Vzroki za nihanje prebivalstva. Dolgoročna populacijska nihanja Dinamika prebivalstva vasi v Zahodnem rimskem cesarstvu

Pod ugodnimi pogoji se število populacij poveča in je lahko tako hitro, da povzroči populacijsko eksplozijo. Skupek vseh dejavnikov, ki prispevajo k rasti populacije, imenujemo biotski potencial. Je dovolj visok za različni tipi, vendar je verjetnost, da populacija doseže mejo številčnosti v naravnih razmerah, majhna, saj temu nasprotujejo omejitveni (omejevalni) dejavniki. Niz dejavnikov, ki omejujejo rast prebivalstva, se imenuje odpornost okolja. Stanje ravnovesja med biotskim potencialom vrste in odpornostjo okolja, ki ohranja konstantnost velikosti populacije, imenujemo homeostaza ali dinamično ravnovesje. Ko je kršena, pride do nihanj v velikosti populacije, tj. njene spremembe.

Razlikovati periodične in neperiodične nihanja števila prebivalstva. Prvi se pojavijo v sezoni ali več letih (4 leta - periodični cikel plodov cedre, povečanje števila lemingov, polarne lisice, snežne sove; po enem letu jablane na vrtnih parcelah obrodijo sadove) , drugi so izbruhi množičnega razmnoževanja nekaterih škodljivcev uporabnih rastlin, ko so okoljski pogoji kršeni habitat (suša, nenavaden mraz ali tople zime, preveč deževne rastne dobe), nepričakovane selitve v nove habitate. Periodična in neperiodična nihanja številčnosti populacije pod vplivom biotskih in abiotskih okoljskih dejavnikov, značilnih za vse populacije, imenujemo populacijski valovi.

Vsaka populacija ima strogo določeno strukturo: genetsko, starostno-spolno, prostorsko itd., Vendar ne more biti sestavljena iz manj posameznikov, kot je potrebno za stabilen razvoj in odpornost populacije na dejavnike. zunanje okolje. To je načelo najmanjše velikosti populacije. Kakršna koli odstopanja populacijskih parametrov od optimalnih so nezaželena, če pa so prevelika visoke vrednosti ne ogrožajo neposrednega obstoja vrste, potem zmanjšanje na minimalno raven, predvsem velikosti populacije, ogroža vrsto.

Vendar pa poleg načela najmanjše velikosti populacije obstaja tudi načelo (pravilo) največje populacije. Leži v tem, da prebivalstvo ne more naraščati v nedogled. Le teoretično je sposobna neomejene številčne rasti.

Po teoriji H.G. Andrevarty - L.K. Bircha (1954) - teorija omejitev velikosti populacije - število naravnih populacij je omejeno z izčrpanostjo prehranskih virov in razmnoževalnimi pogoji, nedostopnostjo teh virov ter prekratkim obdobjem pospešene rasti populacije. Teorijo "meja" dopolnjuje teorija biocenotske regulacije velikosti populacije K. Fredericks (1927): rast populacije je omejena z vplivom kompleksa abiotskih in biotskih dejavnikov okolja.

Dejavniki ali razlogi za nihanje številk:

· zadostna zaloga hrane in njeno pomanjkanje;

· tekmovanje več populacij za eno ekološko nišo;

· zunanji (abiotski) okoljski pogoji: hidrotermalni režim, osvetljenost, kislost, prezračenost itd.

Nihanja (odstopanja) v številu povzročajo različni razlogi. In niso vedno enaki za različne vrste. Periodična nihanja števila prebivalcev, ki imajo obdobje 10-11 let, je razloženo s periodičnostjo sončne aktivnosti: število sončnih peg se spreminja z obdobjem 11 let. Količina krme je vzrok za nihanje Sibirska sviloprejka: daje blisk po sušenju toplo poletje. Lahko povzroči izbruh števila in splet številnih okoliščin. Na primer, rdeče plime opazimo ob obali Floride. So neperiodične in za njihovo manifestacijo so potrebni naslednji dogodki: obilne padavine, izpiranje mikroelementov iz zemlje (železo, cink, kobalt - njihove koncentracije morajo sovpadati do desettisočink odstotka), zmanjšana slanost vode. dno, določena temperatura in mir ob obali. V takšnih razmerah se dinoflagelatne alge začnejo hitro deliti. Teoretično lahko iz enega enoceličnega dinoflagelata, kot rezultat 25 zaporednih delitev, nastane 33 milijonov posameznikov. Voda od njih postane rdeča. Dinoflagelati sproščajo v vodo smrtonosni strup, ki povzroči paralizo in nato smrt rib in drugih morskih prebivalcev.

Človek lahko s svojim delovanjem povzroči izbruh določenih populacij. Posledica antropskega vpliva je povečanje števila sesalnih žuželk (listne uši, stenice itd.) Po obdelavi polj z insekticidi, ki uničujejo njihove sovražnike. Po zaslugi človeka so kunci in kaktus opuncije v Avstraliji, hišni vrabci in negi v Severni Ameriki, koloradski hrošč in filoksera v Evropi, kanadska elodea, ameriška kuna in pižmovka v Evraziji po vstopu pokazali neverjeten izbruh števila. ta nova ozemlja, kjer ni bilo njihovih sovražnikov.

Ostra neperiodična nihanja števila se lahko pojavijo kot posledica naravnih nesreč. Na primer, pri požarih so pogosti izbruhi ognjišča in z njim povezane skupnosti žuželk. Dolgotrajna suša spremeni močvirje v travnik in povzroči povečanje števila članov travniške biocenoze.

Evolucijski pomen populacijskih valov je, da:

· spremeniti frekvence alelov (majhne številke na vrhuncu vala se lahko manifestirajo fenotipsko, pri padcu pa izginejo iz genskega sklada);

· na vrhuncu vala se izolirane populacije združijo, povečata se selitev in panmiksija, poveča se heterogenost genskega sklada;

· populacijski valovi spreminjajo intenzivnost naravne selekcije in njeno smer.

Ko populacija preneha rasti, njena gostota niha okoli zgornje asimptotične ravni rasti. Takšna nihanja lahko nastanejo bodisi kot posledica sprememb v fizičnem okolju, zaradi česar se zgornja meja številčnosti poveča ali zmanjša, bodisi zaradi znotrajpopulacijskih interakcij ali nazadnje kot posledica interakcij s sosednjimi populacijami. Po zgornji meji prebivalstva ( DO) dosežena, lahko gostota nekaj časa ostane na tej ravni ali takoj močno upade (slika 8.7, krivulja 1 ). Ta padec bo še močnejši, če se odpornost okolja ne bo povečevala postopoma z rastjo populacije, ampak se pojavi nenadoma (slika 8.7, krivulja). 2). V tem primeru bo populacija uresničila svoj biotski potencial.

riž.

Vendar pa eksponentna rast ne more trajati dolgo. Ko eksponent doseže "paradoksalno točko" težnje v neskončnost, praviloma pride do kvalitativnega preskoka - hitro povečanje števila nadomesti množična smrt posameznikov. Primer takih nihanj je izbruh razmnoževanja žuželk, ki mu sledi množična smrt, pa tudi razmnoževanje in odmiranje celic alg (cvetenje rezervoarjev).

Možna je tudi situacija, ko velikost populacije skoči čez mejno raven (slika 8.7, krivulje 3 , 4). To je še posebej opazno, ko se živali naselijo na kraje, kjer prej niso bile (na primer naselitev novih ribnikov z ribami). V tem primeru so se hranila in drugi dejavniki, potrebni za razvoj, nakopičili, še preden se populacija začne povečevati, mehanizmi za uravnavanje števila pa še ne delujejo.

Obstajata dve glavni vrsti populacijskih nihanj (slika 8.8).

riž. 8.8.

