Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.3. Стратегии выживания. Кривые роста численности популяции
Выживаемость – средняя для популяции вероятность сохранения особей каждого поколения за определенный промежуток времени. Различают три типа смертности или, как их чаще называют, «кривые выживаемости». Каждый вид имеет свою кривую выживаемости (рис. 7).
Рис. 7. Три типа кривых выживания: 1 – человек; 2 – рыбы; 3 – гидра
Первая кривая – сильновыпуклая. Выпуклость кривой характеризует повышение смертности к концу жизни, остававшуюся до этого низкой. Такой тип кривой характерен для насекомых, личинки которых обитают в почве, воде, древесине или других местах с благоприятными условиями. Он характерен также для проходных рыб, нерестующих один раз в жизни, для многих видов крупных животных и для человека.
Вторая кривая – сильновогнутая. Вогнутость кривой характерна для видов, смертность у которых очень высока на ранних стадиях жизни. Этот тип кривой свойственен большинству растений и животных. Максимальная гибель многих растений происходит в стадии прорастания семян или всходов, а животных – в личиночной фазе или молодом возрасте, например, у устриц, рыб, птиц, многих беспозвоночных.
Третий тип кривой – промежуточный, почти прямая линия, характерна для видов, у которых смертность мало изменяется с возрастом и остается более или менее одинаковой в течение всей жизни данной группы. Такая смертность встречается очень редко и только у популяций, постоянно находящихся в оптимальных условиях, например, таких, как гидра пресноводная.
Форма кривой выживания связана со степенью заботы о потомстве и способами защиты молоди. Так, кривые выживания пчёл и дроздов, которые заботятся о потомстве, менее вогнуты, чем кривые выживания кузнечиков или сардин, не заботящихся о потомстве.
Популяции, в которых рождаемость превышает смертность, и численность популяции растет так быстро, что наступает вспышка массового размножения, называются растущими. Это особенно характерно для мелких животных.
Если смертность превышает рождаемость, популяция становится сокращающейся. Так произошло, например, с элодеей и домовым воробьем в умеренной зоне.
Рис. 8. Возрастные пирамиды у чаек и полевок (разные популяции)
Человек как биологический вид имеет сложную структуру популяций. Соотношение возрастных групп в популяциях можно наглядно выразить через пирамиду возрастов (рис. 8, 9). Характер этой пирамиды может предсказать нам ближайшую судьбу конкретной популяции. Если в ней широкое основание, т.е. много молодых особей, узкая вершина – мало старых и достаточно представлена средняя часть, т.е. взрослые размножающиеся особи, то общая конфигурация такой пирамиды характеризует растущую популяцию.
Рис. 9. Возрастные пирамиды растущей и сокращающейся популяции медоносной пчелы
Если же основание заужено, а вершина расширена, то ждать в ближайшее время увеличения численности такой популяции не следует, в ней смертность превышает рождаемость.
Естественно, что для каждого вида конфигурация возрастной пирамиды при устойчивой численности своя, поэтому нужно хорошо знать особенности его развития и взаимоотношений со средой. Например, у тех животных, у которых отсутствует забота о потомстве и в связи с этим очень высока плодовитость, основание пирамиды должно быть очень широким. Некоторые виды производят личинок в тысячи раз больше, чем их доживает до размножения. Если же забота о потомстве сильно развита, то плодовитость и доля молодых в популяциях значительно меньше.
Каждой популяции свойственен, так называемый, биотический потенциал – способности к увеличению численности за данный промежуток времени. Численность каждого вида при благоприятных условиях способна расти по так называемой экспоненциальной (логарифмической) кривой. Рост численности в геометрической прогрессии называется экспоненциальным ростом. График зависимости численности популяции от времени при экспоненциальном росте представляет собой кривую, напоминающую по форме латинскую букву J, называют экспонентой (рис. 10). Эта J-образная кривая показывает, что в ходе роста популяции её численность увеличивается с возрастающей скоростью.
Величина изменения численности за единицу времени называется абсолютной скоростью роста численности. Эта величина зависит от численности популяции.
Если рост популяции ограничен ресурсами, то после достижения ёмкости среды численность популяции колеблется возле некоторого среднего уровня и популяция подчиняется правилам логистического роста.
График изменения численности популяции при логистическом росте представляет собой кривую, которая называется логистической кривой и напоминает по форме латинскую букву S (рис. 11). При логистическом росте популяции ее численность некоторое время нарастает, но вскоре этот процесс начинает замедляться, и постепенно рост численности практически прекращается.
Рис. 11. Логистическая кривая роста популяци
Рост численности популяции замедляется по мере увеличения ее плотности, так как условия для роста и размножения особей становятся менее благоприятными. По мере ухудшения условий удельная скорость роста снижается, и при некоторой плотности численность популяции перестает расти. Эту предельную плотность, которой может достигнуть популяция в данных условиях, называют ёмкостью среды.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение популяции и ее свойств.
2. Что отражают статистические показатели популяции?
3. Каковы экологические причины, вызывающие рост численности популяции по экспоненте и логистической кривой?
4. Дайте определение динамическим показателям популяции.
5. Охарактеризуйте структуру популяции.
6. Кривые выживания.
7. Рост популяции и кривые роста.
Задание для практических занятий
1. Что дороже – маленькая рыбка или большая плотина?
В стремнинах реки Литл-Теннесси обитает небольшая рыбка – улитковый дартер. Обнаруженный впервые в 1973 г. этот представитель семейства окуневых встречается только здесь.
В этот же год, когда был обнаружен улитковый дартер, конгресс США принял закон о сохранении исчезающих видов. Численность исчезающих видов столь мала, что в ближайшем будущем они могут исчезнуть с лица Земли. В законе, в частности говорится о том, что действия органов федерального правительства не должны угрожать существованию видов, занесенных в «Красную книгу», и видов, которым угрожает исчезновение. Эти правительственные органы не должны также допускать разрушения или изменения местообитаний видов, численность которых достигла критического уровня.
В 1966 г. за семь лет до того, как люди впервые узнали о существовании улиткового дартера, конгресс США санкционировал строительство плотины на р. Теллико, а также водохранилища на реке Литл-Теннеси. До момента обнаружения дартера строительство плотины было завершено наполовину. К 1975 г., когда дартер был зарегистрирован как исчезающий вид и внесен в «Красную книгу», строительство плотины было завершено уже на три четверти.
Но дартеры не размножаются в стоячей воде водохранилищ, для размножения им нужна проточная вода. Таким образом, завершение строительства плотины, стоимость которой оценивалась в 166 млн. долларов, грозило разрушить места нерестилищ открытого нового вида, что сразу же привело бы к гибели всей популяции дартеров и нарушению закона о сохранении исчезающих видов. Ряд природоохранных групп возбудил дело о прекращении строительства, которое в итоге попало в Верховный суд. В 1978 г., когда плотина была завершена уже на 90 %, Верховный суд постановил, что проект строительства действительно нарушает принятый природоохранный закон и поэтому должен быть либо отменен, либо изменен. Но действительно ли спасение малочисленной популяции небольших рыбок заботила членов конгресса, когда они принимали этот закон?
Тестовые вопросы для самоконтроля
1. Группу особей одного вида, занимающую определённый участок, называют:
А) популяцией;
В) сообществом;
С) биомом;
D) экосистемой;
Е) биосферой.
2. Средний прирост за единицу времени называют:
A) рождаемость;
B) темп роста;
C) прирост популяции;
D) прирост особи;
E) гомеостаз.
3. Разница между рождаемостью и смертностью:
А) прирост;
B) численность;
C) продуктивность;
D) удельная рождаемость;
E) удельная смертность.
4. По какой формуле определяется смертность популяции:
A) R = 4?К5;
B) С = ?N/?t;
C) A = t?S;
D) С = ?N/N??t;
E) S = V?t.
5. Динамические показатели популяции:
A) ареал вида;
B) рождаемость, смертность;
С) численность;
D) плотность;
E) демографическая структура.
6. Что изучает демэкология?
А) популяции.
В) сообщества.
С) особи.
D) фитоценоз.
Е) зооценоз.
7. Приспособления организмов к среде называют:
А) мутация;
В) популяция;
С) конкуренция;
D) адаптация;
E) рекреация.
8. Территория, занимаемая популяцией, называется:
А) биотой;
В) ареал;
С) площадь;
D) биомом;
Е) сообществом.
9. Общее количество особей популяций на выделяемой территории называют:
A) численностью;
B) плотностью;
C) насыщенностью;
D) сообществом;
E) гомеостазом.
10. Как называется наука об изучении характера и поведении животных?
А) токсикология.
В) зоология.
С) экология.
D) этология.
Е) биология.
11. Homo sapiens – это:
A) питекантроп;
B) человек обезьяна;
C) человек разумный;
D) синантроп;
E) дикий человек.
12. Дайте определение экологической плотности популяции:
A) величина популяции по отношению к единице пространства;
B) среднее число особей на единицу площади или объема, занимаемого популяцией пространства;
C) среднее число особей в промежутке времени, в котором зарегистрированы организмы;
D) средний прирост популяции за единицу времени;
E) общая численность особей.
13. Поддержание оптимальной численности популяции в данных условиях называют:
A) гомеостазом;
B) устойчивостью;
C) воспроизводством;
D) резистентностью;
E) плотностью.
14. Вспышки массового размножения характерны для:
A) крупных млекопитающих;
B) большинства позвоночных животных;
C) мышевидных и саранчевых;
D) птиц;
Е) жаб.
15. Фактор, который изменяет численность популяции и сглаживает ее колебания, приводя после очередного отклонения от оптимума к прежнему уровню, относят к:
A) модифицирующим факторам;
B) регулирующим факторам;
C) биотическим факторам;
D) абиотическим факторам;
E) антропогенным факторам.
16. Показатели, которые характеризуют состояние популяции на данный момент времени:
А) динамические;
В) статистические;
C) экологические;
D) математические;
E) геометрические.
17. Распределение организмов разных видов в пространстве:
A) этологическая структура;
B) видовая структура;
C) пространственная структура;
D) экологическая структура;
E) половая структура.
18. Для роста численности популяций большое значение имеет:
A) доля размножающихся самцов;
B) доля размножающихся самок;
C) доля размножающихся самок и самцов;
D) абиотические условия среды;
E) антропогенные условия.
19. Использование ограниченного участка среды в течение всей жизни характерно для:
A) оседлых животных;
B) кочевых животных;
C) полукочевых животных;
D) малоподвижных животных;
E) подвижных животных.
20. Образ жизни, при котором особи популяций независимы и обособлены друг от друга, называют:
A) стайный образ жизни;
B) колониальный образ жизни;
C) стадный образ жизни;
D) одиночный образ жизни;
E) оседлый образ жизни.
Темы для контрольных работ и докладов на СРС
1. Популяция как форма существования вида и ее основные критерии.
2. Регуляция численности популяции в биоценозах.
3. Механизмы динамики численности.
4. Типы динамики численности популяции.
5. Биологическая структура популяции.
6. Популяционная экология как отрасль экологии.
7. Современные методы популяционных исследований.
8. Понятие «популяция» в экологических исследованиях.
9. Популяционная структура человечества.
10. Особенности популяции человека.