf einen Höhepunkt (Sprung) und fällt dann auf ein niedriges, aber relativ stabiles Niveau. Diese Arten gehören zu den Populationen krampfhaft Zunahme der Abundanz Eine plötzliche Zunahme der Abundanz tritt mit einer vorübergehenden Zunahme der Kapazität der Umwelt für eine bestimmte Bevölkerung auf und kann mit einer Verbesserung der Klimabedingungen(Faktoren) und Ernährung oder ein starker Rückgang der Zahl der Raubtiere (einschließlich Jäger). Nach Überschreitung der neuen, höheren Kapazität der Umwelt in der Bevölkerung steigt die Sterblichkeit und ihre Größe wird stark reduziert.

Im Laufe der Geschichte in verschiedene Länder Mehr als einmal gab es Fälle des Zusammenbruchs der menschlichen Bevölkerung, zum Beispiel in Irland im Jahr 1845, als die gesamte Kartoffelernte an den Folgen einer Pilzinfektion starb. Da die irische Ernährung stark von Kartoffeln abhängig war, war bis 1900 die Hälfte der acht Millionen Einwohner Irlands verhungert oder in andere Länder ausgewandert.

Dennoch wächst die Zahl der Menschen auf der Erde im Allgemeinen und in vielen Regionen im Besonderen weiter. Die Menschen haben durch technologische, soziale und kulturelle Veränderungen die Tragfähigkeit des Planeten für sich selbst immer wieder erhöht. Im Wesentlichen konnten sie ihre ökologische Nische verändern, indem sie die Nahrungsmittelproduktion steigerten, Krankheiten bekämpften und große Mengen an Energie und materiellen Ressourcen verwendeten, um normalerweise unbewohnbare Regionen der Erde bewohnbar zu machen.

Das moderne Konzept der automatischen Bevölkerungskontrolle basiert im Wesentlichen auf einer Kombination von zweien verschiedene Phänomene: Modifikationen oder zufällige Schwankungen in Zahlen und Regelungen, die nach dem Prinzip der kybernetischen Rückkopplung und Nivellierung von Schwankungen arbeiten. Dementsprechend zuordnen modifizieren(unabhängig von der Bevölkerungsdichte) und regulieren(abhängig von der Bevölkerungsdichte) Umweltfaktoren, von denen die ersten entweder direkt oder durch Veränderungen in anderen Komponenten der Biozönose auf Organismen einwirken. Modifizierende Faktoren sind im Wesentlichen verschiedene abiotische Faktoren. Regulatorische Faktoren sind mit der Existenz und Aktivität lebender Organismen verbunden (biotische Faktoren), da nur Lebewesen nach dem Prinzip der negativen Rückkopplung auf die Dichte ihrer eigenen Population und Populationen anderer Arten reagieren können. Wenn die Auswirkungen von modifizierenden Faktoren nur zu Transformationen (Modifikationen) von Populationsschwankungen führen, ohne sie zu eliminieren, dann stabilisieren (regulieren) regulierende Faktoren die Population auf einem bestimmten Niveau, indem sie zufällige Abweichungen nivellieren. Auf verschiedenen Bevölkerungsebenen sind die regulatorischen Faktoren jedoch grundlegend unterschiedlich. Wenn die Beutepopulation eine noch größere Zahl erreicht, werden Bedingungen für die Ausbreitung von Krankheiten geschaffen, und schließlich ist der begrenzende Faktor der Regulierung die innerartliche Konkurrenz, die zur Erschöpfung der verfügbaren Ressourcen und zur Entwicklung von Stressreaktionen in der Beutepopulation führt.

Die allgemeine Veränderung der Größe der natürlichen Bevölkerung wird durch Prozesse wie Geburtenrate, Sterblichkeit und Migration von Individuen bestimmt.