Pri prvi vrsti periodične okoljske motnje, kot so požari, poplave, orkani in suše, pogosto povzročijo katastrofalno smrtnost, neodvisno od gostote. Tako populacija enoletnih rastlin in žuželk običajno hitro raste spomladi in poleti, z nastopom hladnega vremena pa močno upade. Imenujemo populacije, katerih rast povzroča redne ali naključne izbruhe oportunistični(Slika 8.8, graf /). Druge populacije, t.i ravnovesje(značilno za številne vretenčarje) so običajno v stanju blizu ravnovesja z viri, njihove vrednosti gostote pa so veliko bolj stabilne (slika 8.8, graf 2).

Ugotovljena dva tipa populacije predstavljata le skrajnosti kontinuuma, vendar je takšno razlikovanje pogosto koristno pri primerjavi različnih populacij. Pomen kontrasta oportunističnih populacij z ravnotežnimi je v tem, da imajo od gostote odvisni in od gostote neodvisni dejavniki, ki delujejo nanje, ter dogodki, ki se zgodijo med tem procesom, različne učinke na naravno selekcijo in na same populacije. R. MacArthur in E. Wilson (1967) sta te nasprotne vrste poimenovala selekcija r-izbor in K-izbor v skladu z obema parametroma logistične enačbe. Nekatere značilne lastnosti r-izbire in /r-izbire so podane v tabeli. 8.1.

Seveda pa svet ni le črno-bel. Nobena vrsta ni predmet samo r-selekcije ali samo AG-selekcije; vsak mora doseči nek kompromis med tema dvema skrajnima možnostma. Pravzaprav lahko o vsakem specifičnem organizmu govorimo kot o "r-strategu" ali "/^-strategu" samo v primerjavi z drugimi organizmi, zato so vse izjave o dveh identificiranih tipih selekcije relativne. Vendar je nemogoče

Glavne značilnosti /-izbire in A"-izbire

Tabela 8.1

Populacijski parameter, smer selekcijskega delovanja
Velikosti posameznikov
Trajanje	Kratko, običajno manj kot eno leto	Dolgo, običajno več kot eno leto
Smrtnost	Običajno katastrofalno, neusmerjeno, neodvisno od gostote	Bolj usmerjen, odvisen od gostote
Krivulja preživetja	Običajno tretje vrste	Običajno prva in druga vrsta
Velikost prebivalstva	Spremenljiv v času, ni v ravnovesju, pod največjo zmogljivostjo medija; ekološki vakuum; letna zasedenost	Bolj konstanten v času, ravnotežje, blizu največje zmogljivosti medija; ponovna vselitev ni potrebna
Tekmovanje	Spremenljiv, pogosto šibek	Običajno začinjeno
Izbira favorizira	Hiter razvoj, visoka stopnja naraščanja populacije, zgodnje razmnoževanje, edino dejanje razmnoževanja v življenju, veliko število majhni potomci	Počasnejši razvoj, večja tekmovalnost, poznejša reprodukcija, ponavljajoča se dejanja razmnoževanja skozi življenje, manj večjih potomcev

zanikajo, da obstajata dve nasprotujoči si reproduktivni strategiji, h katerima se populacije zatekajo glede na nihanja nosilne zmogljivosti okolja. Slika 8.9 prikazuje, kako bi se mehanizem m-selekcije ali A"-selekcije lahko zasidral v evoluciji: v A"-selektivnih okoljih selekcija prispeva k oblikovanju mehanizmov, ki kompenzirajo okoljska nihanja, v /*-selektivnih okoljih pa populacija "izboljša" sposobnost hitrega naseljevanja srede v ugodnem letnem času.

V časovnem smislu prihaja do nihanja prebivalstva neperiodično in periodično. Slednje lahko razdelimo na večletna nihanja in sezonska nihanja. Neperiodična nihanja so nepričakovane narave.

riž. 8.9.

V Tihem oceanu, zlasti na območju Velikega koralnega grebena severovzhodno od Avstralije, je od leta 1966 vse več morskih zvezd trnove krone. (Acanthaster planci). Ta vrsta, ki je bila prej maloštevilna (manj kot en primerek na 1 m2), je svoj vrhunec dosegla v zgodnjih sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. gostota 1 posameznik na 1 m 2. Morska zvezda povzroča veliko škodo koralnim grebenom, saj se hrani s polipi, ki sestavljajo njihov živi del. V manj kot treh letih je "očistila" 40-kilometrski pas grebenov ob otoku Guam. Nobena hipoteza ni predlagala, da bi pojasnila nenadno povečanje števila morskih zvezd (izginotje enega od njenih sovražnikov – polža Tritonovega roga). (Charonia triton je), ki se koplje zaradi školjk, ki vsebujejo biser; povečanje vsebine v morska voda DDT in v zvezi s tem kršitev naravnega ravnovesja; vpliv radioaktivnih padavin) ni mogoče šteti za zadovoljivo.

Primer periodičnih nihanj v številu v obdobju več let so populacije nekaterih arktičnih sesalcev in ptic. Pri zajcu belem in risu je doba fluktuacije populacije 9,6 leta (slika 8.10).

Kot je razvidno iz slike, je največje število zajcev v primerjavi s številom risov običajno premaknjeno eno do dve leti nazaj. To je povsem razumljivo: ris se prehranjuje z zajci, zato je treba nihanje njegovega števila povezati z nihanjem števila njegovega plena.

riž. 8.10. Periodična nihanja populacij belega zajca (graf 1) in ris (graf 2), ugotovljeno s številom kož, ki jih je pridobilo podjetje Hudson Strait Company

Ciklične spremembe števila s povprečnim obdobjem štirih let so značilne za prebivalce tundre: polarne sove, polarne lisice in leminga. Po mnenju mnogih znanstvenikov je periodičnost 9,6-letnih ciklov pri gorskem zajcu in risu določena s pojavi, ki se dogajajo v vesolju, in je tako ali drugače povezana s sončnimi cikli. Podobno odvisnost opazimo na primer pri atlantskem kanadskem lososu, katerega največje število opazimo vsakih 9-10 let.

Razlogi, ki povzročajo druga občasna nihanja v številu, so dobro znani. Ob obali Peruja poteka transgresija toplih voda proti jugu, znana kot El Nino. Približno enkrat na sedem let tople vode s površine izpodrine hladne. Temperatura vode se hitro dvigne za 5 °C, slanost se spremeni, plankton odmre in vodo nasiči s produkti razpada. Zaradi tega poginejo ribe, za njimi pa morske ptice.

Primeri sezonskih sprememb števila prebivalstva so vsem dobro znani. Oblake komarjev in veliko število gozdnih ptic običajno opazimo v določenih obdobjih leta. V drugih letnih časih lahko populacije teh vrst praktično izginejo.

V ekosistemih, ki so po strukturi enostavni (agrobiogeocenoze, puščavski, polpuščavski in tundrski ekosistemi), je združba organizmov dovzetna za močan vpliv fizični stres. V takšnih biogeocenozah na število populacij v veliki meri vplivajo vremenski vzorci, vodni in zračni tokovi, kemija okolja in stopnja njegove onesnaženosti. V naravnih biogeocenozah s kompleksno strukturo in bogato vrstno pestrostjo, ki jih sestavlja veliko število populacij, nihanje populacije nadzirajo predvsem biotski dejavniki. Zato je treba pri preučevanju razlogov, ki povzročajo nihanje v velikosti določene populacije, imeti jasno predstavo o tem, kako neodvisen , tako in približno dejavniki, odvisni od gostote.

