Биоценозы и экосистемы, основы их жизнедеятельности
Популяционный уровень жизни.
План лекции
1. Популяция, ее характеристики и структура.
2. Понятие о биоценозе и его структуре.
3. Экосистема, ее свойства и структура.
4. Поток энергии и пищевые цепи.
5. Энергетический баланс консументов.
6. Правила пирамид.
7. Сукцессии.
8. Принципы организации экосистем.
1. Популяция, ее характеристики и структура.
Основной структурной единицей в системе живых организмов является вид. Строгое общепринятое определение вида до сих пор не разработано. Обычно под видом понимается совокупность популяций, способность к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал и обладающих рядом общих морфофизиологических признаков. Итак, вид в природе представлен популяциями.
Популяция (от лат. рopulus – народ, население) – совокупность (группа) особей одного вида, обладающего общим генофондом и занимающих определенную территорию. Термин введен в 1903 г. Иогансеном для нужд генетики.
Контакты между особями внутри одной популяции чаще, чем между особями разных популяций одного и того же вида. Внутри популяции выделяют более мелкие подразделения (семьи, демы и т.д.).
Популяция растет, дифференцируется, поддерживает сама себя, имеет определенную структуру, т. е. обладает свойствами составляющих ее организмов. Такие свойства как, например, рождаемость, смертность, возрастная структура, генетическая приспособленность являются групповыми свойствами популяции, т. к. характеризуют ее в целом. Для особи нельзя говорить о рождаемости, смертности – эти характеристики имеют смысл только на групповом уровне.
Дадим определения и опишем основные характеристики популяции.
Численность – это количество особей в пределах некоторой пространственной единицы. Например, сельди в Атлантическом океане.
Плотность – число особей, приходящихся на единицу площади. Обычно выражается числом особей или биомассой особей на единицу площади или объема. Например, 30 экз./м 2 одуванчика, 400 экз./м 3 личинок комара, 12 г/м 2 дождевых червей, 1,8 г/м 3 водоросли анабена и т.д.
Пространственное распределение – характеризует распределение особей популяции в пределах ареала. Определяя плотность, мы определяем среднюю плотность без учета особенностей распределения особей. А организмы распределяются в пространстве агрегировано. Например, земляника на поляне, грибы в лесу.
Структура популяции проявляется в определенном количественном соотношении особей разного возраста, пола, размера, разных генотипов и т. п. Соответственно различают возрастную, половую, размерную и др. структуры популяций.
Рождаемость – это способность популяции к увеличению численности. Обычно определяется как число потомков, рожденное одной самкой за данный период времени, например год.
Смертность отражает гибель особей в популяции. Обычно выражается числом особей погибших за данный период времени. Полная картина смертности в популяции описывается статистическими таблицами выживания (демографическими таблицами) по которым строят кривые выживания.
Больший интерес представляет выживаемость = прирост популяции, которую определяют как разницу между рождаемостью и смертностью.
Динамика численности популяций во времени определяется соотношением показателей рождаемости и смертности особей, а также их иммиграции и эмиграции. Если удельная (рассчитанная на одну особь) скорость роста популяции постоянна, то численность популяции увеличивается по экспоненциальному закону (в геометрической прогрессии).
Способность к экспоненциальному росту свойство любой популяции, но в силу нехватки природных ресурсов или неблагоприятных изменений внешней среды рост популяции тормозится или сменяется падением ее численности.
Возможности роста численности популяции определяются биотической (биологической) емкостью среды – способностью природного окружения обеспечивать нормальную жизнедеятельность определенному числу организмов и их сообществ без заметного нарушения самого окружения. Как только численность популяции превышает биотическую емкость среды для данного вида, то происходит снижение численности из-за гибели особей от недостатка пищи, размножения паразитов, хищников, возбудителей болезней и т.д. Подобные изменения численности называют флуктуациями численности, или волнами жизни или популяционными волнами. Например, вспышка численности непарного шелкопряда в лесостепной зоне Западной Сибири, увеличения численности и миграции леммингов и связанных с ними трофическими цепями организмов. В двадцатом веке эта характеристика популяций стала существенной и для человеческого общества в связи с демографическим взрывом. Численность человечества также ограничивается биотической емкостью среды, то есть нашей планеты.