Fruchtbarkeit zwischen absolut und spezifisch unterscheiden. Absolute Fertilität ist die Anzahl der neuen Individuen, die pro Zeiteinheit erschienen, und spezifisch ist die gleiche Anzahl, aber bezogen auf eine bestimmte Anzahl von Individuen. Ein Maß für die menschliche Fruchtbarkeit ist beispielsweise die Anzahl der Kinder, die pro 1.000 Einwohner im Laufe des Jahres geboren werden. Die Fruchtbarkeit wird von vielen Faktoren bestimmt: Umweltbedingungen, Nahrungsverfügbarkeit, Biologie der Art (Pubertätsrate, Anzahl der Generationen während der Saison, Verhältnis von Männchen und Weibchen in der Population). Gemäß der Regel der maximalen Geburtenrate (Reproduktion) erscheint unter idealen Bedingungen die maximal mögliche Anzahl neuer Individuen in Populationen; Die Geburtenrate ist begrenzt physiologische Eigenschaften Art.

Die Sterblichkeit ist wie die Fruchtbarkeit absolut (die Anzahl der Personen, die in einer bestimmten Zeit gestorben sind) und spezifisch. Es charakterisiert die Rate des Bevölkerungsrückgangs durch Tod aufgrund von Krankheiten, Alter, Raubtieren, Nahrungsmangel und Spielen Hauptrolle in der Populationsdynamik.

Es gibt drei Arten von Sterblichkeit: in allen Entwicklungsstadien gleich - selten, unter optimalen Bedingungen; erhöhte Sterblichkeit in einem frühen Alter - typisch für die meisten Pflanzen- und Tierarten (bei Bäumen überleben weniger als 1% der Sämlinge bis zur Reife, bei Fischen - 1-2% der Jungfische, bei Insekten - weniger als 0,5% von Larven); hoher Tod im Alter - normalerweise bei Tieren beobachtet, deren Larvenstadien unter günstigen, wenig wechselnden Bedingungen stattfinden: Boden, Holz, lebende Organismen.

2. Bevölkerungsschwankungen

Unter günstigen Bedingungen ist ein Bevölkerungswachstum zu beobachten, das so schnell sein kann, dass es zu einer Bevölkerungsexplosion führt. Die Gesamtheit aller Faktoren, die zum Bevölkerungswachstum beitragen, wird als bezeichnet biotisches Potenzial. Es ist für verschiedene Arten recht hoch, aber die Wahrscheinlichkeit, die Populationsgrenze unter natürlichen Bedingungen zu erreichen, ist gering, weil limitierende (begrenzende) Faktoren dem entgegenstehen. Der Satz von Faktoren, die das Bevölkerungswachstum begrenzen, wird genannt Umgebungsbeständigkeit. Der Gleichgewichtszustand zwischen dem biotischen Potenzial der Art und der Widerstandsfähigkeit der Umwelt unter Aufrechterhaltung der Konstanz der Population wird als bezeichnet Homöostase oder dynamisches Gleichgewicht. Wird sie verletzt, kommt es zu Schwankungen der Populationsgröße, d.h. ihre Veränderungen.

Unterscheiden Sie zwischen periodischen und nichtperiodischen Schwankungen der Bevölkerungszahl. Die ersten finden während einer Saison oder mehrerer Jahre statt (4 Jahre - ein periodischer Fruchtzyklus der Zeder, eine Zunahme der Anzahl von Lemmingen, Polarfüchsen, Polareulen; ein Jahr später tragen Apfelbäume Früchte in Gartenparzellen), die zweiten sind Ausbrüche der Massenvermehrung einiger Schädlinge von Nutzpflanzen, wenn Umweltbedingungen verletzt werden Lebensräume (Dürren, ungewöhnlich kalte oder warme Winter, zu regnerische Vegetationsperioden), unvorhergesehene Migrationen in neue Lebensräume. Periodische und nicht periodische Schwankungen der Populationszahl unter dem Einfluss biotischer und abiotischer Umweltfaktoren, die für alle Populationen charakteristisch sind, werden genannt Bevölkerungswellen .

Jede Population hat eine streng definierte Struktur: genetisch, Geschlecht und Alter, räumlich usw., aber sie kann nicht aus einer geringeren Anzahl von Individuen bestehen, als für die stabile Entwicklung und Widerstandsfähigkeit der Population gegenüber Umweltfaktoren erforderlich ist. Dies ist das Prinzip der Mindestpopulationsgröße. Jegliche Abweichungen der Populationsparameter von den optimalen sind unerwünscht, aber wenn ihre zu hohen Werte keine direkte Gefahr für die Existenz der Art darstellen, stellt eine Verringerung auf ein Mindestmaß, insbesondere der Populationsgröße, eine Bedrohung dar die Arten.