Prvi vključujejo dejavnike, ki nenehno vplivajo na prebivalstvo. To so abiotski in predvsem podnebni dejavniki umrljivosti. Neugodno vreme lahko povzroči pogin osebkov v populaciji, ki še ni dosegla stabilne faze razvoja. Vpliv temperature, svetlobe in vlage na pričakovano življenjsko dobo, plodnost, umrljivost in druge lastnosti organizmov je dobro znan. Še več, podnebni dejavniki neposredno in močneje vplivajo na poikilotermne živali kot na homeotermne živali. Slednji, ki imajo popolne fiziološke mehanizme, postanejo relativno neodvisni od zunanjega okolja. Zmanjšanje števila populacije med močnimi padci temperature je bolj opazno pri žuželkah kot pri pticah in še posebej pri sesalcih.

Učinek podnebnih dejavnikov se ne pokaže vedno takoj, takoj. Na primer, v tajgi ugodne vremenske razmere vodijo do visokega pridelka semen v enem letu, povečanje živalske populacije z obilico hrane pa opazimo šele po dveh letih. V tem primeru vremenske razmere delujejo ne glede na gostoto prebivalstva.

Ne glede na gostoto pridejo v poštev tudi drugi dejavniki. Tako število duplin v drevesih v določenem gozdu določa število gnezdilcev votlin. Samoumevno je, da število duplih ni v ničemer odvisno od gostote naseljenosti duplih gnezdilk. Po drugi strani pa lahko življenjski prostor omeji velikost prebivalstva. Število ptarmigana in številnih sesalcev (pižmovke itd.) se na primer močno zmanjša, če tudi ob ugodni kombinaciji drugih dejavnikov ne najdejo ustreznih habitatov.

Dejavniki, odvisni od gostote, običajno vplivajo na stopnjo rasti prebivalstva. V tem primeru se lahko spreminja v treh smereh.

Pri vrstah z močnimi nihanji v številu (mišjem podobni glodavci, žuželke) se stopnje rasti populacije običajno stabilizirajo pri visoki gostoti populacije, tj. ostanejo skoraj nespremenjeni, dokler populacija ne doseže največje velikosti. Pri največji gostoti se stopnja rasti močno zmanjša.

Tretja smer, zaradi vpliva dejavnikov, odvisnih od gostote, je, da so lahko stopnje rasti prebivalstva največje tudi pri povprečnih gostotah. Toda tudi v tem primeru se gostota prebivalstva, ko doseže maksimum, začne zmanjševati. To še posebej velja za nekatere ptice in žuželke.

7 Znotrajpopulacijska regulacija številčnosti populacije

Gostota prebivalstva ima običajno določen optimum. Z vsakim odstopanjem števila od tega optimuma začnejo delovati mehanizmi njegove intrapopulacijske regulacije. Eden glavnih mehanizmov, ki prispevajo k vzpostavitvi stabilne stabilnosti v populaciji, je delovanje dejavnikov, odvisnih od gostote. Abiotski dejavniki vplivajo tudi na umrljivost prebivalstva, vendar samostojno ne ustvarjajo njegove trajnostne stabilnosti.

Regulacija števila prebivalstva pri različnih živalskih in rastlinskih vrstah poteka različno. Vendar pa je v vsakem od njih na določen način vzpostavljena optimalna gostota.

Povečanje gostote populacije številnih žuželk spremlja zmanjšanje velikosti posameznikov, zmanjšanje njihove plodnosti, povečanje umrljivosti ličink in mladičev, sprememba stopnje razvoja in razmerja med spoloma, pa tudi povečanje števila diapavznih osebkov, kar močno zmanjša aktivni del populacije.

Pogosto, ko se gostota prebivalstva pretirano poveča, se spodbuja kanibalizem. Osupljiv primer je lahko pojav mokastih črvov, ki jedo lastna jajca. Kanibalizem opazimo pri nekaterih vrstah rib, dvoživk in drugih živali.

Eden od pomembnih mehanizmov intrapopulacijske regulacije števila je izseljevanje, katerega intenzivnost spodbuja naraščanje gostote prebivalstva. To je precej značilno za številne žuželke, pri katerih pri določeni gostoti populacije pride do izselitve nekaterih posameznikov, včasih pomembnih, v manj priljubljene habitate istega območja. Pri nekaterih vrstah listnih uši povečanje gostote populacije spremlja pojav krilatih posameznikov, ki se lahko razpršijo. Ko postane populacija prenatrpana, pride do izseljevanja številnih sesalcev (predvsem miši podobnih glodalcev) in ptic.

Regulativna vloga intraspecifične konkurence za omejene vire je bila dovolj raziskana. Pri mrhovinarjih se iz ogromnega števila jajčec, odloženih na trupel, pojavi toliko ličink, da ni dovolj hrane za vse. Posledično se njihova umrljivost v zgodnji starosti katastrofalno poveča. Podoben pojav so odkrili pri podlubnikih), mravljah lasiusih, nekaterih kačjih pastirjih in drugih žuželkah.

V najpreprostejših primerih se znotrajpopulacijski regulativni mehanizmi števila manifestirajo v obliki neposredne konkurence za vire, potrebne za življenje, katerih količina je nezadostna za zadovoljevanje potreb vseh posameznikov. Znano je, da je populacijska gostota kozarca in kapusovega molja urejena s tekmovanjem za hrano in mesta mladičev. Intraspecifična konkurenca pri nekaterih muhah, ko se gostota populacije poveča na določeno raven, vodi do zmanjšanja mase mladičkov, kar spremlja povečana smrtnost.

Problem je pomemben "minimalno sposobna populacija" , katerega bistvo je določiti minimalno velikost populacije, ki bi zagotavljala njen obstoj dovolj dolgo obdobje. Hkrati padec gostote populacije pod optimalno raven, na primer s povečanim iztrebljanjem podgan, povzroči povečanje plodnosti in spodbudi njihovo zgodnejšo puberteto.

Nekateri mehanizmi za uravnavanje števila populacije lahko hkrati delujejo kot mehanizmi, ki preprečujejo intraspecifično konkurenco. Torej, če ptica s petjem označi svoje gnezdišče, potem drugi par iste vrste gnezdi zunaj njega. Oznake, ki jih puščajo številni sesalci, omejujejo njihovo območje lova in preprečujejo vstop drugim posameznikom. Vse to zmanjšuje znotrajvrstno konkurenco in preprečuje prekomerno zgostitev populacije.

Pri rastlinah so regulacijski mehanizmi številčnosti populacije predvsem znotrajvrstna konkurenca. Običajno je povezana s povečano gostoto rastlin. Pri preveč zbitih posevkih se na primer zmanjša količina semena, ki ima velik pomen za kmetijstvo in gozdarstvo. Najpogosteje rastline iste vrste tekmujejo za svetlobo in vlago. V zgoščenih posevkih se senčijo, ob omejeni količini vode pa občutijo pomanjkanje le-te. Posledično nekateri od njih umrejo. Ta pojav je najbolj značilen za številne vrtne kulture in gozdne rastline. V gozdu je vedno bistveno več mladih rastlin kot starih. Intraspecifična konkurenca za vlago pojasnjuje pogosto pravilno porazdelitev puščavskih rastlin. Zdi se, kot da bi jih nekdo posadil na točno določeni razdalji drug od drugega. V depresijah na terenu, v oazah, ta enotna redkost rastlinskih populacij takoj izgine. Svetloljubni in razmeroma vlagoljubni baobabi so na enak način razširjeni v afriških savanah.

Upoštevati pa je treba, da je populacija praviloma del skupnosti in da je trajnostni obstoj biocenoz možen le ob določenih količinskih razmerjih vseh komponent. To je razlog za potrebo po uravnavanju števila, da se zagotovi stabilno stanje posameznih populacij in biocenoz kot celote.

