Динамика популяций
Динамика
популяций
Ключевые понятия: популяция - давление среды - емкость среды -
динамика численности популяции
Как мы уже
отмечали, каждый вид на Земле занимает определенный ареал - в силу того, что
каждый вид способен существовать лишь в определенных условиях среды. Однако
условия обитания в рамках ареала одного вида (особенно, если речь идет об
эврибионтном виде - см. определение эврибионтов в предыдущих уроках) могут
существенно отличаться. Это (и не только это) приводит к тому, что на
территории, занимаемой видом, возникают достаточно обособленные группы особей,
которые отличаются друг от друга целым рядом признаков.
Эти группы
особей в пределах одного вида получили название популяции.
ПОПУЛЯЦИЯ -
элементарная группировка особей одного вида, занимающая определенную территорию
и обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей стабильности
длительное время в меняющихся условиях среды.
Это -
определение С.С. Шварца, не трудно заметить, что он определял популяцию с
эвлоюционно-экологических позиций. В то же время есть не мало определений
понятия "популяция" с точки зрения генетики, экологии. Нам будет
удобнее использовать определение Николая Федеровича Реймерса:
ПОПУЛЯЦИЯ - это
совокупность особей одного вида, имеющих общий генофонд и населяющих
определенное пространство, с относительно однородными условиями обитания.
Динамика
численность популяции и ее структура (возрастной, половой состав) являются ее
важнейшими характеристиками. Знание типа роста популяции и ее структуры, как мы
увидем ниже, имеет важное экологическое значение. Кроме того, динамика
численности популяции является излюбленным объектом для создания разнообразных
математических моделей.
Численность
популяции обычно обозначают заглавной N. Отношение прироста N к единице времени
dN/dt выражает
мгновенную скорость изменения численности популяции, то есть изменение
численности в момент времени t.
Не трудно
догадаться, что прирост популяции будет зависеть от двух факторов - рождаемости
и смертности. Разумеется, при условии отсутствия эмиграции и иммиграции (такая
популяция называется изолированной). Разность рождаемости b и смертности d и
представляет собой коэффициент прироста изолированной популяции:
r=b - d
Различают максимальную
мгновенную скорость прироста популяции rmax
и фактическую скорость увеличения популяции ra. При воображаемых идеальных условиях,
когда рождаемость максимальна, а смертность минимальна, ra достигает
наибольшей величины - rmax.
Если бы
скорость прироста оставалась постоянной, то рост численности популяции
происходил по экспоненте:
dN/dt=rN;
Nt=N0ert.
Здесь Nt
- численность популяции в момент времени t, N0 - начальная
численность численность популяции, r - скорость прироста (в расчете на одну
особь), а e - основание
натурального логарифма. Такая экспоненциальная зависимость изображена на
рисунке ниже красной линией и носит название биотического
потенциала, так как, как правило, она отражает лишь ту
потенциальную численность, которую бы могла иметь популяция в случае отсутствия
различных ограничивающих ее рост факторов.
Поэтому в
естетсвенных условиях обычно наблюдается иная зависимость численность популяции
от времени. Это зависимость описывается S-образной логистической кривой (она
изображена на графике зеленой линией). По достижении какого-то предела график
выходит на плато, численность стабилизируется и испытывает только сезонные и разногодичные
флуктуации, связанные с изменением погодных условий, численности других
популяций (являющихся хищниками или, наоборот, пищевыми ресурсами по отношению
к данной популяции) и другими внешними факторами.
Что касается
математического выражения этой зависимости, то она отличается от
экспоненциальной наличием корректирующего фактора: (К-N)/K, где K - максимально
возможная в данных условиях численность популяции. K называется также емкостью
среды, а область на графике между кривой биотического потенциала и
логистической кривой - давлением среды. Соответственно, уравнение для этой
зависимости с учетом крректирующего фактора будет выглядеть так:
dN/dt=rN[(K-N)/K].
Наличие
определенной емкости среды, ограничивающей рост популяции, является важной
экологической закономерностью. Устойчивое существование всего биотического
сообщества связано с существованием механизмов, регулирующих численность
составляющих сообщество популяций. В экологии известно не мало примеров, когда
нарушение этих механизмов (например, интродукция видов в экосистемы, где у них
нет естественных врагов) приводило к плачевным последствиям.
Хочется особо
сказать о человеческой популяции. Споры о существовании "пределов
роста" и емкости среды применительно к человечеству не утихают до сих пор.
Оптимисты уверяют, что человечество может увеличиваться в численности до
бесконечности: вот изобретем, как получать еду из пыли путем перегруппировки
атомов, расселимся по другим планетам. Пессимисты предсказывают скорый коллапс:
как только численность человеческой популяции превысит критический уровень. В
оценке этого "критического" уровня и скорости приближения к нему
эксперты также расходятся.
О стратегиях
выживания человечества мы будем говорить в одном из уроков по глобальной
экологии. Однако сейчас хочется отметить, что, на мой, возможно субъективный,
взгляд, упование на колонизацию других планет, новые технологии и прочее -
позиция неконструктивная и во многом утопичная. В определении емкости среды для
человечества необходимо исходить из существующих реалий и общеэкологических
закономерностей, о которых мы будем говорить в последующих уроках.
Глоссарий
ВИД
качественно
обособленная форма живого - основная единица эволюционного процесса.
ПОПУЛЯЦИЯ
совокупность
особей одного вида, имеющих общий генофод и населяющих определенное
пространство с отноительно однородными условиями обитания.
АРЕАЛ
область
распространения любой систематической группы организмов (вида, рода,
семейства).
ДИНАМИКА
ПОПУЛЯЦИИ
изменение
численности, полового и возрастного состава популяции, определяемое
внутрипопуляционными процессами и взаимодействием популяций разных видов.
ЭМИГРАЦИЯ
любое
перемещение организма из места, считающегося обычным, в другое место.
ИММИГРАЦИЯ
вселение в
какую-либо местность организмов, ранее здесь не обитавших.
ПОТЕНЦИАЛ
БИОТИЧЕСКИЙ(репродукционный потенциал, потенциал размножения)
потенциальная
способность живых организмов увеличивать численность в геометрической
прогрессии.
ЕМКОСТЬ СРЕДЫ
размер
способности природного или природно-антропогенного окружения (среды)
обеспечивать нормальную жизнедеятельность определенному числу организмов и их
сообществ без заметного нарушения самого окружения.
ИНТРОДУКЦИЯ
преднамеренный
или случайный перенос особей какого-либо вида живого за пределы его ареала.
Список
литературы
Для подготовки
данной работы были использованы материалы с сайта http://geographer.ru/