Faktoren oder Gründe für Bevölkerungsschwankungen:

ausreichende Nahrungsversorgung und deren Mangel;

Konkurrenz mehrerer Populationen um eine ökologische Nische;

äußere (abiotische) Umweltbedingungen: hydrothermales Regime, Beleuchtung, Säuregehalt, Belüftung usw.

Schwankungen (Abweichungen) in den Zahlen haben verschiedene Ursachen. Und sie sind für verschiedene Arten nicht immer gleich. Periodische Schwankungen der Bevölkerungszahl mit einem Zeitraum von 10-11 Jahren werden durch die Häufigkeit der Sonnenaktivität erklärt: Die Anzahl der Sonnenflecken ändert sich mit einem Zeitraum von 11 Jahren. Die Futtermenge ist der Grund für Schwankungen bei der Sibirischen Seidenraupe: Sie flammt nach einem trockenen, warmen Sommer auf. Es kann zu einem Ausbruch von Zahlen und einer Kombination vieler Umstände kommen. Vor der Küste Floridas werden beispielsweise „rote Gezeiten“ beobachtet. Sie sind nicht periodisch und für ihre Manifestation sind folgende Ereignisse erforderlich: heftige Schauer, Auswaschen von Mikroelementen aus dem Boden (Eisen, Zink, Kobalt - ihre Konzentration sollte bis zu einem Zehntausendstel Prozent betragen), niedriger Salzgehalt der Boden, eine gewisse Temperatur und Windstille in Küstennähe. Unter solchen Bedingungen beginnen sich Dinoflagellaten-Algen intensiv zu teilen. Theoretisch können aus einem einzelligen Dinoflagellaten als Ergebnis von 25 aufeinanderfolgenden Teilungen 33 Millionen Individuen entstehen. Das Wasser wird rot. Dinoflagellaten setzen ein tödliches Gift ins Wasser frei, das Fische und andere Meeresbewohner lähmt und schließlich tötet.

Die evolutionäre Bedeutung von Populationswellen besteht darin, dass sie:

die Häufigkeit von Allelen ändern (kleine Wellen am Höhepunkt können sich phänotypisch manifestieren und am Abfall können sie aus dem Genpool verschwinden);

Auf dem Höhepunkt der Welle verschmelzen isolierte Populationen, Migration und Panmixie nehmen zu und die Heterogenität des Genpools nimmt zu.

Bevölkerungswellen verändern die Intensität der natürlichen Selektion und ihre Richtung.

Abschluss

Somit sind Populationen einem Komplex abiotischer und biotischer Faktoren ausgesetzt, die die Regulationsmechanismen ihrer Anzahl aktivieren. Daher kommt es in natürlichen Gemeinschaften, die durch menschliche Aktivitäten nicht gestört werden, selten zu einer unkontrollierbaren Zunahme der Anzahl, Erschöpfung der Ressourcen und Tod von Populationen.

Die Zahl der natürlichen Populationen bleibt nicht konstant, da sich die Bedingungen ihrer Umgebung ändern. Der Bereich der Abundanzvariabilität ist bei verschiedenen Arten unterschiedlich. Es ist auf den Grad der Variabilität der Umgebungsbedingungen zurückzuführen, sowie biologische Merkmale bestimmten Typ.

Die Anzahl der Individuen einer Art ist für ihr Überleben von großer Bedeutung. Viele Arten können sich nur normal vermehren, wenn sie in einer größeren Gruppe leben. Ein Kormoran lebt und vermehrt sich also normal, wenn seine Kolonie mindestens 10.000 Individuen hat. Das Prinzip der Mindestpopulationsgröße erklärt, warum seltene Arten nur schwer vor dem Aussterben bewahrt werden können. Zusammen leben erleichtert die Nahrungssuche und den Kampf gegen Feinde. So kann nur ein Rudel Wölfe große Beute fangen, und eine Herde von Pferden und Bisons kann sich erfolgreich gegen Raubtiere verteidigen.

Gleichzeitig führt eine übermäßige Zunahme der Anzahl von Individuen einer Art zu einer Überbevölkerung der Gemeinschaft, einer Intensivierung des Wettbewerbs um Territorium, Nahrung und Führung in der Gruppe.