8 Prebivalstvo kot samoregulativni sistem

Populacije živali, rastlin in mikroorganizmov imajo sposobnost naravnega uravnavanja gostote, t.j. gostota z bolj ali manj pomembnimi nihanji ostaja v stabilnem stanju med zgornjo in spodnjo mejo. To je zagotovljeno z delovanjem določenih prilagoditvenih mehanizmov. Temelji na dejstvu, da oskrba z energijo, ki je potrebna za preživetje določene populacije, ne preseže določene ravni in tako ohranja velikost te populacije.

Imenuje se težnja živih sistemov, vključno s populacijami, da ohranjajo notranjo stabilnost s pomočjo lastnih regulativnih mehanizmov Jaz sem homeostaza, in nihanja števila prebivalstva znotraj neke povprečne vrednosti - njihovo dinamično ravnovesje.

Biološke regulacije (dinamično ravnovesje, homeostaza) populacije oziroma njene samodejne samoregulacije ne morejo povzročiti abiotski dejavniki neodvisni od gostote populacije, če delujejo ločeno od biotskih. Samo dejavniki, odvisni od gostote prebivalstva, lahko uravnavajo številčnost in zagotavljajo njihovo ravnovesje.

Za vse biološke sisteme je značilna večja ali manjša sposobnost samoregulacije, tj. Za homeostazo. S pomočjo samoregulacije se ohranja celoten obstoj vsakega sistema - njegova sestava in zgradba, značilne notranje povezave in transformacije v prostoru in času. Takšni homeostatski sistemi so najprej vsak posameznik, nato pa populacija. Ker samoregulacijski sistemi niso zaprti, aktivno sodelujejo z zunanjim okoljem in so zato podvrženi spremembam. Spremembe niso samo ciklične z vrnitvijo v prvotno stanje, temveč tudi zgodovinsko nepovratne. Oboje pa je urejeno v smeri ohranjanja sistema, v obravnavanem primeru - prebivalstva.

Samoregulacijo populacije izvajata dve medsebojno uravnoteženi varovalni sili, ki delujeta v naravi. To je na eni strani sposobnost razmnoževanja organizmov, na drugi strani pa reakcije, ki so odvisne od gostote populacije in omejujejo razmnoževanje.

Samoregulacija je nujna prilagoditev organizmov za ohranjanje življenja v nenehno spreminjajočih se razmerah.

V evolucijskem razvoju organizmov spremembe ne zadevajo posameznika, temveč njihovo celoto – populacijo. Te spremembe so tudi regulativne narave. Zato ima populacija kot elementarna razvijajoča se enota ne samo specifično strukturo, temveč tudi sposobnost samoregulacije. Hkrati je njegovo število uravnavano s hitrostjo razmnoževanja, fenotipska pestrost z naravno selekcijo, genetska pestrost pa z mutacijo, križanjem in naravno selekcijo.

Populacije so odprti sistemi. Obstaja veliko kanalov, po katerih informacije pridejo do prebivalstva. Ti vhodni kanali, ki povezujejo populacijo z zunanjim okoljem, so specializirani in jih nadzoruje populacija sama. Zato se vsi regulativni procesi vedno izvajajo zaradi sil, ki delujejo znotraj populacije. Zato je biološka regulacija samoregulacija. Kljub dejstvu, da imajo populacije notranji mehanizem samoregulacije, katerega delovanje je usmerjeno v ohranjanje konstantnosti strukture, slednja v novem okolju ne ostane nespremenjena, tj. ko se spremenijo pogoji obstoja, spreminja se tudi prebivalstvo.

Ker pri obravnavi vprašanj, povezanih s plodnostjo, umrljivostjo, selitvijo osebkov, z vplivom od gostote odvisnih in neodvisnih dejavnikov na število intraspecifičnih skupin, z intraspecifično konkurenco, skupinskim učinkom, fazno variabilnostjo in drugimi pojavi, procesi samo -uravnavanje števila prebivalstva že ilustrirano, se bomo omejili na naslednje primere. Znano je, da lahko spremembe okoljskih razmer povzročijo močno povečanje umrljivosti. Posledično se v populaciji pojavi signal, ki obvešča o katastrofalnem zmanjšanju števila. To vpliva na fiziologijo vseh članov populacije, kar se kaže v mobilizaciji njenih virov za zmanjšanje porabe energije, za vzdrževanje normalne življenjske aktivnosti in za povečanje odpornosti posameznikov na neugodnih dejavnikov. Posledično se stopnja staranja osebkov zmanjša, relativno število samic se poveča, njihova plodnost pa se poveča. Ta pojav so preučevali v populacijah številnih živali, zlasti žuželk, dvoživk in miši podobnih glodalcev.

Samoregulacija z močnim povečanjem gostote prebivalstva ima diametralno nasproten značaj. Prekomerno zgoščena populacija prejme ustrezen signal in njeni posamezni posamezniki, ki postanejo kanibali, intenzivno iztrebljajo svoje bližnje. Poleg tega se plodnost samic močno zmanjša, stopnja umrljivosti najšibkejših posameznikov pa se poveča. Posledično se po razmeroma kratkem času velikost populacije povrne na normalno.

Pomemben mehanizem regulacije prebivalstva, ki se kaže v prenatrpanosti prebivalstva, je stresna reakcija (iz angleškega stresa - napetost). Če je populacija izpostavljena močnemu dražljaju, se nanj odzove z nespecifično reakcijo, ki jo imenujemo stres. V živi naravi obstaja veliko oblik stresa: antropični (nastane pri živalih pod vplivom človekove dejavnosti); nevropsihični (se manifestira, ko so posamezniki v skupini nezdružljivi ali kot posledica prezgoščevanja populacije); termični; hrupa itd. Na primer, zaradi prezgoščevanja prebivalstva pride do fizioloških sprememb pri posameznih posameznikih, ki povzročijo močno zmanjšanje rodnosti in povečanje umrljivosti. Pri sesalcih se ta pojav imenuje stresni sindrom . V tem primeru postanejo živali tako agresivne (nasilni spopadi, nestrpnost do sosedove prisotnosti itd.), da se njihovo razmnoževanje skoraj popolnoma ustavi. V stresnem stanju se poveča skorja nadledvične žleze in poveča koncentracija kortikosteroidnih hormonov. Pri ženskah je ovulacija motena, zarodki se ponovno absorbirajo, nagoni po skrbi za potomce se ne pojavijo itd.

Narava signalov, ki jih prebivalci zaznavajo kot »ukaz« za ukrepanje, je zelo raznolika, signalni sistem pa deluje brezhibno. Zato tudi ekstremno visoka gostota ali smrtnost ne povzroči močnih motenj v populacijski strukturi. To zagotavlja obnovitev populacije v optimalnem obsegu v relativno kratkem času. Tako so se na primer končali številni izbruhi množičnega razmnoževanja škodljivcev žuželk.

Posledično je vsaka populacija rastlin, živali in mikroorganizmov popoln živ sistem, sposoben samoregulacije. Ob tem pa ne smemo pozabiti, da je populacija najmanjša razvijajoča se enota. Ne obstaja izolirano, ampak v povezavi s populacijami drugih vrst. Zato so v naravi zelo razširjeni tudi zunajpopulacijski mehanizmi avtomatske regulacije, natančneje medpopulacijski mehanizmi. V tem primeru je populacija reguliran objekt, regulator pa biogeocenoza, sestavljena iz številnih populacij različnih vrst. Biogeocenoza kot celota in vanjo vključene populacije drugih vrst pomembno vplivajo na to specifično populacijo, vsaka populacija pa vpliva na biogeocenozo, katere del je.

