"Биология. Биологические системы и процессы (углублённый уровень)", Теремов А.В., Петросова Р.А.
Популяция — группа особей одного вида, живущих на общей территории и способных скрещиваться. Её численность постоянно меняется: на неё влияют рождение и гибель организмов, а также прибытие и уход особей. Рост ограничивают ресурсы среды, поэтому популяция не может бесконечно увеличиваться. Понимание этих процессов помогает объяснить колебания численности, устойчивость сообществ и необходимость охраны редких видов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Популяция — группа особей одного вида, длительно обитающая на общей территории, свободно скрещивающаяся и относительно изолированная от других таких групп. Это не просто все представители вида: популяция объединена местом обитания и связями между особями. Понятие помогает определить, чьи изменения численности мы изучаем.
Численность популяции — общее количество особей в популяции на определённой территории или в определённом объёме среды. Её выражают числом организмов, например 500 деревьев на участке. Показатель нужен, чтобы оценить размер популяции и сравнить его в разные моменты времени.
Плотность популяции — число особей, приходящееся на единицу площади или объёма среды. Например, 20 рыб на кубический метр — это плотность, а не просто численность. Такое измерение позволяет сравнивать заселённость участков разной площади и не путать её с общим количеством организмов.
Ёмкость среды — максимальная численность популяции, которую условия среды способны длительно поддерживать. Она определяется доступностью пищи, воды, убежищ и других необходимых ресурсов. Это понятие помогает объяснить, почему рост популяции замедляется, даже если сначала условия благоприятны.
Изменение численности за некоторый период можно представить как сумму прибавлений и вычитаний: рождения и прибытие особей увеличивают популяцию, а гибель и уход уменьшают её. Иммиграцией называют прибытие особей, эмиграцией — уход с территории. Поэтому для оценки динамики недостаточно узнать, сколько организмов родилось и погибло: нужно учитывать перемещения.
Пока пища, пространство и другие ресурсы доступны, организмы могут успешно размножаться и выживать, поэтому численность растёт. По мере увеличения популяции потребность в ресурсах возрастает, а их запас не обязательно увеличивается. Возникают ограничения: особям становится труднее найти пищу или место для размножения, и рост сдерживается.
Если условия благоприятны, а ресурсы пока не ограничивают размножение, численность может увеличиваться по экспоненциальному типу: чем больше особей, тем больше потенциальных родителей. Такой рост быстро приводит к росту потребностей популяции. В природе свободные ресурсы и отсутствие иных ограничений сохраняются недолго, поэтому экспоненциальный рост обычно сменяется замедлением.
При ограниченных ресурсах популяция растёт медленнее по мере приближения к ёмкости среды. Это происходит потому, что конкуренция за необходимые условия усиливается, а среда не может поддерживать бесконечное количество организмов. В результате численность может стабилизироваться или колебаться около уровня, который среда способна длительно обеспечивать.
Одни регуляторы сильнее действуют при высокой плотности: например, тесный контакт облегчает распространение инфекций, а нехватка общих ресурсов усиливает конкуренцию. Другие факторы, прежде всего абиотические условия — температура, засуха или шторм, — могут влиять на популяцию независимо от числа особей. Различие важно для прогноза: скученность можно связать с усилением конкуренции, а погодные воздействия оценивают отдельно.
| Показатель или фактор | Что характеризует | Как влияет на численность |
|---|---|---|
| Численность | Общее количество особей | Показывает размер популяции; сама по себе не указывает, насколько плотно заселена территория |
| Плотность | Количество особей на единицу площади или объёма | Отражает степень заселённости среды и может усиливать плотностные эффекты |
| Рождаемость и иммиграция | Появление новых особей и их прибытие | Увеличивают численность |
| Смертность и эмиграция | Гибель особей и их уход | Уменьшают численность |
| Ёмкость среды | Уровень численности, поддерживаемый условиями среды | Ограничивает длительный рост популяции |
| Зависимые от плотности факторы | Воздействия, сила которых связана с плотностью | При высокой плотности могут усиливать конкуренцию и распространение инфекций |
| Не зависящие от плотности факторы | Воздействия, не определяемые плотностью популяции | Могут изменять численность при разной плотности, например при резкой смене погоды |
Сначала определите, относится ли строка к показателю популяции или к фактору её изменения. Затем проследите, меняет ли фактор численность напрямую или описывает условия, ограничивающие рост. Таблица также помогает не смешивать общую численность с плотностью и сравнивать разные причины динамики.
Задача 1. В начале года в популяции было 240 особей. За год родилось 65, погибло 48, прибыло 12 и выбыло 9 особей. Нужно определить численность в конце года. Сначала разделим события на увеличивающие и уменьшающие популяцию, чтобы не перепутать знаки.