Ausführliche Lösung § 80 in Biologie für Schüler der 10. Klasse, Autoren Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. 2014

1. Welche Faktoren beeinflussen die Populationsgröße?

Antworten. In natürlichen Systemen mit geringer Artenvielfalt werden Populationen stark von abiotischen und anthropogenen Faktoren beeinflusst. Sie hängt vom Wetter, der chemischen Zusammensetzung der Umgebung und dem Verschmutzungsgrad ab. In Systemen mit hoher Artenvielfalt werden Populationsschwankungen hauptsächlich durch biotische Faktoren gesteuert.

Alle Umweltfaktoren können je nach Art ihres Einflusses auf die Populationsgröße in zwei Gruppen eingeteilt werden.

Faktoren, die von der Bevölkerungsdichte unabhängig sind, verändern die Größe der Populationen in eine Richtung, unabhängig von der Anzahl der Individuen in ihnen. Abiotische und anthropogene Faktoren (mit Ausnahme menschlicher Umweltaktivitäten) beeinflussen die Anzahl der Individuen unabhängig von der Bevölkerungsdichte. Daher verringern strenge Winter die Anzahl der Populationen von poikilothermischen Tieren (Schlangen, Frösche, Eidechsen). Die dicke Eisschicht und der Mangel an ausreichend Sauerstoff unter dem Eis reduzieren die Zahl der Fischpopulationen im Winter. Trockene Sommer und Herbste, gefolgt von frostigen Wintern, reduzieren die Bestände des Kartoffelkäfers. Das unkontrollierte Abschießen von Tieren oder das Fangen von Fischen verringert die Regenerationsfähigkeit ihrer Populationen. Hohe Schadstoffkonzentrationen in Umfeld beeinträchtigen die Abundanz aller empfindlichen Arten.

Die Kapazität der Umwelt (maximale Bevölkerungsgröße) wird durch die Fähigkeit der Umwelt bestimmt, die Bevölkerung mit den notwendigen Ressourcen zu versorgen: Nahrung, Unterkunft, Personen des anderen Geschlechts usw. Wenn sich die Bevölkerungsgröße der Kapazität der Umwelt nähert, Es gibt einen Mangel an Nahrung aufgrund des erhöhten Fressens. Und dann wird der Mechanismus der Regulierung der Populationsgröße durch intraspezifische Konkurrenz um eine Ressource in Gang gesetzt. Ist die Bevölkerungsdichte hoch, wird sie durch eine Zunahme der Sterblichkeit infolge verstärkter Konkurrenz reguliert. Einige Menschen sterben entweder aufgrund von Nahrungsmangel (Pflanzenfresser) oder infolge biologischer oder chemischer Kriegsführung. Eine Zunahme der Sterblichkeit führt zu einer Abnahme der Dichte. Wenn die Bevölkerungsdichte niedrig ist, wird sie durch die Erhöhung der Geburtenrate aufgrund der Erneuerung der Nahrungsressourcen und der Schwächung des Wettbewerbs wieder aufgefüllt.

Biologische Kriegsführung ist das Töten von Konkurrenten innerhalb einer Population durch direkten Angriff (Raubtiere der gleichen Art). Ein starker Rückgang der Nahrungsressourcen kann zu Kannibalismus führen (Essen von Artgenossen). Chemische Kriegsführung ist die Freisetzung von Chemikalien, die Wachstum und Entwicklung hemmen oder junge Individuen (Pflanzen, Wassertiere) töten. Die Manifestation chemischer Kriegsführung kann in der Entwicklung von Kaulquappen beobachtet werden. Bei hoher Dichte geben größere Kaulquappen Substanzen an das Wasser ab, die das Wachstum kleiner Individuen hemmen. Daher schließen nur große Kaulquappen ihre Entwicklung ab. Danach beginnen kleine Kaulquappen zu wachsen.

Die Regulation der Populationsgröße durch die Menge an Nahrungsressourcen wird am Beispiel der Interaktion zwischen Räuber- und Beutepopulationen deutlich. Sie beeinflussen sich gegenseitig in Häufigkeit und Dichte, was zu einem wiederholten Auf und Ab in der Anzahl beider Populationen führt. Darüber hinaus bleibt in diesem System von Schwankungen die Zunahme der Anzahl von Raubtieren in Phase hinter der Zunahme der Anzahl von Beutetieren zurück.

