Міністерство праці та соціальної політики України
Кам’янець-Подільський планово-економічний технікум-інтернат
Лекція
з предмету "Основи екології"
на тему
"Популяції"
Підготувала:
викладач основ екології
Гапоненко Н.П.
План
Вступ
1. Популяційна або демографічна екологія
2. Визначення популяцій та їх основних параметрів. Статистичні та динамічні показники популяції
3. Структури популяції та фактори, від яких вона залежить
4. Вікова структура популяцій
5. Вікові піраміди. Статева структура та шлюбні взаємовідносини організмів між собою
6. Фактори, що впливають на динамічні показники популяції: залежні та незалежні від щільності популяції
7. Динаміка популяцій
Література
Вступ
Все живе в біосфері утворює живу речовину. Живі організми відіграють дуже важливу роль у геологічних процесах, які формують Землю. Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Велике значення мають організми також для формування літосфери - більшість порід, і не лише осадових, а й таких, як граніти, так чи інакше пов'язані своїм походженням з біосферою. Мінеральна інертна речовина переробляється живими організмами, перетворюється в якісно нову. Живі організми не лише пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють. Таким чином, жива та нежива речовини на Землі становлять гармонійне ціле.
Хімічний стан зовнішньої кори нашої планети, біосфери, цілком перебуває під впливом життя, тобто визначається живими організмами. Незаперечно енергія, що надає біосфері її звичайного вигляду, має космічне походження, її випромінює Сонце у формі променистої енергії. Але саме живі організми, тобто сукупність життя, перетворюють цю космічну променисту енергію у земну, хімічну, і формують нескінченну різноманітність нашого світу. Це живі організми, які своїм диханням, живленням, метаболізмом, смертю і розмноженням, постійним використанням своєї речовини, яка триває сотні мільйонів років, безперервною зміною поколінь, породжують одне з найграндіозніших планетарних явищ, що не існують ніде, крім біосфери.
Одним з проявів біологічної активності організмів є швидкість їх розмноження. Одноклітинна водорість діатомея теоретично здатна за вісім днів утворити масу живої матерії, що дорівнює земній, протягом наступного дня подвоїти її.
Згідно з сучасними оцінками, суха маса живої речовини на Землі становить 2-3 трильйони тонн. Це порівняно з основними сферами Землі дуже мала величина. Жива речовина відрізняється від неживої надзвичайно високою активністю, зокрема, дуже швидким кругообігом речовин. Вся жива речовина біосфери оновлюється в середньому за вісім років. Життєдіяльність тварин, рослин і мікроорганізмів супроводжується безперервним обміном речовин між організмами та середовищем, внаслідок чого всі хімічні елементи земної кори, атмосфери й гідросфери багаторазово входили до складу тих чи інших організмів.
Живі організми відіграють величезну роль в акумуляції сонячної енергії. Наприклад, поклади кам'яного вугілля - це не що інше, як сонячна енергія, накопичена зеленими рослинами минулих геологічних епох. Так само можна визначити й природу багатьох мінералів, зокрема вуглекислого кальцію, який утворює величезні маси вапняків і майже на 100% має біогенне походження. Важливу роль живі організми відіграють у накопиченні багатьох металів, таких, як залізо, мідь, марганець. Велике значення для біосфери й господарської діяльності людини має кругообіг азоту, сірки, фосфору та інших елементів.
Жива речовина значно прискорила й змінила кругообіги у біосфері різних речовин - води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо.
1. Популяційна або демографічна екологія
Першою надорганізмовою біологічною системою є популяція. Термін популяція запозичений з демографії В. Іогансеном у 1905 році для позначення групи осіб одного виду, а інколи навіть однорідної сукупності осіб різних видів. Таким чином, терміном популяція почали позначати не довільно вибрану групу особин, а реально існуючу частину виду, яка відрізняється від сусідніх угруповань певними груповими біологічними ознаками.
Популяція - це не випадкове і тимчасове, а тривале у часі і просторі угруповання особин одного виду, пов'язаних більш тісними родинними зв'язками і більш схожими між собою, ніж з представниками інших подібних угруповань. Отже, популяція - це сукупність особин певного виду, які здатні до вільного схрещування, населяють певний простір протягом багатьох поколінь і відокремлені від інших подібних угруповань.
2. Визначення популяцій та їх основних параметрів. Статистичні та динамічні показники популяції
Найбільш істотними ознаками популяцій є:
динаміка чисельності осіб,
співвідношення статей,
віковий склад,
територіальна структура, площа або об’єм (популяції мешканців водойм),
щільність заселення (щільність популяцій визначається середньою кількістю осіб на одиницю площі або об’єму),
народжуваність (кількість осіб популяції, які народилися за певний період часу),
смертність (кількість осіб популяції, яка гине за той же самий час),
приріст популяції (різниця між народжуваністю і смертністю),
та інші.
Кожна популяція має певний властивий лише їй темп і ритм обміну речовин в екосистемі. В свою чергу, популяція може складатися:
з дрібніших угруповань,
мікропопуляцій,
колоній,
зграй тощо.
Але такі угруповання нестійкі в часі і періодично включаються у загальний популяційний ритм. Отже, кожен вид має структуру, яка властива тільки йому. Вивчення популяційної структури виду має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення при здійсненні заходів з раціонального природокористування. Важливо знати загально - біологічні властивості виду, а також як впливає зовнішнє середовище на його формування.
Для стабілізації популяцій достатньо, щоб до періоду розмноження доживало стільки потомків, скільки було батьків. Якщо відсоток виживання вищий за відсоток рівноваги, популяція зростає, якщо нижчий - зменшується. Це необхідно враховувати як при боротьбі з шкідниками, так і при охороні зникаючих видів.
Чисельність будь-якої популяції коливається під впливом дії біотичних і абіотичних факторів. Один і той самий фактор може відігравати, залежно від стану популяції, як позитивну, так і негативну роль.
3. Структури популяції та фактори, від яких вона залежить
Популяція завжди перебуває під впливом багатьох факторів і реакція на конкретний фактор залежить від взаємного розташування або спільної їх дії. Зокрема, розглянемо, які фактори впливають на чисельність популяції, загальну кількість особин на даній території або в даному об'ємі, котрі належать до однієї популяції. Повінь, пожежа, град, раптові морози, посуха, бурелом, надмірне застосування хімічних препаратів, реконструкція ландшафту, вселення нових видів хижаків, паразитів, епідемії - все це може призвести до повної її загибелі. Загибель або різке скорочення чисельності популяції, як правило, викликає ланцюгову реакцію в біоценозі, і може спричинитися до коливання чисельності популяцій інших видів. Аналіз причин загибелі окремих видів свідчить про те, що зникнення одного виду рослин викликає загибель від 3-4 до 20-30 і навіть більше видів тварин.
Популяції багатьох видів досить уразливі не лише в місцях розмноження. Несприятливі умови на шляхах міграцій і в місцях зимівлі можуть поставити популяцію на грань загибелі. Отже, створення сприятливих умов у районах розмноження, обмеження факторів смертності ще не забезпечує збільшення чисельності видів, якщо не усунути загрозу масової загибелі особин під час сезонних мандрівок.
Щільність популяцій - це середня кількість особин, що припадає на одиницю простору. При сталій площі ареалу або при обмежених можливостях його розширення щільність популяцій прямо залежить від її чисельності. Щільність і чисельність - поняття не тотожні. Популяції, представлені великою кількістю особин, можуть займати велику площу і мати нижчу щільність, ніж популяції нечисленні, але стиснені певними територіальними межами. Внутріпопуляційним регулятором чисельності є, головним чином, не кількість особин, а просторове розташування їх. В екології існує поняття оптимальної щільності, при якій популяція має найвищу життєздатність.
При зниженні чисельності зменшуються можливості обміну генетичною інформацією, утворюються окремі замкнені кільця близьких родичів, що призводить до зниження життєздатності молоді.
Зростає тиск конкурентів. У видів, яким притаманний колоніальний або груповий спосіб життя, значно знижуються можливості опору ворогам. Але одночасно зі зниженням щільності звільняється життєвий простір, відтворюється кормова база, увага хижаків переключається на інші об'єкти або кількість їх також різко зменшується.
Ставлення людини до того чи іншого виду визначається його демографічним станом. Тому пізнання закономірностей динаміки чисельності популяцій має першочергове значення. У кожний конкретний момент будь-яка популяція складається з певної кількості особин, але ця величина досить динамічна. Часто вона залежить від народжуваності і смертності у популяції.
Одночасно рухаються два потоки особин: один "наповнює" басейн популяції, другий "витікає" з нього. Потужності цих потоків досить рідко збігаються в часі, тому рівень популяційного басейну весь час коливається. Завдання популяційної екології саме і полягає в складанні прогнозу цих коливань.
Відтворення потомства - головне джерело поповнення популяції.
у рослин - це кількість насіння;
у риб - ікринок;
у птахів - яєць і т.п.
Швидкість зростання популяції визначається біотичним потенціалом.
Біотичний потенціал - це кількість нащадків, яку здатна дати одна особина або одна пара. У одних видів біотичний потенціал може перевищувати мільярд, у інших - обмежуватись кількома десятками.
Види, що живуть у сприятливих умовах і добре пристосовані до виживання, мають низький біотичний потенціал і, навпаки, висока смертність зумовлює надзвичайну плодючість. Наприклад, риби, які не турбуються про потомство, відкладають тисячі і навіть мільйони ікринок. Місячний біотичний потенціал риби - до 3 млрд., а в акул, які народжують живих малят, він обмежений десятками. Більшість шкідливих комах здатні плодити від кількох сотень до тисячі особин.
Для стабілізації популяцій достатньо, щоб до розмноження доживало стільки нащадків, скільки було батьків. Якщо відсоток виживання вищий за відсоток рівноваги, популяція зростає, якщо нижчий - зменшується. Це необхідно враховувати при боротьбі зі шкідниками та при охороні зникаючих видів.
Чисельність будь-якої популяції коливається під впливом дії біотичних та абіотичних факторів. Один і той самий фактор може відігравати, залежно від стану популяції, як позитивну, так і негативну роль.
4. Вікова структура популяцій
В кожній популяції є групи різновікових особин, співвідношення яких характеризує здатність популяції до розмноження.
Розрізняють три стадії віку:
перед продуктивний;
репродуктивний;
пост продуктивний.
Тривалість цих стадій у різних організмів дуже відрізняється. У багатьох тварин і рослин особливо тривалим буває передпродуктивний період. При сприятливих умовах у популяції присутні всі вікові групи, які забезпечують відносно стабільний рівень її чисельності. На віковий склад популяції впливають тривалість життя особин, період досягнення статевої зрілості, тривалість періоду розмноження, плодючість і смертність вікових груп. Віко
Врахування і аналіз вікової структури природних популяцій має велике значення для раціонального мисливського промислу і прогнозування популяційно-екологічної ситуації. Статева структура популяцій має важливе значення для подальшого зростання її чисельності.
5. Вікові піраміди. Статева структура та шлюбні взаємовідносини організмів між собою
Характерною особливістю популяцій є система взаємовідносин між складовими її членами. Закономірності поведінки організмів вивчає наука етологія. Залежно від способу життя виду форми спільного існування особин у популяції надзвичайно різноманітні. Розрізняють одинокий спосіб життя, при якому особини популяції незалежні і відокремлені один від одного, але лише тимчасово, на певних стадіях життєвого циклу. Повністю ізольоване існування організмів у природі не зустрічається, оскільки було 6 неможливим здійснення їх основної життєвої функції - розмноження. У видів з ізольованим способом життя часто утворюються тимчасові угруповання особин у місцях зимівлі (сонечка, жужелиці) або в період, який передує розмноженню.
При сімейному способі життя помітно посилюються зв'язки і взаємовідносини між батьками і їх потомством: турбота про відкладені яйця, пташенят, їх охорона. Розрізняють сім'ї батьківського, материнського і змішаного типів. При сімейному способі життя помітно проявляється територіальна поведінка тварин, коли за допомогою різноманітних сигналів, маркуванням забезпечується володіння ділянкою, яка необхідна для вирощування потомства. В основі формування більш-менш великих спільнот тварин (зграя, стадо, колонія) лежить ускладнення поведінки, а, отже, і зв'язків у популяції.
Зграя - це тимчасове об'єднання тварин, які проявляють біологічно корисну організованість дій (для захисту від ворогів, добування харчування, міграції і т.д.) Найбільше зграї поширені серед риб, птахів, рідше зустрічаються у ссавців (собачі зграї).
Рис.1.7 Типи вікових пірамід: А - три типи вікових пірамід, які характеризують популяції з більшою, помірною і малою чисельністю (а, б, в,%) молодих особин; Б - вікові піраміди інтенсивно зростаючої (а) і постійної (б) за чисельним складом популяції миші польової.
Стадо - тривале або постійне об'єднання тварин, в якому здійснюються всі основні функції життя виду: добування корму, захист від хижаків, міграції, розмноження, виховання молодняку. Основу групової поведінки в стаді складають взаємовідносини домінування - підпорядкування, яке базується на індивідуальних відмінностях між особинами.; Для стада характерна наявність тимчасового або постійного лідера, на якому концентрується поведінка інших особин і часто вона визначає поведінку стада в цілому.
Колонія - це групове поселення осілих тварин. Колонії можуть існувати довго або виникати на період розмноження (наприклад, чайки, мідії, ластівки, грачі, альбатроси, терміти, бджоли).
6. Фактори, що впливають на динамічні показники популяції: залежні та незалежні від щільності популяції
Що таке фактори еволюції? Фактори еволюції - це впливи, що спричиняють адаптивні зміни організмів, популяцій і видів. Починаючи з Ж. - Б. Ламарка і Ч. Дарвіна, питання про фактори еволюції було і є предметом наукових дискусій. Найпоширеніші нині пояснення еволюції як результату впливу переважно внутрішніх факторів (наприклад, "внутрішнє прагнення організмів до прогресу", за Ж. - Б. Ламарком, чи ароморфози, за О.М. Сєверцовим). Багато вчених вважає еволюцію наслідком впливу умов довкілля. Наприклад, учення про рушійні сили еволюції надає природному добору роль скульптора, а організму - глини. Неважко помітити, що ці погляди не враховують багаторівневої організації живої матерії: те, що для клітини є зовнішнім чинником, для організму може бути внутрішнім (наприклад, обмін речовин клітини відбувається з внутрішнім середовищем організму).
Згідно із сучасними уявленнями, на кожному з рівнів організації живої матерії діють особливі фактори еволюції, а їхня спільна дія зумовлює адаптації організмів і популяцій до умов довкілля.
У чому полягає роль спадкової інформації як фактора еволюції?
Спадкова інформація (генотип) найзахищеніша від зовнішніх впливів, бо зосереджена всередині клітини - в цитоплазмі (прокаріоти) чи додатково оточена особливою ядерною оболонкою (еукаріоти). Вона забезпечує сталість генофонду виду.
Спрямованість спадкових змін, які відбуваються на молекулярному та клітинному рівнях (мутації та комбінативна мінливість), не залежить від умов довкілля, хоча їхня частота зростає під впливом особливих факторів - мутагенів.
На клітинному рівні відбуваються всі основні функції живого, які проявляються внаслідок взаємодії генотипу клітини з її оточенням. Наприклад, у багатоклітинних організмах усі соматичні клітини мають однаковий генотип, але диференціюються, розвиваючись у різних напрямах, через вплив біологічно активних речовин тощо.
Чи має місце в живій природі боротьба за існування? Сам термін "боротьба за існування" не має біологічного сенсу. Його вживають для позначення всієї сукупності взаємозв'язків між організмами і довкіллям, тобто він охоплює цілий розділ екології - вчення про екологічні фактори. Ніяких особливих механізмів боротьби за існування не виявлено, хоча це поняття відіграло значну роль у побудові різних еволюційних гіпотез.
Усі екологічні фактори, якщо вони діють з відносно постійною інтенсивністю або остання періодично змінюється, є водночас і факторами еволюції. Внаслідок їхньої комплексної дії на популяції менш адаптовані особини гинуть, не залишаючи потомства.
Що таке елімінація? Елімінація (від лат. - виганяти) - загибель особини на будь-якому етапі індивідуального розвитку, коли вона не залишає нащадків. Елімінація змінює частоти зустрічальності організмів з певними генотипами. її слід відрізняти від природної смерті як завершення процесу старіння після розмноження, що не впливає на генофонд популяції.
Важливим показником біологічного процвітання виду є оптимальна густота просторового розміщення особин кожної з його популяцій, яка зумовлена збалансованістю народжуваності та загальної смертності (сума елімінації та природної смертності).
Що таке внутрішньовидові фактори еволюції? Внутрішньовидові фактори еволюції - це взаємозв'язки між особинами всередині популяції: міграції, хвилі життя, статевий добір, ієрархічні та інші взаємовідношення в зграях, табунах, колоніях, родинах, розподіл гніздових чи мисливських територій між особинами чи їхніми групами тощо.
Сукупна дія цих факторів зумовлює саморегуляцію густоти популяцій. Така саморегуляція обмежена, оскільки чисельність певної популяції насамперед залежить від стану популяцій інших видів даної екосистеми, пов'язаних ланцюгами живлення чи спільною територією.
Що таке міжвидові фактори еволюції? Міжвидові фактори еволюції - це різні форми симбіозу, конкуренція, виїдання та інші типи міжвидових зв'язків. У різних умовах кожен із них діє з певною інтенсивністю, яка прямо пропорційна густоті популяцій видів, які взаємодіють. Так, кількість хижаків і паразитів зростає, коли збільшується чисельність популяції здобичі або хазяїна.
Антропогенний фактор, крім відомих негативних впливів на довкілля, є ще чинником еволюції паразитів, кровосисних комах, шкідників культурних рослин та синантропних видів, що мешкають у житлах людини чи поблизу них.
Кліматичні фактори значно впливають на формування адаптацій окремих популяцій і видів у цілому, а також на зміни, що відбуваються в біогеоценозах.
7. Динаміка популяцій
Розглянемо це питання на прикладі популяційних аспектів розвитку людства.
За останні сто п'ятдесят років населення Землі росло дуже швидкими темпами. З древніх історичних епох до початку минулого століття чисельність населення світу досягла близько декількох сотень мільйонів осіб. Тільки у 1830 р. популяція людини досягла 1 млрд. осіб, вже через сто років її чисельність сягнула 2 млрд, а в 1960 р., всього через 30 років, - З млрд осіб, через 15 років (1975 р) - 4 млрд, в 1987 р. - 5 млрд. В1999 р. чисельність населення планети сягнула 6 млрд осіб. За останні роки темпи збільшення населення Землі почали знижуватися. Та, навіть незважаючи на це, якщо не відбудеться ніяких різких змін, такий приріст популяції швидше всього збережеться і в XXI столітті.
Порівняно з основними показниками натурального руху населення в світі - рівнями народжуваності, смертності, натурального приросту - Україна за рівнем народжуваності (10,8 чол. на 1000 жителів) посідає останнє місце серед колишніх республік СРСР, смертності населення (14,2 на 1000 жителів) - "почесне" друге місце серед розвинених країн світу, дитячої смертності - 17-те місце серед усіх країн світу, за показником середньої тривалості життя населення - 47 місце у світі.
Для нормального щодо соціально-економічних умов індустріально розвинутих країн, тобто мінімально розширеного, відтворення популяції людини в Україні потрібно, щоб кожна жінка народила за своє життя в середньому 2,2-2,4 дитини.
Жінки України фактично до 33-річного віку вже припиняють дітонародження. Народжуваність зменшується через безплідність шлюбних пар, збільшення гінекологічних захворювань, кількості абортів, ранньої дитячої смертності за рахунок змін у період внутрішньоутробного розвитку (стан здоров'я матері, несприятливі екологічні умови, генетичні відхилення).
За останнє десятиріччя серед населення України майже втричі зросла кількість хворих цукровим діабетом, майже в сім разів - гіпертонічними хворобами, в чотири рази - стенокардією, у два рази - інфарктом.
Той факт, що смертність в Україні перевищує народжуваність, - це сумне і вельми тривожне явище для нашого народу, це - національне лихо. Саме тому зараз всі соціально-економічні проблеми в нашій самостійній державі повинні вирішуватися лише через призму збереження нації, збереження генофонду України.
Література
1. В.С. Джигирей. Екологія та охорона навколишнього середовища. Навчальний посібник.3-те видання. К-, "Знання", 2004. стор.61-65.
2. Г.О. Білявський, Р.С. Фурдуй. Основи екологічних знань. К-, "Либідь", 1997. стор.49-69.
3. В.С. Джигирей., В.М. Сторожук, Р.А. Яцюк. Основи екології та охорона навколишнього середовища. Л-, "Афіша", 2000. стор.33-50.
4. Додаткова література:
5. Назарук М.М. Соціоекологія: Словник-довідник. - Львів: ВНТЛ, 1998. - 172 с.
6. Голубець М.А. Від біосфери до соціосфери. - Львів: Поллі, 1997. - 256с
7. Білявський Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. Основи загальної екології: Підручник для студентів природничого фаху вищих навч. закладів. - 2-ге вид., зі змінами. - К.: Либідь, 1995. - 368 с.
8. Гук М. та ін. Державна екологічна інспекція України. Державна інспекція охорони природного середовища Польщі. Контроль і моніторинг природного середовища в Україні та Польщі. - Варшава, 1994. - 99 с.
9. Справочник по охране окружающей среды / В.Г. Сахаев, Б.В. Щербицкий. - К.: Будівельник, 1986. - 152 с.
10. Белов СД., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. Охрана окружающей среды: Учеб. пособие для техн. спец. вузов / Под ред. С.В. Белова. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. пік., 1991. - 319 с: ил.
11. Иванов Б.А. Инженерная экология. - Л.: Изд-во Ленинград. "унта", 1989. - 152 с: ил.
12. Україна на зламі тисячоліть. Історичний екскурс, проблеми, тенденції та перспективи. [Кол. моногр.] Щокін Г.В., Попович М.В., Кармазіна М.С. та інші. За заг. ред. Г.В. Щокіна, М.Ф. Головатого; Автор передм. Л.М. Кравчук. - К.: МАУП. - 2000. - 384 с.
13. Данилишин Б.М., Дорогунцов СІ., Міщенко В.С. Природно-ресурсний потенціал сталого розвитку України. - К., 1999.