Слайд 1ДЕМЭКОЛОГИЯ
экология популяций
Слайд 2Популяция (С.С. Шварц) – элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая
всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время
в постоянно изменяющихся условиях среды
Популяция – группа особей одного вида, свободно скрещивающихся между собой, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию
Слайд 3Классификация популяций
По размерам занимаемой популяцией территории и степени связи между
особями:
1 – элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей
одного вида, занимающих небольшой участок однородной площади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.
2 – экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.
3 – географическая популяция – совокупность групп пространственно смежных экологических популяций.
Слайд 4Ареал
Ареал – область распространения – пространство, на котором популяция или
вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности.
В зависимости
от величины ареала и характера распространения различают виды:
1 – космополиты – встречаются на большей части обитаемых областей Земли (серая крыса);
2 – убиквисты – способны существовать в разнообразных условиях среды, имеют обширные ареалы (волк);
3 – эндемики – имеют небольшие ограниченные ареалы.
Слайд 5ПОКАЗАТЕЛИ ПОПУЛЯЦИИ
СТАТИЧЕСКИЕ
численность
плотность
пространственная структура
возрастная структура
экологическая структура
половая структура
этологическая структура
ДИНАМИЧЕСКИЕ
рождаемость
смертность
прирост популяции
скорость роста популяции
миграции
Характеризуют состояние популяции в определенный момент
времени
Характеризуют процессы, происходящие в популяции за определенный промежуток времени
(отличие популяции от особи)
Слайд 6Численность –
это общее количество особей на определенной территории или
в данном объеме
Этот показатель никогда не бывает постоянным, зависит
от соотношения рождаемости, смертности и миграций
Слайд 7Методы определения численности:
Для животных
метод прямого наблюдения
метод аэрофотосъемки
метод мечения (насекомых нитрокраской
(лак для ногтей), у бабочек на крыло наклеивают блестящий кружочек,
у птиц – кольцевание, у крупных млекопитающих – радиомаяки)
Для растений специфические методы
метод проективного покрытия
метод обилия
Слайд 16Плотность –
это среднее число особей на единицу площади или
объема занимаемого популяцией пространства
Слайд 17Методы определения плотности
Методы в экологии растений
метод трансект
метод пробных площадей
Методы в
экологии животных
дночерпатель (изучение бентоса)
планктонная сетка (изучение планктона)
маршрутные исследования (для птиц
и млекопитающих) часто используют следы жизнедеятельности – следы, гнездо, экскременты
ловушки (для насекомых)
Слайд 22Пространственная структура популяций
выражается в закономерном размещении особей и их
группировок по отношению к определенным элементам ландшафта и друг к
другу и отражает свойственный виду тип использования территории
Слайд 23Типы пространственного размещения особей
равномерное
Редко встречается
Особи стремятся избежать присутствия друг друга:
при сильной внутривидовой конкуренции,
когда одна особь препятствует вселению другой
Пример,
хищники, деревья в лесу
Слайд 24Типы пространственного размещения особей
случайное
Особи популяции более или менее независимы друг
от друга, обитают в относительно однородной среде и между особями
нет конкуренции за ресурсы
Пример, мучные хрущаки в муке, моллюски в прибрежной зоне, сорняки в поле
Слайд 25Типы пространственного размещения особей
групповое
1) особи имеют большую вероятность выживания в
группах
2) особи каким-либо способом привлекаются другими особями
Пример, гнездовья грачей в
парках, слоны, пингвины
Слайд 26Причины группового размещения:
абиотические факторы
способы размножения и расселения (клоны пырея ползучего,
земляники)
поведенческие причины (стаи, стада, колонии)
межвидовые взаимоотношения (некоторые насекомые паразитируют на
определенных растениях, связь растения и опылителя)
Слайд 27Пространственно-этологическая структура (для животных)
упорядочивания территориальных отношений у животных разнообразны и
связаны часто с их поведением
Наука о поведении – этология
Слайд 28Формы совместного существования особей в популяциях
Одиночный образ жизни
Семейный образ жизни
Колонии
Стаи
Стада
Слайд 38Эффект группы –
оптимизация физиологических процессов, ведущая к повышению жизнеспособности
особей при их совместном существовании
Слайд 39у овец вне стада резко учащаются пульс и дыхание, а
при виде приближающегося стада эти процессы нормализуются, и овца успокаивается
Слайд 40для выживания африканских слонов стадо должно состоять минимум из 25
особей
Слайд 41голуби некоторых пород не откладывают яйца, если не видят других
птиц. Достаточно поставить перед самкой зеркало, чтобы она приступила к
яйцекладке
Слайд 42Явление эффекта группы часто используется для человека:
подбор космонавтов
формирование отрядов спецназначения
и
др. групп, где люди должны длительное время находиться вместе
Слайд 43Тип использования пространства (для подвижных животных)
В течение всей или большей
части своей жизни существуют в пределах одной достаточно ограниченной территории.
При выселении с этой территории стремятся вернуться обратно
Пример, скворцы в течение многих лет возвращаются в один и тот же скворечник
Оседлые животные
Хоминг (от англ. home – дом) – «чувство дома»
Слайд 44+ животные хорошо ориентируются на своей территории и тратят меньше
энергии на поиск пищи, убежищ
+ создают систему запасов пищи, строят
основные и дополнительные гнезда, норы и т.д.
– возможно быстрое истощение ресурсов, особенно при увеличении численности популяции
Слайд 45У многих оседлых животных жизненное пространство поделено на индивидуальные участки
Способы охраны индивидуальных участков:
прямая угроза по отношению к чужаку. Пример,
малый суслик
ритуальное поведение, демонстрирующее угрозу. Пример, бойцовские рыбки
специальные метки
Примеры:
визуальные (медведь)
звуковые (певчие птицы)
запах (собачьи, кошачьи – моча, соболь – выделение специальных желез на подошвах лапок, сурки – особые анальные железы)
Слайд 46Обычная реакция на эти сигналы – избегание, закрепленная наследственно
Значение: экономия
энергии, которая может быть потрачена на выяснение территориальных отношений
Слайд 47Тип использования пространства (для подвижных животных)
Кочевые животные
Характерен экстенсивный тип использования
территории
+ нет зависимости от запасов кормов
– отсутствие убежищ, являются легкой
добычей для хищников. Этот недостаток компенсируется сложным поведением.
Слайд 48Малый суслик. Способ защиты индивидуального участка – прямая угроза
Слайд 53При рассмотрении пространственной структуры популяций животных важное значение имеет степень
привязанности к территории.
При этом выделяют два основных образа жизни:
оседлый и кочевой.
При оседлом образе жизни, как правило, наблюдается интенсивный тип использования территории. Отдельные особи или группировки в этом случае в течение длительного времени эксплуатируют ресурсы окружающей среды на достаточно ограниченном пространстве (группы бобров).
Для популяций, ведущих кочевой образ жизни, характерен экстенсивный тип использования территории. При этом кормовые ресурсы и питьевая вода используются обычно группами особей, постоянно перемещающихся в пределах обширных территорий (стада северных оленей).
Слайд 54Половая структура популяций у животных
Соотношение полов
Первичное
Вторичное
Третичное
Слайд 55Первичное соотношение полов
определяется генетическими механизмами, прежде всего наличием половых хромосом
Теоретически
можно ожидать равное число мужских и женских особей в потомстве
Но
иногда эта закономерность нарушается:
при размножении партеногенезом, т.е. без оплодотворения. Пример, тли, дафнии, некоторые растения
при мутациях половых хромосом. Пример, лесной лемминг
Слайд 56Вторичное соотношение полов
проявляется в соотношении числа самок и самцов среди
новорожденных
пример, у рыжих лесных муравьев при температуре выше 20°С происходит
оплодотворение и вылупляются самки, ниже 20°С – оплодотворение не происходит и вылупляются самцы
Слайд 57Третичное соотношение полов
показывает соотношение полов среди взрослых особей
Слайд 58Половая структура популяций у растений
Отличия от животных:
Характерно вегетативное размножение
Большинство растений
обоеполы
Слайд 60Возрастная структура популяций
Календарный (абсолютный возраст) – это отрезок времени с
момента возникновения особи до момента исследования
Биологический возраст (возрастное состояние) –
это определённые характеристики, показывающие морфологическое и физиологическое состояние особи
Слайд 61Чтоб биологический возраст не превысил календарный:
Слайд 62Возрастная структура популяций у растений
Слайд 63Возрастная структура популяций у животных
Соотношение возрастных групп сельди за 14
лет. «Урожайные» поколения прослеживаются в течение нескольких лет
(по Ф.
Швердпфегеру, 1963)
Слайд 64Возрастная структура таймырской популяции дикого северного оленя в период умеренного
(А) и чрезмерного (Б) охотничьего промысла
(по А.А. Колпащикову, 2000)
А
Б
Слайд 65Внутривидовые группировки.
Стаи – подвижные, обычно временные объединения. Скопления животных часто
связаны с местами изобилия пищи или достаточно надежными убежищами.
Стада –
более длительные и постоянные объединения животных. Они включают особей одного вида, которые сохраняют какое-либо время близость друг к другу, сходно себя ведут. Основой группового поведения в стадах являются взаимоотношения доминирования – подчинения.
Колонии – это групповое поселение оседлых животных. Они могут быть длительными или возникать лишь на период размножения (птицы – чайки, гагары и др.).
Слайд 66Динамика популяций
Рождаемость (скорость рождаемости) – число новых особей, появившихся в
популяции за единицу времени в результате размножения.
Различают максимальную и фактическую
рождаемость. Максимальная рождаемость – максимальная реализация возможности рождения при отсутствии лимитирующих факторов среды. Фактическая рождаемость – реальная реализация возможности рождения.
Слайд 67Смертность (скорость смертности) — число особей, погибших в популяции за
единицу времени (от хищников, болезней, старости и других причин). Смертность
— величина обратная рождаемости.
Различают минимальную и фактическую смертность. Минимальная смертность — минимально возможная величина смертности. Фактическая смертность — реальная величина смертности.
Слайд 68Скорость роста популяции
Скорость роста популяции – изменение численности популяции за
единицу времени. Скорость роста популяции может быть положительной, нулевой и
отрицательной. Она зависит от показателей рождаемости, смертности и миграции (вселения – иммиграции и выселения – эмиграции). Увеличение (прибыль) численности происходит в результате рождаемости и иммиграции особей, а уменьшение (убыль) численности – в результате смертности и эмиграции особей.
Слайд 69Различают абсолютную и удельную скорость роста популяции.
Абсолютная (общая) скорость роста
выражают отношением:
dN/ dt,
где dN – изменение численности популяции за промежуток
времени dt.
Удельная скорость роста – отношение скорости роста к исходной численности (N):
(dN / dt) / N.
Слайд 70Если при незначительной эмиграции и иммиграции рождаемость превышает смертность, то
популяция будет расти. Рост популяции является непрерывным процессом, если в
ней существуют все возрастные группы. Скорость роста популяции при отсутствии каких-либо экологических ограничений описывает дифференциальное уравнение:
dN/dt = rN,
где N – численность особей в популяции; t – время; r – константа скорости естественного прироста.
Слайд 71J-образная модель роста популяции
Если r > 0, то со временем
численность популяции становится больше. Рост происходит сначала медленно, а затем
стремительно увеличивается по экспоненциальному закону, т. е. кривая роста популяции принимает J-образный вид (рисунок 1, а). Такая модель основывается на допущении, что рост популяции не зависит от ее плотности. Считают, что почти любой вид теоретически способен увеличить свою численность до заселения всей Земли при достатке пищи, воды, пространства, постоянстве условий среды и отсутствии хищников.
Слайд 72Рис. 1 – Типы кривых роста численности популяции
(модели роста
популяции):
а – J-образная; б – S-образная; К – поддерживающая емкость
среды
Слайд 73S-образная модель роста популяции
Иное развитие получается ситуация при ограниченности пищевых
ресурсов либо при скоплении токсичных продуктов (отходов) метаболизма.
Первоначальный экспоненциальный
рост в исходных благоприятных условиях со временем продолжаться не может и постепенно замедляется.
Плотность популяции регулирует истощение пищевых ресурсов, накопление токсикантов и поэтому влияет на рост численности. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля, и кривая выходит на некоторый стабильный уровень (график образует плато).
Кривая такого роста имеет S-образную форму, и поэтому соответствующая модель развития событий называется S-образной.
Слайд 74S-образная кривая характерна, например, для дрожжей, фактором, ограничивающим их рост,
является накопление спирта, а также для водорослей, самозатеняющих друг друга.
Скорость роста численности в S-образной модели определяет дифференциальное уравнение
dN/dx = rN (К – N) / K,
где К – поддерживающая емкость среды, т. е. максимальный размер популяции, которая может существовать в данных условиях, удовлетворяя свои потребности неопределенно долго.
Слайд 75Выживаемость – абсолютное число особей (или процент от исходного числа
особей), сохранившихся в популяции за определенный промежуток времени. Выживаемость можно
выразить в виде таблиц и кривых выживания, которые отражают снижение по мере старения численности особей одного возраста в популяции.
Слайд 76Различают три основных типа кривых выживания (рисунок 3):
кривая типа
I свойственна организмам, смертность которых на протяжении всей жизни мала,
но резко возрастает в ее конце;
кривая типа II характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течение всей жизни (птицы, пресмыкающиеся);
кривая III типа отражает массовую гибель особей в начальный период жизни (организмы, не заботящиеся о потомстве и выживающие за счет огромного количества икринок, семян и т.п.).
Слайд 77Кривые выживания (по Д. Фрё, 1976):
I – кривая дрозофилы;
II – кривая гидры;
III – кривая устрицы
Слайд 78Комплекс свойств популяции, направленных на повышение вероятности выживания и оставление
потомства, называется экологической стратегией выживания.
Гомеостаз популяции – поддержание определенной численности
(плотности).
Изменение численности зависит от целого ряда факторов среды – абиотических, биотических, антропогенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно влияющий на рождаемость, смертность, миграцию особей и т.д.
Слайд 79Гомеостаз в популяции животных, регулируемый доступностью пищевых ресурсов (И.И. Дедю,
1989)
Слайд 80Регуляция численности популяции
Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей
численности.
Выделяют три механизма торможения роста численности популяций:
1 – при возрастании
плотности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность;
2 – при возрастании плотности усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны и смертность увеличивается;
Слайд 823 – при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции,
например, быстро размножающиеся особи заменяются медленно размножающимися.
Понимание механизмов регуляции численности
популяций чрезвычайно важно для возможности управления этими процессами. Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов. В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: запрещение охоты на некоторые виды животных, регулирование вырубки леса, установление сроков охоты и др.
