Експоненційна крива виражає так званий біотичний потенціал

Тема. Динаміка чисельності популяції

n IV. Вивчення нового матеріалу

1. Динаміка популяцій як біологічне явище

Динаміка популяції — це процеси зміни її основних біологічних показників у часі: чисельності особин, біомаси, структури тощо. Динаміка популяції — одне з найважливіших біологічних та екологічних явищ.

Демографічні показники популяції (від грец. demos — народ, населення і grapho — пишу, описую) — наука про народонаселення.

— Cпостерігаючи за окремими популяціями, ми повинні вміти враховувати й розраховувати, оцінювати й прогнозувати їхню чисельність. Для чого? (Демографічні показники дають можливість оцінити, як почувається та чи інша популяція.)

— За якими популяційними або демографічними показниками ми можемо охарактеризувати популяцію? (Біомаса, щільність розселення, загальна чисельність, швидкість зростання чисельності, тривалість життя, народжуваність, смертність, віковий склад.)

2. Типи динаміки. Моделі динаміки популяцій

1. J-подібна (експоненційна) крива

Експоненційна крива виражає так званий біотичний потенціал.

При необмежених ресурсах та ідеальних природних умовах види реалізують максимальну народжуваність. Таке зростання популяції починається повільно й потім стрімко зростає за експонентою, тобто крива зростання популяції набирає J-подібного вигляду.

, де

r — виражена швидкість зростання чисельності популяції, пов’язана з максимальною швидкістю розмноження; чим вища швидкість розмноження, тим вище r.

, експоненційно (бум і крах популяції)

, експоненційно (бум і крах популяції)

розміри не стабілізуються

Задача

Питома швидкість зростання чисельності для сірого пацюка дорівнює п’яти особинам на особину в рік, а для рисового довгоносика — 40 особинам на особину в рік. Побудуйте графік експоненційного зростання для цих видів (на осі абсцис відкладіть місяці, а на осі ординат — чисельність).

2. S-подібна крива

Найчастіше реальне зростання чисельності популяції виражають S-подібною залежністю, яку називають логістичною кривою зростання.

При обмежених ресурсах розміри популяції того чи іншого виду також обмежені, і смертність починає зростати, коли чисельність популяції досягає або тимчасово перевищує місткість екосистеми. Коли це трапляється, J-подібна крива зростання популяції починає плавно вигинатися і набирає вигляду S-подібної кривої.

, де

K — максимальне число організмів, що може підтримуватися в даних умовах середовища (місткість екосистеми); відображає вплив середовища на зниження зростання.

, швидкість зростання негативна

, швидкість зростання позитивна

, швидкість зростання дорівнює нулю — стабілізація популяції.

Задача

Зростання кількості бактерій у чашці Петрі часто здійснюється за логістичним законом. Чому так відбувається, якщо бактерії нерухливі й не зустрічаються одна з одною?

3. Екологічні стратегії виживання

Екологічна стратегія виживання — це прагнення організмів до виживання. Екологічних стратегій виживання дуже багато. Наприклад, ще в 1930-х роках Л. Г. Раменський (1938) запропонував розрізняти три основні типи рослин, названі ним віолентами, патієнтами та експлерентами, що відрізняються стратегіями виживання, спрямованими на підвищення ймовірності вижити й залишити після себе потомство.

Віоленти (силовики) — пригнічують усіх конкурентів, наприклад дерева, що утворюють корінні ліси.

Патієнти — види, здатні виживати в несприятливих умовах (тіньолюбні, солелюбні тощо).

Експлеренти (наповнювачі) — види, здатні швидко з’являтися там, де порушені корінні угруповання,— на вирубках та згарищах (осики), на обмілинах тощо.

Поняття про r- і K-стратегії (повідомлення учнів або робота з текстом, запропонованим учителем)

r-стратегія визначається добором на підвищення швидкості зростання популяції в період її низької щільності.

K-стратегія виникає під дією добору на підвищення виживаності при високій щільності популяції, близької до місткості середовища.

Завдання

Назвіть фактори добору, що сприяють виробленню r- і K-стратегії.

4. Криві виживання

Один з основних факторів, що впливають на розміри популяції,— це відсоток особин, які гинуть до досягнення статевої зрілості (смертність у дорепродуктивному періоді). У межах певного виду ця величина значно більш мінлива, ніж плідність. Для того щоб чисельність популяції залишалася сталою, у середньому тільки два нащадки кожної пари повинні доживати до репродуктивного віку.

Криву виживання можна отримати, якщо почати спостереження за певною популяцією, відстежуючи тільки новонароджених особин, і відзначати число особин, що залишаються жити залежно від часу. На вертикальній осі, як правило, зазначають або абсолютне число особин, що вижили, або їхній відсоток від початкової популяції:

Кожний вид має характерну криву виживання, форма якої почасти залежить від смертності статевонезрілих особин.

Три типи кривих виживання

Більшість тварин і рослин підлягають старінню, що проявляється в зниженні життєвості з віком після періоду зрілості. Як тільки починається старіння, імовірність настання смерті в певний проміжок часу зростає. Безпосередні причини смерті можуть бути різні, але їхньою основою є зменшення опірності організму впливу несприятливих факторів, наприклад хвороб.

Крива А на рисунку дуже близька до ідеальної кривої для популяції, у якій старіння є головним фактором, що впливає на смертність. Властива однолітнім культурним рослинам, наприклад пшениці, коли всі рослини на певному полі старіють одночасно.

Крива типу Б характерна для популяцій організмів з високою смертністю в ранній період життя, наприклад для гірських овець або для популяції людини в країні, де поширені голод і хвороби.

Плавна крива типу В може бути отримана, якщо смертність постійна протягом усього життя організмів (50 % за певну одиницю часу). Це може бути тоді, коли головним фактором, що зумовлює смертність, стає випадок, причому особини гинуть до початку помітного старіння. Дуже схожа крива характерна для популяцій деяких тварин (наприклад, гідри), котрим не загрожує особлива небезпека в ранньому віці. Для більшості безхребетних і рослин теж характерна крива такого типу, але висока смертність серед молодих особин призводить до того, що початкова частина кривої падає ще більш круто.

Існують невеликі внутрішньовидові відмінності в кривих виживання. Вони можуть бути зумовлені різними причинами й нерідко пов’язані зі статтю. У людей, наприклад, жінки живуть трохи довше, ніж чоловіки, хоча точні причини цього невідомі.

Креслячи криві виживання для різних видів, можна визначати смертність для особин різного віку й у такий спосіб з’ясовувати, у якому віці даний вид найбільш уразливий. Установивши причини смерті в цьому віці, можна зрозуміти, як регулюється розмір популяції.

5. Гомеостаз популяцій

Підтримання певної щільності називають гомеостазом популяцій.

Гомеостаз популяції — це здатність популяції підтримувати певну чисельність своїх особин тривалий час.

В основі здатностей популяцій до гомеостазу лежать зміни фізіологічних особливостей, росту, поведінки кожної особини у відповідь на збільшення або зменшення числа членів популяції, до якої вона належить.

Механізми популяційного гомеостазу залежать від екологічної специфіки виду, його рухливості, ступеня впливу хижаків і паразитів тощо. В одних видів вони можуть проявлятися у жорсткій формі, призводячи до загибелі надлишку особин, в інших — у пом’якшеній, наприклад у зниженні плідності на основі умовних рефлексів.

Аналіз прикладів взаємодії між членами популяції (від «жорстких» форм — прямого знищення однією особиною іншої — до зниження репродукційних здатностей як умовного рефлексу на підвищення частоти контактів).

Висновок.Усі проаналізовані приклади являють собою різні форми обмеження зростання популяцій. Ці гальмівні механізми діють до повного виснаження ресурсів середовища у відповідь на сигнали, що свідчать про загрозу перенаселення.

Ступінь розвитку механізмів популяційного гомеостазу перебуває також у тісному зв’язку з тим, наскільки впливають на популяцію інші види: конкуренти, хижаки, паразити. Загальна регуляція чисельності популяцій у природних угрупованнях відбувається в результаті складних міжвидових та внутрішньовидових взаємозв’язків.

n V. Закріплення отриманих знань, навичок

Завдання 1. Тема «Вікова структура популяції»

В одному зі степових заповідників на площі 250 га налічувалося 370 особин байбаків, розподілених за віком у такий спосіб: новонароджених — 118, однорічних — 49, дворічних — 50, трирічних і старших — 153 (Жердєв, Успенський, Дорогань, 2001). Через два роки на ділянці було 488 особин, серед них новонароджених — 122, однорічних — 83, дворічних — 78, решта — старші.

— Накресліть вікову піраміду популяції.

— Чи змінилася вікова структура популяції? Яка смертність молодих особин за цей період?

Завдання 2. Тема «Статева структура популяції»

На рисунку позначено процентне співвідношення чисельності статевозрілих самців і самок різного віку в популяції трав’яної жаби.

Співвідношення статевозрілих самців і самок різного віку в популяції трав’яної жаби
(за Сєверцовим, 1999)

— Вивчивши рисунок, порівняйте швидкість статевого дозрівання самців і самок, поясніть відмінності в співвідношенні статей статевозрілих особин різного віку.

— У якому віці, переважно, особини трав’яної жаби досягають статевої зрілості?

n VI. Узагальнення й систематизація вивченого матеріалу

ü Узагальнювальна бесіда про динамічні характеристики популяції, про щільність популяції та місткість середовища, про подвійний контроль чисельності популяцій у природі, про фактори, що змінюють чисельність популяцій, про наслідки зміни чисельності популяцій

1. Назвіть демографічні показники популяції.

2. Для чого необхідно знати демографічні показники популяції? Знайдіть відповідь у параграфі.

3. Плідність риб зазвичай дуже висока. Чи слід перейматися тим, що виловлюється значна частина популяції, адже навіть та невелика кількість статевозрілих особин, що залишилися, дають багато ікри?

4. Назвіть можливі причини коливання чисельності в популяціях зайця-русака.

5. Як можна регулювати чисельність популяції в екосистемі лісу?

6. У теорії й практиці лісорозведення є два підходи. Перший з них — створення одновікових культур рядами, за типом пшеничного поля. Він потребує менше первісних витрат. Другий, більш трудомісткий — створення різновікових культур зі складною просторовою мозаїкою. Який з методів вибрали б ви й чому?

7. Стоїть питання про охорону рідкісного виду ссавців на одній із двох територій. На одній з них живуть дорослі плідні особини, але немає молодих. На іншій — є молоді, але загинули дорослі. Яку з двох ділянок ви вибрали б для заповідника? Чому?

8. Які групи факторів визначають динаміку чисельності популяцій?

9. Які механізми лежать в основі саморегуляції чисельності популяції?

Висновок

Практичне значення демографічних показників.

n VII. Домашнє завдання

Прочитати відповідний параграф у підручнику.

n VIII. Підсумок уроку

Поиск по сайту: