Биотический потенциал и сопротивление среды

Каждый вид (растений, животных и микроорганизмов) в составе экосистемы представлен популяцией. Популяция – это часть вида, особи которого скрещиваются, друг с другом передают наследственную информацию и таким образом размножаются. Популяция – одно из звеньев иерархии: царство, род вид, популяция, организм.

Изменение численности любой популяции приводит к изменению экосистемы. Следовательно, стабильность экосистем – это стабильность популяции или равновесие между смертностью и рождаемостью каждого вида экосистемы.

Состояние равновесия определяется соотношением между биотическим потенциалом, который действует в сторону увеличения численности, и сопротивлением среды, которое препятствует этому (Рис 2.16).

Биотическим потенциалом называют совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяции. Количественно он характеризуется теоретически возможным числом потомков от одной пары особей.

Термин «биотический потен­циал» ввел Р.Чепмен в 1928 году, определив его как врожден­ное свойство организмов к размножению и выживанию, т.е. к увеличению численности.

 

Обратим внимание, что на численность популяции влияет не только рождаемость, сколько способность пополнения половозрелого состава. Например, рыбы выметывают сотни тысяч икринок, но лишь ничтожный процент выживает, и развивается во взрослую особь, способную к воспроизводству.

Гибель или изъятие взрослых особей слабо влияет на динамику популяции, поскольку после них уже остались потомки. Очень важно сохранять молодое поколения, так как с его гибелью пропадают все их будущие потомки. Молодежь должна ценить и бороться за свою жизнь. Поскольку, убивая себя (неоправданные риски, наркотики, алкоголь и др.) они убивают своих не родившихся детей и внуков.

Биотический потенциал видов различен, но достаточно высок, что бы при благоприятных условиях стремительно увеличить численность.

Однако популяционные взрывы в естественных условиях наблюдаются крайне редко, так как они сдерживаются лимитирующими факторами или сопротивлением среды.

Сопротивление среды включает как абиотические, так и биотические факторы.

На рис. 2.17 показаны примеры изменения численности популяции при слабом, среднем и сильном сопротивлении среды. При слабом сопротивлении среды численность популяции резко возрастает. При среднем сопротивлении среды (хищники, конкуренты) численность популяции будет находиться в состоянии динамического равновесия. При сильном сопротивлении среды (голод, болезни) численность популяции будет сокращаться.

Равновесие между биотическим потенциалом и сопротивлением природной среды, всегда динамическое, так как факторы среды не могут долго оставаться неизменными. Таким образом, равновесие, как правило, – весьма условно. Взрывы численности носят временной характер, а вот вымирание – это навсегда.

6.2 Механизм популяционного равновесия (гомеостаза)

Факторы, регулирующие численность, ²работают² по принципу отрицательной обратной связи. К числу таких факторов относят:

· отношения: хищник – жертва; паразит – хозяин;

· конкуренция;

· угнетающие (ингибирующие) выделения во внешнюю среду;

· явления территориальности;

· стрессовые явления, влияющие на репродукционную функцию;

· миграции.

Отношения хищник – жертва. Высокая численность жертв создает условия (пищевые) для быстрого размножения хищника. Увеличенное число хищников уменьшает количество жертв. Численность видов носит синхронно колебательный характер. При этом численность популяций не доходит до нулевых значений, так как сила взаимоотношений уменьшается по мере уменьшения численности популяций. Уменьшение отрицательного влияния происходит из-за переключения хищника на другие виды жертв. Хищники не уменьшают количество жертв до нуля. Это объясняется тем, что при низкой плотности, например, зайцев (шт/км²), лисам становится энергетически невыгодно охотится на зайцев (зайцев мало, поэтому расходы энергии на поиск зайца не восстановятся при его поедании).

Обратим внимание, что при большой численности зайцев усиливающееся сопротивление среды включает как конкуренцию, так и отношения хищник жертва. Способность хищников переключатся на другие виды питания, (видовое разнообразие) ослабляет колебания численности популяций. Интересно отметить, что хищники убивают, как правило, больных жертв, а охотники – здоровых.

Отношения паразит – хозяин поддерживают популяционное равновесие, в об­щем, так же, как и крупные хищ­ники. Когда численность популяции уве­личивается, па­разиты и их пе­реносчики (на­пример, крово­сосущие насе­комые легко находят новых жертв, поэтому смертность хо­зяев растет). При снижении численности популяции хозяев, паразитам труднее найти новые источники пищи, поэтому численность паразитов так же будет снижаться.

Паразиты не всегда убивают своего хозяина, но, ослабив его, снижают его способность к выживанию.

Конкуренция. Острота конкурентных отношений возрастает, когда увеличивается численность и соответственно плотность популяции.

В реальном мире она проявляется как самоизреживание фитоценозов. Например, на стадии всходов в лесных сообществах насчитывается до 500*10³ растений на га, до периода спелости (через 100…120 лет) для хвойных и (50…70 лет) для лиственных доживает около 1*10³ 1/га. Погибает примерно 998 из 1000. Однако, погибая, растения обогащают почву и способствуют росту более сильных экземпляров. В некоторых случаях происходит даже срастание корней. Сильные растения используют корневую систему слабых, погибших растений

В животном мире острая внутривидовая борьба проявляется в форме каннибализма (поедание себе подобных). Эти явления наблюдаются среди хищников, грызунов, личинок насекомых.

В более мягких формах внутривидовая конкуренция проявляется через ослабление части особей и выключение их из процессов размножения.

Выделения во внешнюю среду. Они характерны как для растительных, так и для животных организмов.

Например, молодое поколение леса угнетается не только дефицитом света и минеральных веществ в верхнем слое почвы, но и особыми ингибирующими выделением корней и наземных частей деревьев, которые смываются атмосферными осадками и попадают в почву.

Для животных наличие ингибирующих выделений было доказано в лабораторных опытах. Воздух из помещений с высокой плотностью, например, мышей; поданный в помещения, где они нормально развивались, приводил к замедлению развития. (Тот же эффект можно получить переливая воду в аквариумах с различной численностью рыб).

Явления – территориальности. Они наиболее четко прослеживаются в животном мире. Занятая территория помечается голосом (птицы), выделениями, механическими отметинами.

Помеченная территория активно охраняется. В случае конфликта победа почти всегда остается за хозяином (помогает знакомство с территорией). Однако, чужак, побывший на территории около суток, может оказаться победителем, если он сильнее.

Стрессовые явления или состояние напряженности при повышении плотности популяции усиливаются. Возрастает число контактов, конфликтных ситуаций, которые приводят к гормональным изменениям, которые выражаются в торможении полового созревания или блокировании процесса размножения. Например, у мышей присутствие или даже запах чужого самца в 60…90 % приводит к прерыванию беременности (Брюс – эффект).

Миграции, как фактор стабилизации численности популяции проявляется в двух видах: в массовом или равномерном уходе особей из популяции.

Массовый уход характерен для популяции с взрывным типом динамики численности (лемминги, белки). Обычно уходит молодняк, значительная часть которого погибает.

Равномерный уход служит для обмена особями между популяциями в целях:

· уменьшения числа близкородственных скрещиваний;

· обмена информацией (генетической);

· выравнивания плотностей особей в соседних популяциях.

Вид реакций на иммигрантов зависит от численности популяции. Популяции с высокой численностью – пришельцев изгоняют, а при малой численности – не препятствуют пришельцам, и сами мигрируют в меньших количествах.

Среди других факторов, влияющих на гомеостаз популяции, можно назвать:

· иерархию и сексуальное доминирование;

· половую избирательность (выбор самцов и самок);

· возрастной кросс (самки отдают предпочтения молодым самцам).

Человек и биосфера