Ein wichtiger Mechanismus für die Regulierung der Zahlen in überfüllten Bevölkerungsgruppen ist die Stressreaktion. Eine Zunahme der Bevölkerungsdichte führt zu einer Zunahme der Häufigkeit von Treffen zwischen Individuen, was zu solchen physiologischen Veränderungen bei ihnen führt, die entweder zu einer Abnahme der Geburtenrate oder zu einer Zunahme der Sterblichkeit führen, was der Grund für die Abnahme der ist Einwohnerzahl. Stress verursacht keine irreversiblen Veränderungen im Körper, sondern führt nur zu einer vorübergehenden Blockade einiger Körperfunktionen. Mit der Beseitigung der Überbevölkerung wird die Fortpflanzungsfähigkeit schnell wiederhergestellt.

Alle von der Bevölkerungsdichte abhängigen Mechanismen der Bevölkerungsregulierung werden eingeschaltet, bevor die Umweltressourcen vollständig erschöpft sind. Aus diesem Grund wird in Populationen eine Selbstregulierung der Zahlen durchgeführt.

2. Welche Beispiele für zyklische Schwankungen der Populationsgröße kennen Sie?

Antworten. In der Natur schwanken Populationen. So kann die Zahl der einzelnen Populationen von Insekten und kleinen Pflanzen Hunderttausende und eine Million Individuen erreichen. Im Gegensatz dazu können Tier- und Pflanzenpopulationen relativ klein sein.

Jede Population kann nicht aus einer kleineren Anzahl von Individuen bestehen, als notwendig ist, um die stabile Implementierung dieser Umgebung und die Stabilität der Population gegenüber Umweltfaktoren zu gewährleisten - das Prinzip der minimalen Populationsgröße.

Die Mindestpopulationsgröße ist artspezifisch. Das Überschreiten des Minimums führt die Bevölkerung in den Tod. Somit wird eine weitere Kreuzung des Tigers in Fernost unweigerlich zum Aussterben führen, da die verbleibenden Einheiten, die nicht in ausreichender Häufigkeit Brutpartner finden, innerhalb weniger Generationen aussterben werden. Dasselbe bedroht seltene Pflanzen (Orchidee "Venus Pantoffel" usw.).

Die Regulierung der Bevölkerungsdichte erfolgt, wenn die Energie- und Raumressourcen vollständig genutzt werden. Eine weitere Zunahme der Bevölkerungsdichte führt zu einer Abnahme des Nahrungsangebots und folglich zu einer Abnahme der Fruchtbarkeit.

Es gibt nichtperiodische (selten beobachtete) und periodische (permanente) Schwankungen in der Anzahl natürlicher Populationen.

Periodische (zyklische) Schwankungen der Bevölkerungszahl. Sie werden in der Regel innerhalb einer Saison oder mehrerer Jahre durchgeführt. Bei Tieren, die in der Tundra leben - Lemminge, Schneeeulen, Polarfüchse - wurden zyklische Veränderungen mit einer Zunahme der Anzahl nach durchschnittlich 4 Jahren registriert. Jahreszeitliche Schwankungen in der Abundanz sind auch charakteristisch für viele Insekten, mausähnliche Nagetiere, Vögel und kleine Wasserorganismen.

"Es gibt bestimmte Ober- und Untergrenzen für durchschnittliche Populationsgrößen, die in der Natur respektiert werden oder die theoretisch für einen beliebig langen Zeitraum bestehen könnten."

Beispiel. Bei wandernden Heuschrecken haben die Larven der Einzelphase in geringer Anzahl eine hellgrüne Farbe und die Erwachsenen eine graugrüne Farbe. Während der Jahre der Massenvermehrung geht die Heuschrecke in eine inszenierte Phase über. Die Larven nehmen eine leuchtend gelbe Farbe mit schwarzen Flecken an, während Erwachsene zitronengelb werden. Auch die Morphologie der Individuen ändert sich.