Ответ: в конце года в популяции 260 особей. Проверка: 240 + 65 − 48 + 12 − 9 = 260. Если бы учли только рождения и смерти, результат оказался бы неверным, потому что миграции тоже меняют численность.
Задача 2. На участке площадью 4 га учтено 320 зайцев. Найдём плотность и выясним, как она изменится после переселения ещё 40 зайцев. Плотность рассчитывают делением численности на площадь, поэтому единицей ответа будут зайцы на гектар.
Ответ: первоначальная плотность — 80 зайцев/га, после переселения — 90 зайцев/га. Численность увеличилась на 40, а плотность — на 10 зайцев/га. Площадь участка не менялась, поэтому дополнительное количество особей увеличило плотность.
Задача 3. Численность популяции сначала быстро возрастала, а затем стала колебаться около устойчивого уровня. Требуется объяснить смену темпа роста и назвать два ограничения при высокой плотности. Быстрый рост возможен, пока ресурсы позволяют особям выживать и размножаться; дальнейшее увеличение потребностей меняет условия.
Ответ: рост замедлился из-за ограниченности ресурсов и приближения к ёмкости среды. При высокой плотности популяцию могут ограничивать конкуренция за пищу и инфекции, которые распространяются между тесно контактирующими особями. Оба примера связаны с плотностью, а не просто с наличием неблагоприятного фактора.
Ошибка — считать численность и плотность одним и тем же. Так бывает, когда оба показателя описывают количество организмов, но плотность обязательно соотносит его с площадью или объёмом. Для проверки спросите себя: указана ли единица территории; если да, речь идёт о плотности.
Ошибка — учитывать в изменении численности только рождения и смерти. Миграции иногда кажутся второстепенными, но прибывшие особи увеличивают популяцию, а ушедшие уменьшают её. Проверьте расчёт, разделив все события на прибавления и вычитания; иммиграция должна быть в первой группе, эмиграция — во второй.
Ошибка — предполагать, что популяция всегда растёт неограниченно. В начале рост может быть быстрым, поэтому легко забыть о запасах пищи, пространства и других ресурсов. Для самопроверки оцените, могут ли условия бесконечно поддерживать увеличение числа особей; в реальной среде ресурсы и сопротивление среды ограничивают рост.
Ошибка — относить все регуляторы численности к факторам, зависящим от плотности. Это происходит, когда любое воздействие на популяцию связывают со скученностью особей. Проверьте, меняется ли сила фактора вслед за плотностью: конкуренция часто усиливается при высокой плотности, а резкая непогода может повлиять и на малочисленную, и на многочисленную популяцию.
Для изучения динамики нужно понимать, что такое популяция, и отличать её от вида и сообщества: изменения численности относятся к конкретной группе на территории, а не автоматически ко всему виду. Рождаемость, смертность и миграции связывают тему с демографическими процессами и помогают объяснить, откуда берётся прирост или убыль. Знание регуляции пригодится при анализе экосистем, пищевых связей и устойчивости природных сообществ. Эти же представления используют в охране редких видов, чтобы оценивать угрозы и планировать сохранение популяций.
На графике показана модель роста популяции при ограниченных ресурсах. Сначала кривая поднимается медленно, затем рост ускоряется, а позднее замедляется и приближается к уровню ёмкости среды. Это не данные конкретного вида, а схема общего характера процесса.
Чем численность популяции отличается от её плотности?
Численность — это общее количество особей на выбранной территории или в объёме среды. Плотность показывает, сколько особей приходится на единицу площади или объёма, поэтому при одной численности она может быть разной на участках разного размера.
Какие процессы увеличивают, а какие уменьшают численность популяции?
Численность увеличивают рождаемость и иммиграция — прибытие особей из других популяций. Уменьшают её смертность и эмиграция — уход особей с территории.
Почему экспоненциальный рост популяции обычно не продолжается долго?
При экспоненциальном росте число особей быстро увеличивается, если ресурсы доступны и условия благоприятны. Но пища, пространство и другие ресурсы ограничены, а конкуренция и сопротивление среды усиливаются, поэтому рост замедляется.
Что называют ёмкостью среды?
Ёмкость среды — максимальная численность популяции, которую условия среды способны длительно поддерживать. Она зависит от доступности ресурсов и других условий, поэтому может меняться.
Чем факторы, зависящие от плотности, отличаются от не зависящих от неё?
Действие зависимых от плотности факторов усиливается или меняется вместе с плотностью популяции: например, при скученности обостряется конкуренция и быстрее распространяются инфекции. Независимые от плотности факторы, такие как резкое похолодание, могут воздействовать на популяцию при разной плотности.
56. Динамика популяции и её регуляция