Zvezna agencija za izobraževanje

Državna izobraževalna ustanova "Državna politehnična univerza v Sankt Peterburgu"

disciplina: Ekologija

na temo: Nihanje številčnosti v naravnih populacijah

Uvod

Zaključek

Bibliografija

Uvod

Populacija (iz latinščine - populus - ljudje, populacija) je eden osrednjih pojmov v ekologiji in pomeni skupek osebkov iste vrste, ki ima skupen genski sklad in skupno ozemlje. Je prvi nadorganizmski biološki sistem. Glavna lastnost populacij, tako kot drugih bioloških sistemov, je, da so v stalnem gibanju in se nenehno spreminjajo. To se odraža v vseh parametrih: produktivnost, stabilnost, struktura, razporeditev v prostoru.

Najpomembnejše lastnosti populacij vključujejo dinamiko njihovega lastnega števila osebkov in mehanizme za njeno regulacijo. Vsako bistveno odstopanje števila osebkov v populaciji od optimalnega je povezano z negativnimi posledicami za njen obstoj. V zvezi s tem imajo populacije običajno prilagoditvene mehanizme, ki prispevajo tako k zmanjšanju števila, če znatno preseže optimalno vrednost, kot k njegovi obnovi, če se zmanjša pod optimalne vrednosti.

Spremembo števila spremlja prestrukturiranje starostne strukture. Ko se število poveča, kar se zgodi ob zadostni količini potrebnih virov (hrana, prostor), opazimo povečanje deleža mladih osebkov. Povečanje velikosti prebivalstva na koncu povzroči zmanjšanje virov, ki jih posamezniki potrebujejo. Upadanje števila spremlja zmanjšanje deleža osebkov mlajše starosti in povečana umrljivost ter se nadaljuje do naslednjega ugodno obdobje, kar je povzročilo še eno povečanje števila. Pomen te teme je v potrebi po celoviti študiji tako resnih okoljskih kazalcev, kot so nihanja v številu populacije, saj lahko resna odstopanja povzročijo izumrtje celih vrst.

1. Koncept velikosti populacije

Velikost prebivalstva- to je skupno število osebkov n-te vrste, prisotnih na določenem ozemlju. Na primer, populacija tigra Ussuri šteje približno 300 posameznikov, ladoški tjulenj - približno 10 tisoč, azijski lev - približno 70 posameznikov in bizon - približno 2 tisoč.

Velikost populacije je pomembna ekološka značilnost populacije. Število osebkov v populaciji ima ogromen evolucijski pomen. Ampak to ni pomembno skupno število osebkov v populaciji, efektivno število – reprodukcijsko število – pa je tisti del populacije, ki tvori genski sklad naslednje generacije (gensko efektivna vrednost).

Za ljudi je učinkovito število 45, za hišno miško - 10, za komarje Aedes in Drosophila - 500, za mehkužce Cepa nemoralis - 230, za lesne uši (kopenski raki) - 19 osebkov.

Ko dosežejo končno fazo rasti, velikost populacije še naprej niha iz generacije v generacijo okoli neke bolj ali manj stalne vrednosti. Hkrati se število nekaterih vrst spreminja neenakomerno z veliko amplitudo nihanja (škodljivci, pleveli), nihanje števila drugih (na primer malih sesalcev) ima razmeroma stalno obdobje, v populacijah tretjih vrst pa število iz leta v leto nekoliko niha (dolgoživeči veliki vretenčarji in lesnate rastline).

V naravi poznamo predvsem tri tipe krivulj spreminjanja populacije: relativno stabilne, spazmodične in ciklične.Vrste, katerih številčnost je iz leta v leto na ravni nosilne sposobnosti okolja, imajo dovolj stabilno populacije. Ta konsistenca je značilna za številne vrste. divje živali in ga najdemo na primer v nedotaknjenih tropskih deževnih gozdovih, kjer se povprečna letna količina padavin in temperatura zelo malo spreminjata iz dneva v dan in iz leta v leto.

Pri drugih vrstah so populacijska nihanja redna. ciklično značaj.

Številne vrste, kot je rakun, imajo na splošno dokaj stabilne populacije, vendar se njihovo število od časa do časa močno poveča (skoči) na visoko vrednost in nato strmo pade na neko nizko, a razmeroma stabilno raven. Te vrste uvrščamo med populacije z krčevito rast števila Nenaden porast števila se pojavi z začasnim povečanjem zmogljivosti okolja za določeno populacijo in je lahko povezan z izboljšanjem podnebne razmere(dejavniki) in prehrana ali močno zmanjšanje števila plenilcev (vključno z lovci). Po preseženju nove, večje zmogljivosti okolja se umrljivost populacije poveča, njena velikost pa se močno zmanjša.

Skozi zgodovino v različne države Primeri propada človeške populacije so bili opaženi več kot enkrat, na primer na Irskem leta 1845, ko je bil celoten pridelek krompirja uničen zaradi okužbe z glivo. Ker je bila irska prehrana v veliki meri odvisna od krompirja, je do leta 1900 polovica od osmih milijonov Ircev umrla od lakote ali pa se je izselila v druge države.

Kljub temu človeška populacija na Zemlji na splošno in še posebej v mnogih regijah še naprej narašča. Ljudje smo s tehnološkimi, družbenimi in kulturnimi spremembami vedno znova povečali podporno zmogljivost planeta. V bistvu jim je uspelo spremeniti svojo ekološko nišo s povečanjem proizvodnje hrane, bojem proti boleznim in uporabo velikih količin energije in materialnih virov, da bi običajno nenaseljena območja Zemlje naredila primerna za bivanje.

Sodobni koncept samodejnega nadzora populacije v osnovi temelji na kombinaciji dveh razni pojavi: modifikacije ali naključna nihanja v številu in regulacije, ki delujejo na principu kibernetske povratne zveze in izravnalnih nihanj. V skladu s tem ločijo spreminjanje(neodvisno od gostote prebivalstva) in urejanje(odvisno od gostote prebivalstva) okoljski dejavniki, od katerih prvi vplivajo na organizme neposredno ali s spremembami drugih sestavin biocenoze. V bistvu so modifikacijski dejavniki različni abiotski dejavniki. Regulacijski dejavniki so povezani z obstojem in delovanjem živih organizmov (biotski dejavniki), saj so le živa bitja sposobna odzivati na gostoto svoje populacije in populacije drugih vrst po principu negativne povratne zveze. Če vpliv spreminjajočih dejavnikov vodi le do transformacij (modifikacij) nihanj v številu, ne da bi jih odpravili, potem regulacijski dejavniki, ki izravnavajo naključna odstopanja, stabilizirajo (regulirajo) številke na določeni ravni. Vendar pa so na različnih ravneh velikosti populacije regulatorni dejavniki bistveno drugačni. Ko populacija plena doseže še večjo številčnost, se ustvarijo pogoji za širjenje bolezni in končno je omejitveni dejavnik regulacije znotrajvrstna konkurenca, ki vodi v izčrpavanje razpoložljivih virov in razvoj stresnih reakcij populacije plena.

Celotno spremembo velikosti naravne populacije določajo procesi, kot so rodnost, umrljivost in migracije posameznikov.

Plodnost razlikovati med absolutnim in specifičnim. Absolutna rodnost je število novih osebkov, ki se pojavijo v časovni enoti, specifična rodnost pa je enako število, vendar vezano na določeno število osebkov. Na primer, kazalnik rodnosti osebe je število otrok, rojenih na 1000 ljudi med letom. Plodnost določajo številni dejavniki: okoljske razmere, razpoložljivost hrane, biologija vrste (stopnja spolnega zorenja, število generacij v sezoni, razmerje med samci in samicami v populaciji). Po pravilu največje plodnosti (razmnoževanja) se v idealnih razmerah v populacijah pojavi največje možno število novih osebkov; rodnost je omejena fiziološke značilnosti prijazen.

Umrljivost je tako kot rodnost lahko absolutna (število oseb, ki so umrle v določenem času) ali specifična. Označuje stopnjo upada populacije zaradi smrti zaradi bolezni, starosti, plenilcev, pomanjkanja hrane in iger. glavna vloga v populacijski dinamiki.

Obstajajo tri vrste smrtnosti: enaka na vseh stopnjah razvoja - redka, v optimalnih pogojih; povečana umrljivost v zgodnji starosti je značilna za večino vrst rastlin in živali (pri drevesih do zrelosti preživi manj kot 1% sadik, pri ribah - 1-2% mladic, pri žuželkah - manj kot 0,5% ličink); visoka stopnja smrtnosti v starosti - običajno opazimo pri živalih, katerih ličinke potekajo v ugodnih, malo spreminjajočih se razmerah: prst, les, živi organizmi.

2. Nihanje prebivalstva

Pod ugodnimi pogoji se število populacij poveča in je lahko tako hitro, da povzroči populacijsko eksplozijo. Imenuje se celota vseh dejavnikov, ki prispevajo k rasti prebivalstva biotski potencial. Za različne vrste je precej visoka, vendar je verjetnost, da bo populacija dosegla mejo populacije v naravnih razmerah, nizka, ker temu nasprotujejo omejitveni dejavniki. Niz dejavnikov, ki omejujejo rast prebivalstva, se imenuje srednja odpornost. Stanje ravnovesja med biotskim potencialom vrste in odpornostjo okolja, ki ohranja stalnost števila populacij, se imenuje homeostazo oz dinamično ravnotežje. Ko je kršena, pride do nihanj v velikosti populacije, tj. njene spremembe.

Obstajajo periodična in neperiodična nihanja števila prebivalstva. Prvi se pojavijo v sezoni ali več letih (4 leta - periodični cikel plodov cedre, povečanje števila lemingov, polarne lisice, snežne sove; po enem letu jablane na vrtnih parcelah obrodijo sadove) , drugi so izbruhi množičnega razmnoževanja nekaterih škodljivcev uporabnih rastlin, ko so okoljski pogoji kršeni habitati (suše, nenavadno hladne ali tople zime, preveč deževne rastne dobe), nepričakovane selitve v nove habitate. Periodična in neperiodična nihanja števila populacij pod vplivom biotskih in abiotskih okoljskih dejavnikov, značilnih za vse populacije, imenujemo populacijski valovi .

Vsaka populacija ima strogo določeno strukturo: genetsko, starostno-spolno, prostorsko itd., Vendar ne more biti sestavljena iz manj posameznikov, kot je potrebno za stabilen razvoj in odpornost populacije na dejavnike okolja. To je načelo najmanjše velikosti populacije. Kakršna koli odstopanja parametrov populacije od optimalnih vrednosti so nezaželena, če pa njihove previsoke vrednosti ne predstavljajo neposredne nevarnosti za obstoj vrste, potem zmanjšanje na minimalno raven, zlasti velikosti populacije, predstavlja nevarnost do vrste.

Dejavniki ali razlogi za nihanje številk:

zadostna zaloga hrane in pomanjkanje hrane;

tekmovanje več populacij za eno ekološko nišo;

zunanji (abiotski) okoljski pogoji: hidrotermalni režim, osvetljenost, kislost, prezračenost itd.

Nihanja (odstopanja) v številu povzročajo različni razlogi. In niso vedno enaki za različne vrste. Periodična nihanja števila prebivalcev, ki imajo obdobje 10-11 let, je razloženo s periodičnostjo sončne aktivnosti: število sončnih peg se spreminja z obdobjem 11 let. Količina hrane je vzrok za nihanja pri sibirski sviloprejki: povzroči izbruh po suhem, toplem poletju. Lahko povzroči izbruh števila in splet številnih okoliščin. Na primer, rdeče plime opazimo ob obali Floride. So neperiodične in za njihovo manifestacijo so potrebni naslednji dogodki: obilne padavine, izpiranje mikroelementov iz zemlje (železo, cink, kobalt - njihove koncentracije morajo sovpadati do desettisočink odstotka), zmanjšana slanost vode. dno, določena temperatura in mir ob obali. V takšnih razmerah se dinoflagelatne alge začnejo hitro deliti. Teoretično lahko iz enega enoceličnega dinoflagelata, kot rezultat 25 zaporednih delitev, nastane 33 milijonov posameznikov. Voda od njih postane rdeča. Dinoflagelati sproščajo v vodo smrtonosni strup, ki povzroči paralizo in nato smrt rib in drugih morskih prebivalcev.

Evolucijski pomen populacijskih valov je, da:

spremeniti frekvence alelov (majhne številke na vrhu vala se lahko manifestirajo fenotipsko, ob upadanju pa lahko izginejo iz genskega sklada);

na vrhuncu vala se izolirane populacije združijo, povečata se selitev in panmiksija ter poveča heterogenost genskega sklada;

populacijski valovi spremenijo intenzivnost naravne selekcije in njeno smer.

Zaključek

Tako so populacije izpostavljene kompleksu abiotskih in biotskih dejavnikov, ki aktivirajo mehanizme za uravnavanje njihovega števila. Zato v naravnih združbah, ki jih človek ne moti, le redko pride do neobvladljive rasti številčnosti, izčrpavanja virov in smrti populacij.

Število naravnih populacij ni konstantno, saj so njihove okoljske razmere spremenljive. Razpon populacijske variabilnosti se razlikuje med vrstami. Določa ga stopnja variabilnosti okoljskih razmer, pa tudi biološke lastnosti določen tip.

Število osebkov neke vrste je zelo pomembno za njeno preživetje. Mnoge vrste se lahko normalno razmnožujejo le, če živijo v dokaj veliki skupini. Tako kormoran normalno živi in se razmnožuje, če je v njegovi koloniji vsaj 10 tisoč osebkov. Načelo najmanjše velikosti populacije pojasnjuje, zakaj je redke vrste težko rešiti pred izumrtjem. Živeti skupaj olajša iskanje hrane in boj proti sovražnikom. Tako lahko le trop volkov ulovi velik plen, čreda konj in bizonov pa se lahko uspešno brani pred plenilci.

Hkrati prekomerno povečanje števila posameznikov ene vrste vodi v prenaseljenost skupnosti, povečano tekmovanje za ozemlje, hrano in vodstvo v skupini.

Podrobna rešitev odstavek 80 pri biologiji za učence 10. razreda, avtorji Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. 2014

1. Kateri dejavniki vplivajo na velikost populacije?

Odgovori. V naravnih sistemih z nizko stopnjo vrstne pestrosti na velikost populacije močno vplivajo abiotski in antropogeni dejavniki. Odvisno je od vremena, kemične sestave okolja in stopnje njegove onesnaženosti. V sistemih z visoko stopnjo pestrosti vrst populacijska nihanja nadzirajo predvsem biotski dejavniki.

Vse okoljske dejavnike lahko glede na naravo njihovega vpliva na velikost populacije razdelimo v dve skupini.

Od gostote naseljenosti neodvisni dejavniki spreminjajo velikost populacij v eno smer, ne glede na število osebkov v njih. Abiotski in antropogeni (z izjemo okoljskih dejavnosti človeka) dejavniki vplivajo na število osebkov ne glede na gostoto prebivalstva. Tako ostre zime zmanjšajo populacijo poikilotermnih živali (kače, žabe, kuščarji). Debela plast ledu in pomanjkanje zadostne količine kisika pod ledom zmanjšujeta populacijo rib pozimi. Suha poletja in jeseni, ki jim sledijo mrzle zime, zmanjšajo populacijo koloradskega hrošča. Nenadzorovan odstrel živali ali ribolov zmanjšuje sposobnost obnove njihovih populacij. Visoke koncentracije onesnaževal v okolju negativno vplivajo na število vseh nanje občutljivih vrst.

Kapaciteta okolja (največja velikost populacije) je določena s sposobnostjo okolja, da populaciji zagotovi potrebne vire: hrano, zavetje, osebke nasprotnega spola itd. Ko se velikost populacije približa zmogljivosti okolja, pride do pomanjkanja hrane zaradi njene povečane porabe. In takrat se aktivira mehanizem za uravnavanje velikosti populacije z intraspecifično konkurenco za vire. Če je gostota prebivalstva visoka, jo uravnava povečanje umrljivosti zaradi povečane konkurence. Nekateri posamezniki poginejo zaradi pomanjkanja hrane (rastlinojedci) ali zaradi biološke ali kemične vojne. Povečana smrtnost vodi do zmanjšane gostote. Če je gostota prebivalstva nizka, se obnavlja zaradi povečanja rodnosti zaradi obnavljanja virov hrane in oslabitve konkurence.

Biološka vojna je ubijanje tekmecev znotraj populacije z neposrednim napadom (plenilci iste vrste). Močno zmanjšanje virov hrane lahko povzroči kanibalizem (prehranjevanje lastne vrste). Kemično bojevanje je sproščanje kemikalij, ki zavirajo rast in razvoj ali ubijajo mlade osebke (rastline, vodne živali). Manifestacijo kemične vojne lahko opazimo v razvoju paglavcev. Pri veliki gostoti večji paglavci sproščajo v vodo snovi, ki zavirajo rast majhnih osebkov. Zato le veliki paglavci dokončajo svoj razvoj. Po tem začnejo rasti majhni paglavci.

Regulacija velikosti populacije preko količine prehranskih virov je jasno vidna na primeru interakcije med populacijo plenilcev in plenov. Medsebojno vplivajo na število in gostoto druga druge, kar povzroča ponavljajoče se rasti in padce števila obeh populacij. Še več, v tem sistemu nihanj naraščanje števila plenilca fazno zaostaja za povečanjem števila plena.

Pomemben mehanizem za uravnavanje števila v prenatrpanih populacijah je odziv na stres. Povečanje gostote prebivalstva vodi do povečanja pogostosti srečanj med posamezniki, kar povzroči fiziološke spremembe v njih, ki vodijo bodisi do zmanjšanja plodnosti bodisi do povečanja umrljivosti, kar povzroči zmanjšanje velikosti populacije. Stres ne povzroči nepopravljivih sprememb v telesu, ampak vodi le do začasne blokade določenih telesnih funkcij. Ko se prenaseljenost odpravi, se sposobnost razmnoževanja hitro povrne.

Preden pride do popolnega izčrpanja okoljskih virov, se aktivirajo vsi od gostote prebivalstva odvisni mehanizmi regulacije populacije. Zahvaljujoč temu se v populacijah pojavi samoregulacija števila.

2. Katere primere cikličnega nihanja števila prebivalstva poznate?

Odgovori. V naravi velikost populacije niha. Tako lahko število posameznih populacij žuželk in majhnih rastlin doseže več sto tisoč in milijonov osebkov. Nasprotno, populacije živali in rastlin so lahko razmeroma majhne.

Nobena populacija ne more biti sestavljena iz manj posameznikov, kot je potrebno za zagotovitev stabilnega izvajanja tega okolja in odpornosti populacije na dejavnike okolja - načelo najmanjše velikosti populacije.

Najmanjša velikost populacije je značilna za različne vrste. Preseganje minimuma vodi prebivalstvo v smrt. Tako bo nadaljnje križanje tigrov na Daljnem vzhodu neizogibno privedlo do izumrtja zaradi dejstva, da bodo preostale enote, ki ne najdejo partnerjev za vzrejo dovolj pogosto, izumrle v nekaj generacijah. To ogroža tudi redke rastline (orhideja copatek itd.).

Regulacija gostote prebivalstva se izvaja, ko so viri energije in prostora v celoti izkoriščeni. Nadaljnje povečevanje gostote prebivalstva vodi do zmanjšanja preskrbe s hrano in posledično do zmanjšanja rodnosti.

Obstajajo neperiodična (redko opažena) in periodična (konstantna) nihanja števila naravnih populacij.

Periodična (ciklična) nihanja števila prebivalstva. Običajno potekajo v eni sezoni ali več letih. Ciklične spremembe s povečanjem števila v povprečju po 4 letih so bile zabeležene pri živalih, ki živijo v tundri - lemingih, polarnih sovah in arktičnih lisicah. Sezonska nihanja v številu so značilna tudi za številne žuželke, mišje podobne glodavce, ptice in majhne vodne organizme.

"Obstajajo določene zgornje in spodnje meje povprečne velikosti populacije, ki obstaja v naravi ali ki bi teoretično lahko obstajala poljubno dolgo."

Primer. Pri kobilicah selivkah so enofazne ličinke, kadar je njihovo število nizko, svetlo zelene, odrasli pa sivozeleni. V letih množičnega razmnoževanja kobilice preidejo v stadijsko fazo. Ličinke postanejo svetlo rumene s črnimi pikami, odrasli pa postanejo limonasto rumeni. Spremeni se tudi morfologija osebkov.

Vprašanja po § 80

1. Kaj je populacijska dinamika?

Odgovori. Dinamika populacije je proces spreminjanja njenih osnovnih bioloških kazalcev skozi čas. Glavni pomen pri proučevanju populacijske dinamike je dan spremembam v številu, biomasi in strukturi populacije. Populacijska dinamika je eden najpomembnejših bioloških in ekoloških pojavov. Lahko rečemo, da se življenje prebivalstva kaže v njegovi dinamiki.

Populacija ne more obstajati brez stalnih sprememb, zaradi katerih se prilagaja spreminjajočim se življenjskim razmeram. Kazalniki, kot so rodnost, umrljivost in starostna struktura, so zelo pomembni, vendar po nobenem od njih ne moremo soditi o dinamiki celotne populacije.

Pomemben proces v populacijski dinamiki je rast populacije (ali preprosto »rast populacije«), do katere pride, ko organizmi poselijo nove habitate ali po katastrofi. Narava rasti je različna. Populacije s preprosto starostno strukturo imajo hitro, eksplozivno rast. V populacijah s kompleksno starostno strukturo poteka gladko in se postopoma upočasnjuje. V vsakem primeru se gostota prebivalstva povečuje, dokler ne začnejo delovati dejavniki, ki omejujejo rast populacije (omejitev je lahko povezana s polno uporabo virov, ki jih porabi prebivalstvo, ali z drugimi vrstami omejitev). Sčasoma je ravnovesje doseženo in vzdrževano.

2. Kaj je pojav regulacije prebivalstva? Kakšen je njegov pomen v ekosistemu?

Odgovori. Ko je rast populacije končana, začne njeno število nihati okoli neke bolj ali manj stalne vrednosti. Pogosto so ta nihanja posledica sezonskih ali letnih sprememb življenjskih razmer (na primer spremembe temperature, vlažnosti, oskrbe s hrano). Včasih se lahko štejejo za naključne.

V nekaterih populacijah so nihanja števila redna in ciklična.

Najbolj znani primeri cikličnih nihanj so nihanja v številu nekaterih vrst sesalcev. Na primer, cikli tri- in štiriletne periodičnosti so značilni za številne mišje podobne glodalce (miši, voluharice, leminge) in njihove plenilce (snežna sova, polarne lisice).

Najbolj znan primer cikličnega nihanja števila žuželk so občasni izbruhi kobilic. Podatki o vdoru potepuških kobilic segajo v starodavne čase. Kobilice živijo v puščavah in območjih z nizko vodo. Že vrsto let se ne seli, ne škoduje pridelkom in ne pritegne posebej pozornosti. Toda od časa do časa gostota populacije kobilic doseže pošastne razsežnosti. Pod vplivom gneče žuželke doživijo številne spremembe v svojem videzu (na primer razvijejo daljša krila) in začnejo leteti na kmetijske površine in jesti vse, kar se jim znajde na poti. Razlogi za takšne populacijske eksplozije so očitno v nestabilnosti okoljskih razmer.