Fragen nach § 80

1. Was ist Populationsdynamik?

Antworten. Populationsdynamik sind die Prozesse der Veränderung ihrer wichtigsten biologischen Indikatoren im Laufe der Zeit. Die Hauptbedeutung bei der Untersuchung der Populationsdynamik wird den Veränderungen in Abundanz, Biomasse und Populationsstruktur beigemessen. Die Populationsdynamik ist eines der bedeutendsten biologischen und ökologischen Phänomene. Wir können sagen, dass sich das Leben einer Bevölkerung in ihrer Dynamik manifestiert.

Eine Bevölkerung kann ohne ständige Veränderungen nicht existieren, wodurch sie sich an veränderte Lebensbedingungen anpasst. Indikatoren wie Fertilität, Sterblichkeit und Altersstruktur sind sehr wichtig, aber keiner von ihnen kann verwendet werden, um die Dynamik der Bevölkerung als Ganzes zu beurteilen.

Ein wichtiger Prozess in der Populationsdynamik ist das Bevölkerungswachstum (oder einfach „Bevölkerungswachstum“), das auftritt, wenn sich Organismen in neuen Lebensräumen oder nach einer Katastrophe ansiedeln. Die Natur des Wachstums ist anders. In Bevölkerungen mit einer einfachen Altersstruktur ist das Wachstum schnell und explosiv. In Populationen mit einer komplexen Altersstruktur ist es glatt und verlangsamt sich allmählich. In jedem Fall nimmt die Bevölkerungsdichte zu, bis Faktoren zu wirken beginnen, die das Bevölkerungswachstum begrenzen (die Beschränkung kann mit der vollständigen Nutzung der von der Bevölkerung verbrauchten Ressourcen oder mit anderen Arten von Beschränkungen verbunden sein). Am Ende wird ein Gleichgewicht erreicht, das erhalten bleibt.

2. Was ist das Phänomen der Bevölkerungsregulierung? Welche Bedeutung hat es im Ökosystem?

Antworten. Wenn das Bevölkerungswachstum abgeschlossen ist, beginnen seine Zahlen um einen mehr oder weniger konstanten Wert zu schwanken. Häufig werden diese Schwankungen durch saisonale oder jährliche Veränderungen der Lebensbedingungen (z. B. Änderungen der Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Nahrungsversorgung) verursacht. Manchmal können sie als zufällig angesehen werden.

In einigen Populationen sind Populationsschwankungen regelmäßig zyklischer Natur.

Zu den bekanntesten Beispielen für zyklische Schwankungen gehören Schwankungen in der Abundanz bestimmter Säugetierarten. Beispielsweise sind Zyklen von drei- und vierjähriger Periodizität charakteristisch für viele mausähnliche Nagetiere (Mäuse, Wühlmäuse, Lemminge) und ihre Feinde (Polarkauz, Polarfüchse).

Das bekannteste Beispiel für zyklische Schwankungen in Insektenpopulationen sind die periodischen Ausbrüche bei Acridoiden. Informationen über die Invasion der Wanderheuschrecke reichen bis in die Antike zurück. Heuschrecken leben in Wüsten und Trockengebieten. Seit vielen Jahren wandert es nicht, schadet den Pflanzen nicht und zieht nicht viel Aufmerksamkeit auf sich. Von Zeit zu Zeit erreicht die Dichte der Heuschreckenpopulationen jedoch monströse Ausmaße. Unter dem Einfluss von Gedränge erfahren Insekten eine Reihe von Veränderungen in ihrem Aussehen (z. B. entwickeln sie längere Flügel) und beginnen, in landwirtschaftliche Gebiete zu fliegen, wobei sie alles auf ihrem Weg fressen. Die Gründe für solche Bevölkerungsexplosionen liegen offenbar in der Instabilität der Umweltbedingungen.

3. Welche Rolle spielen abiotische und biotische Faktoren bei der Veränderung der Bevölkerungsdichte?

Antworten. Die Gründe für starke Schwankungen in der Populationszahl einiger Organismen können verschiedene abiotische und biotische Faktoren sein. Manchmal stimmen diese Schwankungen gut mit Änderungen der klimatischen Bedingungen überein. In einigen Fällen jedoch der Einfluss externe Faktoren Es ist unmöglich, Änderungen in der Größe einer bestimmten Population zu erklären. Die Ursachen für Bevölkerungsschwankungen können in sich selbst liegen; dann spricht man von internen Faktoren der Populationsdynamik.

Es sind Fälle bekannt, in denen eine Reihe von Säugetieren unter Bedingungen der Überbevölkerung starke Veränderungen ihres physiologischen Zustands erfahren. Solche Veränderungen wirken sich hauptsächlich auf die Organe des neuroendokrinen Systems aus, beeinflussen das Verhalten von Tieren, verändern ihre Widerstandskraft gegen Krankheiten und verschiedene Arten von Stress.

Manchmal führt dies zu einer erhöhten Sterblichkeit von Individuen und einer Abnahme der Bevölkerungsdichte. Weiße Feldhasen beispielsweise sterben in Spitzenzeiten oft plötzlich an der sogenannten „Schockkrankheit“.

Solche Mechanismen können zweifellos als interne Populationsregulatoren eingestuft werden. Sie werden automatisch ausgelöst, sobald die Dichte einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Generell werden alle Einflussfaktoren auf die Populationsgröße (egal ob sie die Reproduktion der Population begrenzen oder begünstigen) in zwei große Gruppen eingeteilt:

– Bevölkerungsdichte unabhängig;

- abhängig von der Bevölkerungsdichte.

Die zweite Gruppe von Faktoren wird oft als Regulations- oder Dichtekontrolle bezeichnet.

Man sollte nicht denken, dass das Vorhandensein von Regulierungsmechanismen immer die Population stabilisieren sollte. Ihre Wirkung kann in manchen Fällen auch unter konstanten Lebensbedingungen zu zyklischen Bestandsschwankungen führen.

Erzählen Sie uns von den Ihnen bekannten jahreszeitlichen Veränderungen der Populationen von Tieren und Pflanzen (erinnern Sie sich an persönliche Beobachtungen).

Antworten. Bei vielen Tier- und Pflanzenarten werden Populationsschwankungen durch jahreszeitlich bedingte Veränderungen der Lebensbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht, Nahrungsangebot etc.) verursacht. Beispiele für jahreszeitliche Schwankungen der Populationszahlen werden aufgezeigt – Mückenschwärme, Zugvögel, einjährige Gräser – in der warmen Jahreszeit, im Winter, sind diese Phänomene praktisch auf Null reduziert.

Von größtem Interesse sind die Schwankungen der Populationszahlen, die von Jahr zu Jahr auftreten. Sie werden als interannual bezeichnet, im Gegensatz zu intra-annual oder saisonal. Die zwischenjährliche Populationsdynamik kann unterschiedlicher Natur sein und sich in Form von sanften Veränderungswellen (Anzahl, Biomasse, Populationsstruktur) oder in Form von häufigen abrupten Veränderungen äußern.

In beiden Fällen können diese Änderungen regelmäßig, dh zyklisch, oder unregelmäßig - chaotisch sein. Erstere enthalten im Gegensatz zu letzteren Elemente, die sich in regelmäßigen Abständen wiederholen (z. B. alle 10 Jahre erreicht die Population einen bestimmten Maximalwert).

Die von Jahr zu Jahr beobachteten Schwankungen in der Anzahl einiger Vogelarten (z. B. Stadtsperling) oder Fischarten (Ukelei, Maräne, Grundel usw.) geben ein Beispiel für unregelmäßige Veränderungen der Populationsgröße, die normalerweise miteinander verbunden sind bei Änderungen der klimatischen Bedingungen oder Änderungen der Umweltbelastung Leben mit Stoffen, die sich nachteilig auf Organismen auswirken.

Interessant sind Beobachtungen von Populationsschwankungen in der Stadt der Kohlmeise. Seine Zahl in der Stadt steigt im Winter im Vergleich zum Sommer um das Zehnfache.

Geben Sie anhand zusätzlicher Literatur Beispiele für zyklische Schwankungen in der Zahl der Tiere oder Pflanzen.

Antworten. Für natürliche Populationen gibt es:

1) saisonale Zahlenänderungen im Zusammenhang mit saisonalen Änderungen der Umweltfaktoren,

2) Schwankungen, die durch Wetteränderungen verursacht werden. Saisonale Schwankungen in der Häufigkeit sind bei vielen Insekten sowie bei den meisten einjährigen Pflanzen am ausgeprägtesten.

Beispiele für signifikante Populationsschwankungen zeigen einige Arten von Säugetieren und Vögeln aus dem Norden, die entweder 9-10- oder 3-4-Jahres-Zyklen haben. Ein klassisches Beispiel für eine 9- bis 10-Jahres-Schwankung ist die Veränderung der Abundanz von Hasen und Luchsen in Kanada, wobei die Höchststände der Hasenhäufigkeit ein Jahr oder länger vor den Höchstständen der Luchshäufigkeit liegen.

Zur Beurteilung des dynamischen Zustands von Pflanzenpopulationen wird eine Analyse von Alterszuständen (ontogenetischen Zuständen) durchgeführt. Das am einfachsten zu definierende Zeichen für einen stabilen Zustand einer Population ist ein vollwertiges ontogenetisches Spektrum. Solche Spektren werden basisch (charakteristisch) genannt, sie bestimmen den endgültigen (dynamisch stabilen) Zustand von Populationen.

Zu den bekanntesten Beispielen für zyklische Schwankungen gehören gemeinsame Schwankungen in der Häufigkeit einiger Arten nördlicher Säugetiere. Beispielsweise sind Zyklen mit drei- und vierjähriger Periodizität charakteristisch für viele nördliche murine Nagetiere (Mäuse, Wühlmäuse, Lemminge) und ihre Raubtiere (Polarkauz, Polarfuchs) sowie Hasen und Luchse.

In Europa erreichen Lemminge manchmal eine so hohe Dichte, dass sie beginnen, ihre überfüllten Lebensräume zu verlassen. Sowohl bei Lemmingen als auch bei Heuschrecken geht nicht jede Bestandszunahme mit einer Wanderung einher.

Manchmal lassen sich zyklische Schwankungen der Populationsgröße erklären komplexe Wechselwirkungen zwischen Populationen verschiedene Sorten Tiere und Pflanzen in Gemeinschaften.

Betrachten Sie als Beispiel Schwankungen in der Abundanz bestimmter Insektenarten in europäischen Wäldern, wie z. B. des Kiefern- und Lärchenwicklers, deren Larven sich von Baumblättern ernähren. Die Höhepunkte ihrer Anzahl wiederholen sich in etwa 4-10 Jahren.

Schwankungen in der Häufigkeit dieser Arten werden sowohl durch die Dynamik der Baumbiomasse als auch durch Schwankungen in der Häufigkeit insektenfressender Vögel bestimmt. Mit zunehmender Biomasse der Bäume im Wald werden die größten und ältesten Bäume anfällig für Raupen des Knospenwurms und sterben oft durch wiederholte Entlaubung (Blattverlust).

Durch das Absterben und Zersetzen von Holz werden dem Waldboden Nährstoffe zurückgegeben. Sie werden für ihre Entwicklung von jungen Bäumen genutzt, die weniger empfindlich gegen Insektenbefall sind. Das Wachstum junger Bäume wird auch durch eine Erhöhung der Beleuchtung aufgrund des Absterbens alter Bäume mit großen Kronen erleichtert. Inzwischen reduzieren die Vögel die Zahl der Knospenwürmer. Infolge des Wachstums der Bäume beginnt sie (Anzahl) jedoch wieder zuzunehmen und der Vorgang wiederholt sich.

Betrachtet man die Existenz von Nadelwäldern über lange Zeiträume, wird deutlich, dass der Blattwurm das Ökosystem gewissermaßen periodisch verjüngt. Nadelwald, ist ein fester Bestandteil davon. Daher stellt die Zunahme der Anzahl dieses Schmetterlings keine Katastrophe dar, wie es jedem erscheinen mag, der in einem bestimmten Stadium des Zyklus tote und sterbende Bäume sieht.

Die Gründe für starke Schwankungen in der Anzahl einiger Populationen können verschiedene abiotische und biotische Faktoren sein. Manchmal stimmen diese Schwankungen gut mit Änderungen der klimatischen Bedingungen überein. In einigen Fällen ist es jedoch unmöglich, Veränderungen in der Größe einer bestimmten Population durch den Einfluss externer Faktoren zu erklären. Die Ursachen für Bevölkerungsschwankungen können in sich selbst liegen; dann spricht man von internen Faktoren der Populationsdynamik

Es könnte hilfreich sein zu lesen: