Надорганизменные биосистемы. Популяции.

Объединение организмов одного вида в популяцию выявляет качественно новые свойства. Решающее значение приобретают численность и плотность организмов, их размещение, половой и возрастной состав, характер взаимоотношений между особями, контакты с другими популяциями. Популяция может существовать очень долго.

Популяции бывают монолитными или состоять из семей, кланов, стад, стай. Популяция имеет определенную структуру, генетическую целостность, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации, коллективное материально-энергетическое хозяйство. Популяции – единица биомониторинга, эксплуатации и охраны природных экосистем. Многие закономерности популяционной экологии относятся к популяции человека.

Структура популяций. Различают половую, возрастную, генетическую пространственную и экологическую структуру популяций. Половая структура – соотношение особей разного пола. Соотношение полов определяется различием наборов мужских и женских особей. Чаще наблюдается отклонение в сторону преобладания женских особей.

В ряде случаев соотношение полов определяется температурой эмбрионального развития (муравьи, термиты, рептилии). Влияет на смертность самцов или самок изменения экологических условий (мыши полевки). Влияют не только генетические, но и физиологические, гормональные факторы и условия среды.

Возрастная структура – соотношение особей разного возраста. Она отражает интенсивность размножения, уровень смертности, скорость смены поколений. Для всех популяций в природе справедливо правило стабильности половозрастной структуры, стремление к оптимальному распределению особей по полу и возрасту.

Генетическая структура. Определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотой вариации генов, разделением популяции на группы генетически близких особей. Для каждой популяции характерен фенотипический полиморфизм – разнообразие признаков по контролем генов и экологических факторов. Чем выше генетическая разнородность, тем больше ее экологическая пластичность – возможность приспосабливаться к условиям среды. В небольших популяциях возрастает частота близкородственного скрещивания, что уменьшает разнообразие и увеличивает угрозу вымирания.

Пространственная структура – характер размещения на территории. Перенаселенность или недонаселенность служат лимитирующими факторами. Образование стай, колоний дают защитный эффект.

Экологическая структура – разделение на группы особей: по питанию, по половому, возрастному, двигательной активности. Часто наблюдается распределение функций (разделение труда) при охоте на добычу, уходе за потомством. Для всех популяций характерна фенотипическая дифференциация: сроки сезонных циклов развития и поведения (линька, спячка, половая активность, цветение, плодоношение, листопад).

Размер и динамика численности популяции. Популяция обладает минимальной численностью и плотностью, т.е. числом особей на единицу площади или объема. Численность и плотность колеблется во времени – по годам, сезонам, от поколения к поколению. Численность популяции определяется соотношением рождаемости и смертности, на которые влияют внешние и внутренние факторы.

Изменение численности популяции определяется разностью относительных величин рождаемости и смертности, т.наз. биотическим или репродукционным потенциалом. При отсутствии сопротивления среды наблюдается экспоненциальный рост популяции, прирост числа особей пропорционален уже имеющемуся числу. У микроорганизмов каждые два дня увеличивается в 10 раз, у амбарного долгоносика удвоение через неделю, у мыши – через 8 недель, у человека – 35 лет.

Потенциальная способность к размножению у организмов огромна. У простейших в благоприятных условиях деление сокращается до нескольких минут. Гриб склеропора (паразит кукурузы) рождает до 6 млрд спор в день. Треска откладывает до 4 млн икринок в год, сельдь на протяжении жизни – 8…75 млрд. Млекопитающие – от 1 (слоны, киты, приматы) до 20 особей (серая крыса).

Высокая плодовитость компенсируется гибелью родившихся из-за факторов сопротивления среды (недостатка пищи, конкуренции, отклонений в развитии, болезней, паразитов, хищников, нехватки пространства, убежищ). В природных условиях рост популяции рано или поздно прекращается из-за сопротивления среды, которое тем больше, чем больше численность популяции.

У видов, живущих в ненадежных местообитаниях, с высоким сопротивлением среды или у паразитов (низшие растения, паразитические черви, рыбы) репродуктивный потенциал чрезвычайно велик. Виды, освоившие среду с малым сопротивлением или виды с развитой заботой о потомстве обходятся малым репродуктивным потенциалом(орлы, киты, крупные копытные, приматы).