Популяція як основна форма існування виду і структурна одиниця екосистеми

 

Вивчаючи щільність населення різних видів тварин і рослин, екологи встановили, що окремі особини дуже рідко розподіляються рівномірно на місцеіснуванні даного виду. Обираючи найбільш сприятливі умови, вони утворюють різні за величиною скупчення. Такі скупчення можуть бути територіально віддалені один від одного, дуже рідко контактувати між собою або тільки зберігати можливість такого контакту. Сукупності сумісно існуючих, контактуючих між собою особин отримали назву популяцій ( від лат. populus- народ). Особини в популяціях здатні до вільногор схрещування. Це дуже важливе екологічне поняття, бо популяція утворює абсолютна більшисть існуючих тварин і рослин, що має величезне значення. Справа в тому, що взаємовідношення з навколишніми умовами у окремих особин і в цілої популяції різні.

Сумісне існування рослин одного і того ж виду забезпечує їх взаємне опилення і запобігає пригніченню їх іншими видами. Тваринам сумісний спосіб життя в стадах і зграях забезпечує добування їжі і захист від ворогів. Установленно, що сумісне існування тварин скорочує витрати ними енергії, наприклад, зменшується кількість пошукових рухів і знижується споживання кисню, покращуються умови охорони особин, а в цілому підвищується виживаність. Навіть ті види, які регулярно здійснюють  тривалі міграції зберігають свою популяційну структуру і для розмноження  і виведення потомства збираються на свої постійні місцеіснування.

Популяція є формою життя конкретного виду живих організмів в умовах середовища їх існування. В цьому випадку здійснюється найважливіша функція популяції – забезпечення виживання живих організмів складаючого її виду і відтворення виду в даних умовах.

Популяція будучи структурною одиницею біогеоценоза (екосистеми), виконує також одну з найважливіших йогог функцій – приймає участь в біологічному кругообігу. В даному випадку реалізується видоспецифічна особливість типу обміну речовин.

В цілому популяції мають всі ознаки самостійної функціонуючої біологічної системи.

Слід відмітити надзвичайно важливу особливість функціонування популяції: взаємодія особин із середовищем здійснюється через фізіологічні реакції, причому ці реакції виключно індивідуальні, але напрямленість їх така, що в цілому вони реалізують загальнопопуляційні функції.

Організація на популяційному рівні пов’язана, головним чином, з регулюванням чисельності і щільності популяцій. 

Чисельність популяції – це загальне число особин, які мешкають в межах якоїсь території або в угрупованні. У природних екосистемах існує така кількість особин в популяціях, яка найбільшою мірою відповідає потребам їх відтворення. Популяції з низькою чисельністю є найбільш екологічно уразливими, особливо до антропогенних впливів.

Зміни чисельності  організмів в часі називають динамікою популяції. Періодичні коливання називаються осциляціями, неперіодичні – флуктуаціями. Перші пов’язані з регуляторними змінами факторів середовища, сезонними ритмами. Іноді спостерігаються спалахи чисельності особин незакономірного характеру, флуктуаційного типу, які називаються популяційними хвилями.

Чисельність популяції зростає за законом геометричної прогресії, тобто теоретично воно може бути необмеженим за умови, коли не діють лімітуючі фактори зовнішнього середовища.

Теоретичне зростання чисельності має вигляд кривої, крутизна якої різко збільшується і прямує до нескінченності. Така крива називається експоненціальною. Через лімітуючі фактори таке явище не відбувається: експоненціальний ріст спостерігіється якийсь досить короткий час, після чого лімітуючі фактори (нестача корму, хвороби, обмеженість території та ін.) його стабілізують і подальший розвиток популяції іде по логістичній моделі, що описується S-подібною, або логістичною кривою росту.

В основі логістичної моделі лежить просте припущення, що швидкість росту популяції лінійно знижується по мірі росту чисельності аж до нуля.

Здатність популяції до авторегуляції носить назву гомеостаза популяції. Звичайно популяція знаходиться саме в цьому стані – динамічної рівноваги, яка досягається за рахунок чергування позитивних і негативних зворотніх зв’язків. При зростанні чисельності особин скорочуються запаси їжі, щзо тягне за собою зменшення чисельності за рахунок збільшення смертності, а популяція, що скоротилася дозволяє накопити запаси їжі і приводить до збільшення народжуваності, тобто зростанню чисельності і т.д.

 Щільність популяції – це величина, яка визначається числом особин або біомасою по відношенню до одиниці площі. Розрізняють максимальну й мінімальну щільність популяції. Максимальною є щільність, більшу за яку екосистема даної території вже не може підртимувати, а мінімальною – найменша кількість особин на одиницю площі, за якої розмноження популяції неможливе. Для кожного виду існують оптимальні межі щільності популяції.

Чисельність і щільність є статистичними показниками, які характеризують стан популяції на даний момент часу.

Фактори, що регулюють щільність популяції, поділяються на залежні і незалежні від щільності. Залежні змінюються зі зміню щільності, а незалежні залишаються постійними при її зміні. Практично, перші – це біотичні, а другі – абіотичні фактори. Також існує ще саморегуляція, при якій на чисельності популяції відбивається зміна якості особин.Саморегуляція забезпечується механізмами гальмування роста чисельност (схема 2).

Динамічними показниками популяцій називають ті показники, які характеризують процеси, які пртікають в популяції за певний проміжок часу. Основним идинамічними показниками популяцій є народжуваність, смертність і швидкість росту популяцій.

Народжуваність – це число особин, які народжуються в популяції за одиницю часу.Абсолютна (максимальна чи фізіологічна) народжуваність – це теоретично можлива кількість особин в ідеальних умовах, коли розмноження обмежується тільки фізіологічними факторами (для кожної даної популяціїця величина постійна). Цей показник ще називають біотичним потенціалом. У природі він ніколи не реалізується повністю. Крім того розрізняють екологічну чи реалізовану народжуваність.

Смертність – це число особин, які загинули в популяції за одиницю часу. Чим вище розвинений інстинкт турботи про потомство у тварин, тим більше особин виживає в ранньому віці. В противному разі зростання смертності компнесується високою плодючістю особин.

Кількість особин в популяції залежить не тільки від народжуваності і смертності, а також і від швидкості їх іміграції і еміграції, тобто від кількості особин, що прибули і убули  в популяції за одиницю часу.

Тривалість життя виду залежить від умов життя. Розрізняють фізіологічну і максимальну тривалість життя.

Фізіологічна тривалість життя – це така тривалість життя, яка визначається тільки фізіологічними можливостями організма.

Максимальна тривалість життя – це така тривалість життя, до якої може дожити лише мала частка особин в реальних умовах середовища.

Смертність і народжуваність у організмів змінюються з віком. Якщо пов’язати смертність і народжуваність з віковою структурою популяції, можна вивчити механізми загальної смертності і визначитися з структурою тривалості життя. Таку інформацію можна отримати за допомогою таблиць виживання.

Таблиці виживання (демографічні таблиці) містять інформацію про характер розподілення смертності за віками. Таблиці виживання бувають динамічними і статичними. Динамічні таблиці виживання  будуються за даними прямих спостережень за життям великої групи особин, що народилися в популяції за короткий інтервал часу відносно загальної тривалості життя організмів, що вивчаються, і реєстрації віку наступання смерті всіх членів даної групи. Статичні таблиці виживання складаються за даними спостережень за відносно короткий проміжок часу за смертністю в окремих вікових групах. Знаючи чисельність цих груп можна розрахувати смертність, специфічну для кожного віку.

Дані таблиць дозволяють будувати криві виживання. Вони показують залежність кількості особин, що дожили до певного віку від тривалості цього інтервала з самого моменту відродження організмів.

Екологічна стратегія виживання – прагення організмів до виживання. Існує дуже багато екологічних стратегій виживання, але всі вони знаходяться між двома типами еволюційного добору, які позначаються константами логістичного рівняння: r-стратегія, або r-добір, визначається добором, напрямленим на підвищення швидкості росту популяції і, відповідно, таких якостей, як висока плодючість, рання статево зрілість, короткий життєвий цикл, здатність швидко розповсюджуватися на нові місцеіснування і переживати несприятливі части на стадії спокою. Це звичайно “опортуністичні” види – типові піонерні види порушених місцеіснувань. Такі місцеіснування називають r-відбираючими, бо вони сприяють росту чисельності r-видів.

К-стратегія (або К-добір) напрямлена на підвищення виживаності в умовах чисельності, яка вже стабілізувалася. Це добір на конкурентноздатність, підвищення захищеності від хижаків і паразитів, підвищення ймовірності виживання кожного нащадка, на розвиток більш досконалих внутрішньовидових механізмів чисельності.

Кожний організм відчуває на собі комбінацію r- і К-добору, але r-добір переважає на ранній стадії розвитку популяції, а К-добір – вже характерний для стабілізованих систем.

Кожна популяція структурована за віком, чисельністю, простору, статтю. Вікова структура популяції визначається співвідношенням собин різного віку. Встановлено, що це співідношення непостійне, а має досить складні коливання. В стабільній популяції  нарожуваність дорівнює смертності і чисельність майже не змінюється, рівновікові групи знаходяться майже в однаковому співідношенні.

Статева структура популяції визначається співідношенням статей, кількістю самців і самок в популяції.

Просторова структура популяції визначається розподіленням особин в межах ареалу. Розподілення особин може бути випадковим, якщо середовище існування популяції однорідне і особинам немає необхідності об’єднання в групи і рівномірним – при наявності сильної конкуренції між особинами, що приводить до їх розподіленню по простору; груповим – у вигляді зграї, стад та ін., якщо це визначає оптимальність виживання.

Етологічна структура популяцій відображає закономірності поведінки між особинами в даній популяції. Розрізняють одинокий спосіб життя, утворення різних за величиною спільнот тварин (сім’я, зграя, стадо, колонія). Залежно від способу життя і форм спільного життя різні види мають різну поведінку, а, отже, і зв’язки в популяції.

Таким чином, структурованість, інтегрованість складових частин (особин) або цілісність, авторегуляторні механізми і здатність до адаптації – це в цілому визначає популяцію як біологічну систему надорганізменного рівня.

Розділ екології, який вивчає прямі й зворотні зв’язки популяцій із середовищем та внутрішньопопуляційні процеси, називається популяційною екологією або демекологією. Антропогенний вплив на популяції може бути прямим чи опосередкованим. При цьому змінюється параметри і структура популяції, іноді цей вплив може викликати її повну загибель. Знання популяційної екології дозволяють встановлювати стан і чисельність популяцій окремих видів, визначати їх рідкісність, стійкість до змін середовища, приймати рішення для запобігання небажаним впливам на них та заходи щодо їх охорони.