*§ 39—2. Механизмы регуляции и поддержания численности природных популяций
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | *§ 39—2. Механизмы регуляции и поддержания численности природных популяций |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Пятница, 19 Ноябрь 2021, 05:49 |
Оглавление
Преамбула
Рост численности популяций любого вида в природе никогда не бывает бесконечным, потому что ресурсы, за счет которых существуют виды (пища, убежища, подходящие места для размножения), на любой территории имеют пределы. Эти пределы ресурсов определяют емкость среды для конкретных популяций.
Когда под воздействием факторов окружающей среды происходит отклонение от оптимальных показателей численности (среднего уровня), говорят о процессе модификации численности. Возвращение к среднему уровню численности называется регуляцией. При этом воздействие на организмы экологических факторов, которые позволяют регулировать численность популяции, зависит от ее плотности. Под воздействием таких факторов происходит регуляция численности. К ним относятся биотические взаимоотношения и факторы-ресурсы абиотической среды.
Всякое значительное отклонение численности особей в популяциях от оптимальной связано с отрицательными последствиями для ее существования. В связи с этим популяции обычно имеют адаптационные механизмы, способствующие как снижению численности, если она значительно превышает оптимальную, так и ее восстановлению, если она уменьшается ниже оптимальных значений.
В природных системах с низким уровнем видового разнообразия численность популяций подвержена сильному воздействию абиотических и антропогенных факторов. Она зависит от погоды, химического состава среды и степени ее загрязнения. В системах с высоким уровнем видового разнообразия колебания численности популяций в основном контролируются биотическими факторами.
Все экологические факторы в зависимости от характера влияния на численность популяции можно разделить на две группы:
Факторы, независимые от плотности популяции
Факторы, независимые от плотности популяции, изменяют численность популяций в одном направлении, независимо от количества особей в них. Абиотические и антропогенные (за исключением природоохранной деятельности человека) факторы влияют на численность особей независимо от плотности популяции — это модифицирующие факторы. Так, суровые зимы снижают численность популяций пойкилотермных животных (змей, лягушек, ящериц). Толстый слой льда и отсутствие подо льдом достаточного количества кислорода снижают численность популяций рыб зимой. Сухие лето и осень с последующей морозной зимой уменьшают численность популяций жука колорадского. Неконтролируемый отстрел животных или отлов рыбы снижают восстановительные возможности их популяций. Высокие концентрации загрязнителей в окружающей среде отрицательно сказываются на численности всех чувствительных к ним видов.
Факторы, зависимые от плотности популяции
Факторы, зависимые от плотности популяции, изменяют ее численность в сторону оптимального уровня и предотвращают перенаселение, поэтому их еще называют регулирующими факторами. К ним относятся биотические и природоохранные антропогенные факторы. Зависимыми от плотности популяции факторами являются: запасы кормовых ресурсов, наличие естественных врагов, конкурентов, различные виды природоохранной деятельности. На рисунке видно, что изменение количества кормовых ресурсов приводит к синхронному изменению численности популяции. Как вы думаете, какие свойства популяции и в каком направлении будут при этом изменяться?
Так, численность популяций снижается пропорционально количеству хищников, паразитов, возбудителей болезней и возрастает пропорционально запасу кормовых ресурсов. Таким образом, их наличие в среде обитания сглаживает резкие колебания численности популяции и способствует ее поддержанию в равновесном состоянии.
Когда численность популяции приближается к емкости среды, возникает нехватка корма вследствие его усиленного выедания. И тогда приводится в действие механизм регуляции численности популяции через внутривидовую конкуренцию за лимитирующие ресурсы. Если плотность популяции высокая, ее регулирует повышение смертности в результате обострения конкуренции. Часть особей погибает либо из-за нехватки корма (травоядные животные), либо в результате физического или химического воздействия особей друг на друга. Повышение смертности приводит к снижению плотности. Если плотность популяции низкая, происходит ее пополнение за счет увеличения рождаемости вследствие возобновления кормовых ресурсов и ослабления конкуренции.
Биологическая война — это умерщвление конкурентов внутри популяции путем прямого нападения (хищники одного вида). Резкое снижение кормовых ресурсов может приводить к возникновению каннибализма (поедание себе подобных). Химическая война — это выделение химических веществ, задерживающих рост и развитие или убивающих молодых особей (растения, водные животные). Проявление химической войны можно наблюдать на примере развития головастиков. При высокой плотности более крупные головастики выделяют в воду вещества, которые подавляют рост мелких особей. Поэтому завершают свое развитие только крупные головастики. Лишь после этого начинают расти мелкие головастики.
Регуляция численности популяции через количество кормовых ресурсов четко прослеживается на примере взаимодействия популяций хищника и жертвы. Они оказывают взаимное влияние на численность и плотность друг друга, вызывая повторяющиеся подъемы и спады численности обеих популяций, причем в этой системе колебаний увеличения численности хищника отстают по фазе от увеличений численности жертвы.
Примерно по тому же механизму осуществляется взаимная регуляция численности популяций паразита и хозяина при паразитизме. При повышении плотности популяции хозяина облегчается передача возбудителей от одной особи к другой, так как увеличивается частота контактов. В результате возникает вспышка заболевания, приводящая к увеличению смертности. Снижение плотности популяции хозяина препятствует переносу возбудителя, и здоровые особи начинают размножаться. Следовательно, хищники и паразиты в природе играют регулирующую роль, препятствуя чрезмерному росту численности других популяций. Полное их уничтожение может привести к нарушению равновесия в природных системах.
Важным механизмом регуляции численности в переуплотненных популяциях является стресс-реакция. Повышение плотности популяции приводит к увеличению частоты встреч между особями, что вызывает у них такие физиологические изменения, которые ведут либо к снижению рождаемости, либо к увеличению смертности. Это является причиной уменьшения численности популяции. Стресс не вызывает необратимых изменений в организме, а лишь приводит к временному блокированию некоторых функций. При устранении перенаселения способность к размножению быстро восстанавливается.
Все зависимые от плотности популяции механизмы регуляции численности включаются до того, как произойдет полное исчерпание ресурсов среды. Благодаря этому в популяциях сохраняются и поддерживаются оптимальные свойства и структура, что позволяет им длительно находиться в равновесном состоянии. Сохранение многочисленности популяций в пределах ареала обеспечивает сохранение и эволюцию вида.
Повторим главное. Факторы среды, влияющие на численность популяций, разделяют на: факторы, независимые от плотности популяции, и факторы, зависимые от плотности популяции. Регуляция численности популяций в природе осуществляется преимущественно через конкуренцию за ресурсы, хищничество, паразитизм. Благодаря регуляторным механизмам популяции сохраняют свое существование, а значит, и существование вида в целом.
Проверим знания
1. Почему в природе численность популяции не может быть слишком высокой или слишком низкой?
2. Что происходит с численностью популяции жертвы, если хищники отлавливают жертву медленнее, чем она успевает размножаться?
3. Как влияют на численность популяций факторы, независимые от их плотности? Приведите конкретные примеры.
1. Используя материал параграфа и дополнительную информацию, охарактеризуйте механизмы регуляции численности популяции жука короеда, вспышка численности которого представляет угрозу для лесов Беларуси. Поможет ли вырубка пораженных деревьев справиться с этой проблемой?
2. Если вас попросят разработать программу биологической борьбы с насекомым-вредителем, выберете ли вы для этого неспециализированных или специализированных хищников? Приведите аргументы в пользу своего выбора.
3. У хищных рыб — щуки, окуня, трески, наваги встречается такое редкое явление, как каннибализм, то есть поедание себе подобных. В чем биологический смысл этого явления?
Индивидуальное домашнее задание. Составьте экологический прогноз для популяций смешанного леса, в котором был проведен полный отстрел популяции волков.
Источник
Численность популяций и ее регуляция в природе
Численность любой популяции чрезвычайно динамична, т. е. подвержена постоянным изменениям. Кривая роста численности популяции, показывающая, что она со временем достигает стабильного состояния, – это крайне идеализированная схема событий. На самом деле численность популяции не застывает на одном месте, а постоянно колеблется вокруг некоторого среднего уровня в соответствии с изменяющимися условиями. Размах этих колебаний может быть очень различным.
Рис. 1. Типы популяционной динамики: А – стабильный; Б – изменчивый; В – взрывной
Выделяют три типа динамики популяций: стабильный, изменчивый и взрывной (рис. 1). Стабильным считается ход численности при изменениях всего в несколько раз, изменчивым – при колебаниях в десятки раз, а взрывная динамика характеризуется периодическим превышением обычной численности в сотни и тысячи раз.
Какие причины определяют размах изменчивости популяции на занимаемой ею территории ?
На численность популяций влияют самые разнообразные факторы: и погода, и обеспеченность пищей, и хищники, и болезни, и возрастной состав, и соотношение полов и возрастных групп в самой популяции, и многие другие.
В этом многообразии, однако, можно четко выделить две группы факторов. Действие одних односторонне. Они влияют на популяцию, но сами не зависят от ее численности и плотности. Таковы в основном все абиотические факторы, например, все погодные условия: температура, дожди, ветры, солнечная радиация, давление и т. п. Они могут обусловить значительную смертность или, наоборот, благоприятствовать размножению. Эти факторы не регулируют плотность популяции, а просто отклоняют ее в ту или иную сторону. Их изучение важно для прогноза численности вида на данной территории.
Вторая группа факторов относится к регуляторам численности популяций. Регуляция – это двустороннее взаимодействие. Она возникает по принципу отрицательной обратной связи, когда рост численности популяции вызывает все увеличивающееся противодействие этому росту. Действие регулирующих факторов зависит от плотности популяции. Чем выше становится численность вида, тем сильнее растет противодействие. При падении численности действие регуляторов ослабевает. По этому принципу на популяцию действуют как другие виды, так и рост собственной плотности.
Действительно, чем выше численность жертв, тем больше пищи для хищников и паразитов, тем быстрее могут распространяться возбудители опасных заболеваний и тем сильнее обостряется конкуренция внутри собственного вида.
Таким образом, факторы, регулирующие численность популяции, т. е. возвращающие ее к норме из состояния переуплотнения, – это в основном межвидовые и внутривидовые отношения, т. е. биотические связи. Именно они удерживают плотность популяции в определенных границах, не допуская виды до критического состояния – подрыва собственных ресурсов.
Однако, несмотря на сложность и переплетенность межвидовых и внутривидовых отношений в природе, некоторые виды могут на время “ускользать” от влияния регуляторов. Разберем, как это происходит, на примере отношений хищник – жертва.
Повышение плотности популяции жертв означает увеличение кормов для хищников. Добыча хищников возрастает. Например, горностай за одну охоту при обилии мышей добывает не одну, а три-четыре особи, больше, чем может съесть. Это быстрая реакция хищников на число жертв, и она часто может остановить рост их численности. Возникает изменчивый тип динамики популяции жертвы по принципу отрицательной обратной связи. Он характерен для видов в тех местах, где у них много постоянно действующих врагов-потребителей. Любое увеличение численности вызывает немедленную ответную реакцию по подавлению этой численности.
Реакция хищника не всегда способна затормозить рост численности жертв, потому что у любой особи потребителя есть предел насыщения.
Если жертвы размножаются быстрее, чем их ловят хищники, рост их популяций продолжается.
Усиление воздействия на жертв связано с размножением самих хищников. Их число, а следовательно, и число потребляемых ими жертв увеличивается при этом в геометрической прогрессии, и их регуляторное влияние на популяции жертв резко возрастает. Число горностаев, например, после богатого кормом года может возрасти в 30–50 раз, их влияние на популяцию жертв увеличится в 120–200 раз.
Во внутривидовых отношениях также есть немедленные и запаздывающие реакции на собственную плотность. Например, территориальное поведение животных отражается на численности данного поколения, а падение плодовитости самок или увеличение доли самцов скажется только на численности будущего потомства.
Рис. 2. Взрывы численности пустынной саранчи в Азии в течение XIX столетия
Таким образом, одни регулирующие факторы останавливают рост плотности популяций почти сразу же, другие – с запозданием. От этого и зависит тип динамики численности. Если преобладает запаздывающая регуляция или вид на время освобождается от действия врагов, возникают взрывы численности (рис. 2).
Что происходит, если антропогенное воздействие ослабляет регуляторные связи в природе? Яркий пример этому – распространение сельскохозяйственных вредителей. До возникновения промышленного земледелия виды, которые мы называем вредителями, не были ими, потому что не размножались в таких количествах, находясь под влиянием многочисленных регуляторов. При сплошной распашке земель, в обедненных видами сообществах тип динамики численности многих насекомых, питающихся культурными растениями, превратился из стабильного в сильно изменчивый или взрывной, доставляя много неприятностей человеку (рис. 3).
Рис. 3. Виды насекомых, ставшие опасными вредителями сельского хозяйства.
Левый столбец сверху вниз: шведская муха; гессенский комарик; жук-кузька; хлебный пилильщик.
Правый столбец сверху вниз: озимая совка; луговой мотылек; клоп вредная черепашка; злаковая тля
Современные представления о динамике популяций дают возможность предсказывать ход численности отдельных видов, а также усиливать или ослаблять регуляторные связи в управлении их численностью.
Обязательным условием для этого является глубокая изученность экологических связей конкретных популяций.
Источник