3. Kakšno vlogo imajo abiotski in biotski dejavniki pri spreminjanju gostote prebivalstva?

Odgovori. Vzroki za ostra nihanja števila populacij nekaterih organizmov so lahko različni abiotski in biotski dejavniki. Včasih se ta nihanja dobro ujemajo s spremembami podnebnih razmer. Vendar pa v številnih primerih vpliv zunanji dejavniki nemogoče je pojasniti spremembe v velikosti določene populacije. Vzroki, ki povzročajo nihanje števila prebivalstva, so lahko v njih samih; takrat govorimo o notranjih dejavnikih populacijske dinamike.

Znani so primeri, ko v razmerah prenaseljenosti številni sesalci doživijo nenadne spremembe v svojem fiziološkem stanju. Takšne spremembe vplivajo predvsem na organe nevroendokrinega sistema, vplivajo na vedenje živali, spreminjajo njihovo odpornost na bolezni in različne vrste stresa.

Včasih to vodi do povečane umrljivosti posameznikov in zmanjšanja gostote prebivalstva. Snežni zajci, na primer, v obdobjih največje številčnosti pogosto nenadoma poginejo zaradi tako imenovane "šok bolezni".

Takšne mehanizme lahko nedvomno uvrstimo med notranje regulatorje števila. Samodejno se sprožijo takoj, ko gostota preseže določeno mejno vrednost.

Na splošno vse dejavnike, ki vplivajo na velikost populacije (ne glede na to, ali omejujejo ali spodbujajo reprodukcijo populacije), delimo v dve veliki skupini:

– neodvisno od gostote prebivalstva;

– odvisno od gostote prebivalstva.

Drugo skupino dejavnikov pogosto imenujemo regulativni ali nadzorni gostote.

Ne bi smeli misliti, da bi morala prisotnost regulativnih mehanizmov vedno stabilizirati številke. V nekaterih primerih lahko njihovo delovanje povzroči ciklična nihanja v številu tudi v stalnih življenjskih razmerah.

Povejte nam o sezonskih spremembah števila živalskih in rastlinskih populacij, ki jih poznate (spomnite se osebnih opazovanj).

Odgovori. Pri številnih živalskih in rastlinskih vrstah so nihanja v številčnosti populacij posledica sezonskih sprememb življenjskih pogojev (temperatura, vlažnost, svetloba, preskrba s hrano itd.). Primeri sezonskih nihanj v številu prebivalstva so roji komarjev, ptic selivk, letne trave - v topli sezoni, pozimi so ti pojavi praktično zmanjšani na nič.

Najbolj zanimiva so nihanja števila prebivalcev, ki se pojavljajo iz leta v leto. Imenujejo se medletni, za razliko od znotrajletnih ali sezonskih. Medletna dinamika števila prebivalcev ima lahko drugačen značaj in se kaže v obliki gladkih valov sprememb (številčnost, biomasa, struktura populacije) ali v obliki pogostih nenadnih sprememb.

V obeh primerih so te spremembe lahko redne, to je ciklične, ali nepravilne, to je kaotične. Prvi za razliko od drugih vsebujejo elemente, ki se ponavljajo v rednih intervalih (npr. vsakih 10 let populacija doseže določeno največjo vrednost).

Nihanja v številu nekaterih vrst ptic (na primer mestnega vrabca) ali rib (uklev, rižak, gobi itd.), opažena iz leta v leto, so primer nepravilnih sprememb velikosti populacije, ki so običajno povezane s spremembami podnebja. pogojih ali s spremembami onesnaženosti okolja habitata s snovmi, ki škodljivo delujejo na organizme.

Zanimiva opažanja nihanja števila velikih sinic v mestu. Njegovo število se pozimi v mestu poveča za 10-krat v primerjavi s poletjem.

S pomočjo dodatne literature navedite primere cikličnega nihanja števila živali ali rastlin.

Odgovori. Za naravne populacije obstajajo:

1) sezonske spremembe števila, povezane s sezonskimi spremembami okoljskih dejavnikov,

2) nihanja, ki jih povzročajo letne spremembe. Sezonske spremembe številčnosti so najbolj izrazite pri številnih žuželkah, pa tudi pri večini enoletnih rastlin.

Primere znatnih nihanj v številu kažejo nekatere vrste severnih sesalcev in ptic, ki imajo 9-10- ali 3-4-letne cikle. Klasičen primer 9–10-letnih nihanj je sprememba številčnosti zajca in risa v Kanadi, pri čemer so vrhovi številčnosti zajcev pred vrhovi številčnosti risa za eno leto ali več.

Za oceno dinamičnega stanja rastlinskih populacij se izvaja analiza starostnih (ontogenetskih) stanj. Najlažje določljiv znak stabilnega stanja populacije je popoln ontogenetski spekter. Takšni spektri se imenujejo osnovni (značilni), določajo dokončno (dinamično stabilno) stanje populacij.

Najbolj znani primeri cikličnih nihanj vključujejo skupna nihanja števila nekaterih vrst severnih sesalcev. Na primer, cikli tri- in štiriletne periodičnosti so značilni za številne severne mišje podobne glodalce (miši, voluharice, leminge) in njihove plenilce (snežna sova, polarne lisice), pa tudi zajce in rise.

V Evropi lemingi včasih dosežejo tako visoko gostoto, da se začnejo seliti iz svojih prenaseljenih habitatov. Tako za leminge kot za kobilice vsako povečanje populacije ne spremlja selitev.

Včasih je mogoče pojasniti ciklična nihanja števila prebivalstva kompleksne interakcije med populacijami različne vrsteživali in rastline v skupnostih.

Vzemimo za primer nihanje števila nekaterih vrst žuželk v evropskih gozdovih, na primer metuljev borovega in macesnovega molja, katerih ličinke se prehranjujejo z drevesnimi listi. Njihov vrh populacije se ponovi po približno 4-10 letih.

Nihanje v številu teh vrst določata tako dinamika drevesne biomase kot nihanje števila ptic, ki se hranijo z žuželkami. Ko se biomasa dreves v gozdu povečuje, največja in najstarejša drevesa postanejo dovzetna za gosenice črvov in pogosto umrejo zaradi ponavljajoče se defoliacije (izguba listov).

Odmiranje in razgradnja lesa vrača hranila v gozdna tla. Za svoj razvoj jih uporabljajo mlada drevesa, ki so manj občutljiva za napad žuželk. Rast mladih dreves spodbuja tudi večja osvetlitev zaradi smrti starih dreves z velikimi krošnjami. Ptice medtem zmanjšujejo število brstov. Vendar pa zaradi rasti dreves začne (število) ponovno naraščati in proces se ponavlja.

Če upoštevamo obstoj iglastih gozdov v daljšem časovnem obdobju, postane jasno, da listni zavijač občasno pomlajuje ekosistem. iglasti gozd, je njen sestavni del. Zato povečanje števila tega metulja ne predstavlja katastrofe, kot se morda zdi vsakomur, ki v določeni fazi cikla vidi mrtva in odmirajoča drevesa.

Vzroki za močna nihanja števila nekaterih populacij so lahko različni abiotski in biotski dejavniki. Včasih se ta nihanja dobro ujemajo s spremembami podnebnih razmer. Vendar pa je v nekaterih primerih nemogoče razložiti spremembe v velikosti določene populacije z vplivom zunanjih dejavnikov. Vzroki, ki povzročajo nihanje števila prebivalstva, so lahko v njih samih; takrat govorimo o notranjih dejavnikih populacijske dinamike

Morda bi bilo koristno prebrati: