Лекция №3. Популяции. Гомеостаз. Взаимоотношения видов.
3.1 Популяции
Популяция– это естественные группировки особей одного вида, заселяющих общие места обитания и связанные общностью генофонда и функциональными закономерными взаимодействиями. Определенные природные условия и место популяции в биоценозе и экосистеме называется экологической нишей данной популяции. Каждая популяция обладает определенными признаками, которые характеризуют ее как целое.
Основные свойства популяций.
- Плотность популяции – это число особей (или биомассы) данной популяции, приходящееся на единицу площади (или объема).
- Рождаемость – свойство популяции увеличивать свою численность.
- Смертность– это свойство популяции уменьшать свою численность за счет гибели особей или эмиграции.
- Выживаемость– число особей (в процентах), сохранившихся в популяции за определенный промежуток времени.
- Скорость роста популяции– это изменение ее численности в единицу времени.
- Стратегия популяций связана с типом роста их численности
Различают два типа роста популяций:
- экспоненциальный тип характеризуется низкой смертностью в детском возрасте и отсутствием конкуренции, высокой плодовитостью, быстрым размножением, коротким периодом индивидуального развития, малыми размерами особей, но слабой конкурентоспособностью, отсутствием заботы о потомстве. Такие популяции быстро расселяются и занимают обширные нестабильные территории, но малоустойчивы и не могут становиться доминантами в сообществах (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Экспоненциальный тип роста популяций.
- логистический тип характеризуется высокой смертностью молодых особей или их зачатков (яйца, икринки, споры, семена и т.д.) и значительными периодическими колебаниями численности, которые бывают сезонными (насекомые), взрывными (леменги, белки) и сглаженными (крупные млекопитающие). Популяции с логистическим типом роста характеризуются большой конкурентоспособностью, населяют стабильные места обитания (рис. 3.2).
Рис. 3.2 Логистический тип роста популяций.
Каждой популяции свойственен биотический потенциал, под которым понимают теоретически возможное потомство от одной пары особей при реализации способности организмов к биологически обусловленному размножению. Биотический потенциал тем выше, чем ниже уровень организации организмов.
Периоды резкого изменения численности носят название «популяционных волн», «волн численности», «волн жизни». Они связаны со следующими факторами: пищевыми, погодными (количество тепла), солнечной активностью.
Резкое увеличение численности популяции приводит к ряду отрицательных последствий:
-ослабление всех особей в результате недостатка пищи,
- самоотравление среды,
- возможность массовых заболеваний.
Проблему выживания малых популяций помогает решить определение величины эффективной численности (Ne).
Эффективная численность - это численность особей, оставляющих потомство и вносящих свой вклад в генофонд следующего поколения.
Вероятность выживания зависит от коэффициента инбридинга (числа близкородственных скрещиваний, в отличие от панмиксиса – свободного скрещивания) и уровня инбредной депрессии (снижения жизненности вследствие близкородственного скрещивания у организмов с половым размножением), величина которых при длительном размножении в малочисленной популяции возрастает тем быстрее, чем меньше Ne.
Очевидно, что устойчивость и жизнеспособность отдельной особи и популяции в целом зависит от их способности к адаптации.
Классификация популяций по способности к самовоспроизведению .
- Перманентная популяция– это саморегулирующаяся система родственных между собой особей, относительно устойчивая в пространстве и во времени, способная к неограниченно длительному самовоспроизведению. Такие популяции являются элементарными единицами эволюции.
- Темпоральная популяция – это неспособная к длительному самовоспроизведению, неустойчивая в пространстве и во времени система. Они не могут долго существовать независимо от перманентных, с течением времени могут преобразовываться в перманентные.
Классификация популяций по способу размножения.
- Панмиктические – популяции, состоящие из особей, размножающихся половым путем, для которых характерно перекрестное оплодотворение.
- Клональные – популяции, состоящие из особей, для которых характерно только бесполое размножение.
- Клонально-панмиктические – это популяции, в которых сочетаются половое размножение с бесполым.
Классификация популяцийпо возрастным характеристикам.
1. Нормальная – это наиболее жизнеспособная популяция, в которой все возраста представлены относительно равномерно.
2. Регрессивная (вымирающая) – это популяции с преобладанием старческих особей.
3. Внедряющаяся (инвазионная) - это популяции, представленные молодыми особями.
3.2 Гомеостаз. Взаимоотношения между организмами.
Структурно-функциональной подсистемой популяции является отдельный организм, который представляет собой конкретную единицу обмена веществ, находящейся в тесных взаимосвязях с внешними условиями и с более крупными биологическими системами. Основой свободы и независимости живых организмов в изменчивых условиях среды является стабильность физико-химических условий во внутренней среде.
Способность организма как целого поддерживать постоянство внутренней среды называется гомеостазом(от греческого homoios - одинаковый). Этот термин ввел У. Кеннон в 1929 г.
У. Кеннон
Саморегулирующийся гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов, один из которых – обратная связь. Она обеспечивает управление между условно выделенными объектами посредством положительных и отрицательных связей. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например, увеличивает количество одного из объектов. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», например, уменьшает количество другого объекта за счет увеличения первого. Эта схема (рис. 3.3) отлично иллюстрирует процесс коэволюции в системе «хищник-жертва».
Рис. 3.3
Выделяют также популяционный гомеостаз, под которым понимают способность популяции поддерживать свою численность в определенных границах значений.
Место вида в природе, включающее как положение его в пространстве, так и его функциональную роль в сообществе, отношение к абиотическим условиям существования называют экологической нишей. Если экологическая ниша определяется только физиологическими особенностями организма, то ее называют фундаментальной, а ту, в пределах которой вид реально встречается в природе - реализованной.
Реализованная ниша – это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция в состоянии «отстоять» в конкурентной борьбе. Конкуренция – это отрицательные взаимодействия двух организмов, стремящихся к одному и тому же (Ю. Одум, 1975 г.).
Выделяют следующие механизмы популяционного гомеостаза:
1. Межвидовой (хищник – жертва, паразит – хозяин) – это любое взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании. Конкуренция проявляется в виде борьбы видов за экологические ниши.
2. Внутривидовой – заключается в конкуренции между особями одного вида:
а) жесткая форма (самоизреживание фитоценозов, канибализм),
б) смягченные формы:
- исключение из процесса размножения,
- выделение во внешнюю среду веществ, которые мешают росту молодых особей (деревья),
- явление территориальности,
- стрессовые явления, которые снижают репродуктивную функцию.
в) миграция.
Гомеостазированность организма создает предпосылки для использования его другими живыми существами в качестве среды постоянного или временного обитания (вирусы, паразиты, симбионты).
Живые организмы находятся друг с другом в определенных отношениях. Эти отношения могут быть либо симбиотическими, либо антибиотическими. Но может быть и так, что совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. Такая форма отношений называется нейтрализмом.
Симбиотическими называют отношения в сообществе, при которых участники извлекают от совместного сожительства определенную пользу или хотя бы не вредят друг другу.
К симбиотическим относят следующие формы отношений:
- Собственно симбиоз
- Мутуализм– особая форма симбиотических отношений, при которой либо один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя( травоядные копытные и микроорганизмы, обитающие в их желудке и кишечнике).
- Комменсализм– один из партнеров получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично:
- Cинойкия (квартиранство), например, актинии и рыбки;
- трофобиоз (нахлебничество, например, хищники и падальщики).
Антибиотическими являются взаимоотношения между организмами, при которых один или же оба участника испытывают отрицательное воздействие партнера:
- Хищничество – это особая форма отношений, при которой один из участников (хищник) умерщвляет другого и использует его в качестве пищи.
- Паразитизм – взаимоотношения, при которых паразит не убивает сразу своего хозяина, а длительное время использует его как источник пищи.
- Конкуренция – это тип отношений, при котором организмы соперничают друг с другом (межвидовая и внутривидовая).
- Аменсализм– это взаимоотношения, при которых один организм подавляет жизнедеятельность другого, не испытывая при этом никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого.
Частным случаем аменсализма является аллелопатия – влияние одного организма на другой, при котором во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя ее и делая непригодной для жизни другого. Это явление распространено среди растений, и его особенно важно учитывать при совместном выращивании с/х культур.
Таким образом, взаимоотношения между организмами тесно связаны с факторами природной среды, что можно отразить схемой, представленной на рис. 3.4
Рис. 3.4 Взаимоотношения между организмами и факторами природной среды
Тема для самостоятельного изучения:
