Скачать презентацию Экология популяций демэкология Лектор Тарасова Ольга Сергеевна к Скачать презентацию Экология популяций демэкология Лектор Тарасова Ольга Сергеевна к

Экология популяций.pptx

  • Количество слайдов: 59

Экология популяций (демэкология) Лектор: Тарасова Ольга Сергеевна, к. г. н. Экология популяций (демэкология) Лектор: Тарасова Ольга Сергеевна, к. г. н.

Общие положения С. С. Четвериковым (1903) сформулировано правило объединения в популяции: индивиды любого вида Общие положения С. С. Четвериковым (1903) сформулировано правило объединения в популяции: индивиды любого вида живого всегда представлены в природной среде не изолированными отдельностями, а только их определенны м образом организованными совокупностями

Общие положения Популяция — это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно Общие положения Популяция — это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу

Общие положения У растений совокупность индивидуумов одного вида среди особей других видов называют ценопопуляцией. Общие положения У растений совокупность индивидуумов одного вида среди особей других видов называют ценопопуляцией.

Экологические характеристики популяции Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и Экологические характеристики популяции Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и собственными, присущими только группе особей в целом. Основными экологическими характеристиками популяции считаются: • величина (по занимаемому пространству и по численности особей); • структура (возрастная, половая, пространственная, экологическая и др. ); • динамика

Численность популяции Минимальный размер для самовоспроизводства на протяжении разных поколений подразумевает численность, достаточную для Численность популяции Минимальный размер для самовоспроизводства на протяжении разных поколений подразумевает численность, достаточную для выживания популяции при резких ее изменениях . Под численностью популяции понимают эффективную величину численности, т. е. число размножающихся животных , которое всегда меньше общего числа особей, составляющих популяцию

Численность популяции В соответствии с правилом максимума размера колебаний плотности популяционного населения Ю. Одума, Численность популяции В соответствии с правилом максимума размера колебаний плотности популяционного населения Ю. Одума, существую т определенные верхние и нижние пределы для размеров плотности (численности) популяции, которые соблюдаются в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длительного отрезка времени в условиях стабильности среды обитания.

Численность популяции К. Фридериксом (1927) была сформулирована теория биоценотической регуляции численности популяции: регулирование численности Численность популяции К. Фридериксом (1927) была сформулирована теория биоценотической регуляции численности популяции: регулирование численности популяции есть результат комплекса воздействий абиотической и биотической среды в местообитании вида

Численность популяций Размеры популяции возрастают в результате иммиграции из соседних популяций и (или) за Численность популяций Размеры популяции возрастают в результате иммиграции из соседних популяций и (или) за счет размножения особей. Общая численность и плотность населения популяций регулируется правилом максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей.

Численность популяции Максимальную рождаемость достигают в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы, и Численность популяции Максимальную рождаемость достигают в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы, и размножение ограничено лишь физиологическими особенностями вида. Обычно существует экологическая или реализуемая рождаемость, возникающая в обычных или специфических условиях среды. С другой стороны, размеры популяции уменьшаются в результате эмиграции и (или) смертности

Численность популяции Таким образом, ИЗМЕНЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ = = (РОЖДАЕМОСТЬ + ИММИГРАЦИЯ) (СМЕРТНОСТЬ + Численность популяции Таким образом, ИЗМЕНЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ = = (РОЖДАЕМОСТЬ + ИММИГРАЦИЯ) (СМЕРТНОСТЬ + ЭМИГРАЦИЯ)

Численность популяции Дл я стабильных популяций справедливо утверждение, что в них «рождаемость уравновешена смертностью» Численность популяции Дл я стабильных популяций справедливо утверждение, что в них «рождаемость уравновешена смертностью» . Один из основных факторов, влияющих на размеры популяции, — это процент особей, погибающих достижения половозрелого возраста

Структура популяции 1. Половая структура – соотношение полов в популяции Дл я роста численности Структура популяции 1. Половая структура – соотношение полов в популяции Дл я роста численности популяций большое значение имеет соотношение особей по полу. Генетический механизм обеспечивает примерно равное соотношение особей разного пола при рождении.

Структура популяции Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате различий физиологических, поведенческих и экологических Структура популяции Однако исходное соотношение вскоре нарушается в результате различий физиологических, поведенческих и экологических реакций самцов и самок, вызывающих неравномерную смертность

Структура популяции 2. Возрастная структура – соотношение особей по возрастным группам (пререпродуктивная, пострепродуктивная). Различают Структура популяции 2. Возрастная структура – соотношение особей по возрастным группам (пререпродуктивная, пострепродуктивная). Различают три типа возрастных пирамид: растущая (высокий уровень молодых), стабильная (умеренное соотношение молодых и старых), уменьшающаяся (низкий процент молодых).

Для графического анализа возрастной и половой структуры используются половозрастные пирамиды, имеющие вид столбиковой диаграммы Для графического анализа возрастной и половой структуры используются половозрастные пирамиды, имеющие вид столбиковой диаграммы

Структура популяции 3. Пространственная структура каждая популяция занимает пространство, обеспечивающее условия жизни дл я Структура популяции 3. Пространственная структура каждая популяция занимает пространство, обеспечивающее условия жизни дл я ограниченного числа особей.

 а) б) в) Основные типы распределения особей популяции по территории по Ю. Одуму а) б) в) Основные типы распределения особей популяции по территории по Ю. Одуму а) - случайное, встречается крайне редко б) - равномерное, бывает там, где между особями очень сильна конкуренция или существует антагонизм в) неравномерное (групповое) – наиболее распространенное распределение

Структура популяций Этологическая (поведенческая) структура популяций у животных обусловлена наличием внутрипопуляционных группировок, члены которых Структура популяций Этологическая (поведенческая) структура популяций у животных обусловлена наличием внутрипопуляционных группировок, члены которых непосредственно взаимодействуют между собой. Существует множество уровней агрегации особей: одиночные особи, семьи, колонии, стада, стаи.

Структура популяций Одиночные особи могут существовать ограниченное время; по крайней мере, в период размножения Структура популяций Одиночные особи могут существовать ограниченное время; по крайней мере, в период размножения неизбежно существование брачных пар и появление самок с потомством. Поэтому одиночный образ жизни периодически становится семейным. В состав семьи входят особи, связанные ближайшей степенью родства: родители и их непосредственные потомки. Существуют семьи с участием только одного из родителей (обычно, матери), двух родителей (моногамные), нескольких родителей (полигамные), с участием потомков из нескольких приплодов.

Структура популяции На уровне одиночных Охраняемая территория особей и семей отличается от индивидуального проявляется Структура популяции На уровне одиночных Охраняемая территория особей и семей отличается от индивидуального проявляется наличие участка тем, что ее владелец активно защищает свои владения. индивидуальных участков и охраняемых территорий. Индивидуальный участок – это часть территории (акватории), на которой особь проводит значительную часть времени.

 Колонии – групповые поселения оседлых животных. Выделяют постоянные колонии (например, у грызунов) и Колонии – групповые поселения оседлых животных. Выделяют постоянные колонии (например, у грызунов) и временные (например, у птиц в период размножения). Колония тли

Структура популяции Стада – более или менее постоянные объединения подвижных животных. Для стад характерно Структура популяции Стада – более или менее постоянные объединения подвижных животных. Для стад характерно наличие строгой иерархии – порядка соподчинения особей.

 Стая — временное объединение животных, проявляющих биологически полезную организованность действий (для защиты от Стая — временное объединение животных, проявляющих биологически полезную организованность действий (для защиты от врагов, добычи пищи , миграции и т. п. ). Наиболее широко стайность распространена среди рыб и птиц , хотя встречается и у млекопитающих (например, у собак).

Демографические показатели Численность- общее количество особей на выделяемой территории; Смертность – количество погибших в Демографические показатели Численность- общее количество особей на выделяемой территории; Смертность – количество погибших в популяции за единицу времени; Рождаемость – число особей, родившихся за единицу времени; Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью;

Демографические показатели Темп роста – средний прирост за единицу времени; Плотность популяции – среднее Демографические показатели Темп роста – средний прирост за единицу времени; Плотность популяции – среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого пространства. Обилие вида – число особей на единицу площади или объема Частота встречаемости – равномерность или неравномерность распределения вида Степень доминирования – отражает отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей; Выживаемость

Кривые выживания Кривая выживания представляет собой график зависимости от времени числа выживших на данный Кривые выживания Кривая выживания представляет собой график зависимости от времени числа выживших на данный момент особей для некоторой начальной группы новорожденных Число выживших особей / Исходное число х 100%

Кривые выживания: А — человек или крупные млекопитающие; Б — гидра или чернохвостый олень; Кривые выживания: А — человек или крупные млекопитающие; Б — гидра или чернохвостый олень; В — устрица или рыба Время Кривая А на рисунке соответствует почти идеальной ситуации, при которой главная причина гибели особи — старение. Такой график можно получить также для однолетней культуры, например пшеницы — почти все растения доживают до осени, а потом одновременно плодоносят и отмирают. Кривая Б соответствует ситуации, когда смертность особенно высока в ранний период жизни особей. Кривая в отражает не зависящую от возраста смертность, равную 50% для любого временного интервала. В этом случае гибель особей происходит в основном случайно еще до того, как станут Однако у большей части беспозвоночных и растений кривая выживания, хотя и соответствует в целом типу В, требует поправки на повышенную уязвимость неполовозрелых стадий, т. е. правая часть графика должна идти вниз более круто.

 Большинству животных и растений свойственно так называемое старение, т. е. постепенное снижение приспособленности Большинству животных и растений свойственно так называемое старение, т. е. постепенное снижение приспособленности после достижения половозрелого возраста. По мере старения вероятность гибели особи в очередной временной интервал постоянно возрастает. Непосредственные причины гибели могут быть разными, но ее основная причина — снижение устойчивости к внешним факторам, в частности болезням.

Динамика популяций Теоретически любая популяция способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют Динамика популяций Теоретически любая популяция способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды (ограниченность ресурсов, болезни, хищники и т. п. ). В таком гипотетическом случае скорость роста популяции будет зависеть только от величины биотического потенциала, свойственного каждому конкретному виду. Биотический потенциал отражает теоретически возможное число потомков от одной пары (или одной особи) за определенный промежуток времени, например за весь жизненный цикл или за год.

Динамика популяций У разных видов величина биотического потенциала резко различается. Например, у крупных млекопитающих Динамика популяций У разных видов величина биотического потенциала резко различается. Например, у крупных млекопитающих даже при самых благоприятных условиях численность может возрастать лишь в 1, 05— 1, 1 раза за год. У многих насекомых и ракообразных (тли, дафнии) численность за год увеличивается в 1010— 1030 раз, а у бактерий еще больше. Однако в этих случаях в идеальных условиях численность любой популяции за определенное время будет расти в геометрической прогрессии

Модели динамики популяций 1. J образная кривая. При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях Модели динамики популяций 1. J образная кривая. При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют максимальную рождаемость. Такой рост популяции начинается медленно и затем стремительно нарастает по экспоненте, то есть кривая роста популяции принимает J образный вид.

d. N/dt = r. N r – выраженная скорость роста численности популяции, связана с d. N/dt = r. N r – выраженная скорость роста численности популяции, связана с максимальной скоростью размножения; чем выше скорость размножения, тем выше r. r > 0, N ↑ экспоненциально (бум и крах популяции) r < 0, N ↓ экспоненциально (бум и крах популяции) размеры не стабилизируются

Модели динамики популяций 2. S образная кривая. При ограниченных ресурсах размеры популяции того или Модели динамики популяций 2. S образная кривая. При ограниченных ресурсах размеры популяции того или иного вида также ограничены, и смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Когда это случается, J образная кривая роста популяции начинает плавно изгибаться и принимает вид S образной кривой.

 d. N/dt = r. N · (K – N)/K K – максимальное число d. N/dt = r. N · (K – N)/K K – максимальное число организмов, которое может поддерживаться в данных условиях среды (емкость экосистемы); отражает влияние среды на снижение роста. N > K, скорость роста отрицательна N < K, скорость роста положительна N = K, скорость роста равна нулю – стабилизация популяции.

Кривые роста Экспоненциальный рост (J образная кривая) соответствует ситуации, при которой после начального адаптационного Кривые роста Экспоненциальный рост (J образная кривая) соответствует ситуации, при которой после начального адаптационного периода (лаг фазы) численность особей резко возрастает, но затем рост внезапно прекращается, когда начинает проявляться отсутствовавшее прежде сопротивление среды. Такой рост популяции называют независимым от плотности, поскольку он ничем не сдерживается до последнего момента, за которым следует массовая гибель особей

Кривые роста S-образные кривые роста численности свойственны популяциям многих микроорганизмов, растений и животных как Кривые роста S-образные кривые роста численности свойственны популяциям многих микроорганизмов, растений и животных как в лабораторных, так и в полевых условиях. Наглядным примером может служить рост бактерий на свежей культуральной среде S образный рост численности фитопланктона может наблюдаться весной в озерах и океанах. Он наблюдается также у насекомых (например, мучных хрущаков) и клешей, интродуцированных в новое местообитание с изобилием пищи и отсутствием хищников

Стратегии популяции Приспособления особей в популяции в конечном счете направлены на повышение вероятности выживания Стратегии популяции Приспособления особей в популяции в конечном счете направлены на повышение вероятности выживания и оставление потомства. Среди приспособлений выделяется комплекс, называемый экологической стратегией. Экологическая стратегия популяции — это ее общая характеристика роста и размножения. Сюда входят темпы роста ее особей, время достижения половозрелости, плодовитость, периодичность размножения и т. д.

Стратегии популяции Существует несколько классификаций стратегий популяций Стратегии популяции Существует несколько классификаций стратегий популяций

К стратегии и r стратегии популяций Виды, которые быстро размножаются со скоростью, не зависящей К стратегии и r стратегии популяций Виды, которые быстро размножаются со скоростью, не зависящей от плотности вида, называют r стратегами. Размеры r популяций не стабилизируются и в течение некоторого времени могут превышать поддерживающую ёмкость среды. Как правило, r стратеги имеют небольшие размеры и малую продолжительность жизни. Среди них много микроорганизмов, мелких насекомых и однолетних растений. Обычно r стратеги быстрее заселяют новые местообитания, однако через некоторое время их вытесняют более конкурентноспособные K стратеги.

Стратегии популяций K стратеги размножаются относительно медленно. Скорость их размножения зависит от плотности популяции. Стратегии популяций K стратеги размножаются относительно медленно. Скорость их размножения зависит от плотности популяции. Численность популяций K стратегов через некоторое время стабилизируется на определенном значении. Среди K стратегов обычно встречаются крупные и долгоживущие виды: деревья, крупные птицы и звери, человек.

Стратегии популяций К стратегия r стратегия Стратегии популяций К стратегия r стратегия

Стратегии популяций Согласно другой классификации все популяции можно подразделить на три основные категории: «популяции Стратегии популяций Согласно другой классификации все популяции можно подразделить на три основные категории: «популяции львы» (особи этих популяций отличаются силой, выносливостью, высокой конкурентоспособностью; такие популяции, как правило, занимают наилучшие места обитания, вытесняя оттуда всех остальных; например, популяции тигров, слонов, дуба и т. д. );

Стратегии популяций «популяции верблюды» (представители этих популяций отличаются выносливостью и способны существовать даже в Стратегии популяций «популяции верблюды» (представители этих популяций отличаются выносливостью и способны существовать даже в самых экстремальных условиях; к таким видам относятся кактусы, верблюды, многие виды, обитающие в приполярных широтах);

Стратегии популяций «популяции шакалы» (эти организмы нуждаются в оптимальных условиях среды обитания, но не Стратегии популяций «популяции шакалы» (эти организмы нуждаются в оптимальных условиях среды обитания, но не отличаются высокой конкурентоспособностью; поэтому они зачастую способны хорошо маскироваться; примером таких видов могут служить многие сорняки, к таким популяциям относятся также и культурные растения).

Взаимодействие популяций Любая популяция существует в окружении популяций других видов организмов и взаимодействует с Взаимодействие популяций Любая популяция существует в окружении популяций других видов организмов и взаимодействует с ними. К межвидовым (межпопуляционным) взаимодействиям относятся трофические, топические и информационно сигнальные связи. Обычно в первую очередь изучаются трофические отношения, связанные с потреблением пищи. Все многообразие межвидовых трофических взаимодействий можно разделить на несколько основных типов: конкуренция, симбиотические взаимодействия и взаимодействия «хищник– жертва» ( «паразит–хозяин» ).

Взаимодействие популяций Конкуренция возникает при взаимодействии популяций со сходным экологическим спектром, при наличии общих Взаимодействие популяций Конкуренция возникает при взаимодействии популяций со сходным экологическим спектром, при наличии общих доступных ресурсов. Существует множество типов конкуренции. Прямая (интерференционная) конкуренция возникает при непосредственном контакте конкурирующих организмов. Косвенная (эксплуатационная) конкуренция возникает в результате уменьшения объема доступного ресурса. В сообществах конкурентные отношения существуют одновременно между несколькими видами. Тогда возникает диффузная конкуренция, то есть, конкуренция, обусловленная влиянием на популяцию всех видов, входящих в состав сообщества.

Взаимодействие популяций Симбиотические взаимодействия К симбиотическим межвидовым взаимодействиям в узком смысле слова относятся : Взаимодействие популяций Симбиотические взаимодействия К симбиотическим межвидовым взаимодействиям в узком смысле слова относятся : мутуализм (облигатные взаимодействия ++), протокооперация (факультативные взаимодействия ++) и комменсализм (взаимодействия +0). В широком смысле к симбиотическим связям могут относиться и более сложные взаимодействия, например, реципрокный (взаимный) паразитизм.

Симбиотические взаимодействия Мутуализм – это форма симбиоза, при которой два разных организма получают преимущество Симбиотические взаимодействия Мутуализм – это форма симбиоза, при которой два разных организма получают преимущество от совместного существования – такой тип взаимодействий называется реципрокным. Мутуализм относится к облигатным (обязательным) взаимодействиям, поскольку ни один из пары организмов не может существовать без партнера. Примерами трофического мутуализма служат взаимоотношения между термитами и обитающими в их кишечнике многожгутиковыми простейшими, между жвачными парнокопытными и обитающими в их желудке инфузориями.

Симбиотические взаимодействия Протокооперация относится к факультативным (необязательным) взаимодействиям, поскольку оба партнера могут существовать друг Симбиотические взаимодействия Протокооперация относится к факультативным (необязательным) взаимодействиям, поскольку оба партнера могут существовать друг без друга. Примерами протокооперации служат: симбиоз между человеком и обитающими в его кишечнике непатогенными бактериями, наличие сходной предостерегающей окраски у разных защищенных видов насекомых, например, черно желто полосатая окраска тела ос, пчел и шмелей (мюллеровская мимикрия).

Симбиотические взаимодействия Комменсализм – форма взаимодействий, при которой организм–комменсал использует организм хозяина как местообитание, Симбиотические взаимодействия Комменсализм – форма взаимодействий, при которой организм–комменсал использует организм хозяина как местообитание, но не вступает с ним в тесные метаболические взаимодействия. Как правило, комменсал получает выгоду от сотрудничества, а вид–хозяин при этом не страдает.

Примеры комменсализма: – комменсал обитает в жилище хозяина (например, некоторые черви–нереиды поселяются в раковинах, Примеры комменсализма: – комменсал обитает в жилище хозяина (например, некоторые черви–нереиды поселяются в раковинах, занятых раками отшельниками); – комменсал находит у хозяина защиту от других организмов (например, мелкие рыбы находят защиту между щупальцами кишечнополостных); – комменсал использует остатки пищи, которой питается хозяин, или пищу, которая сопутствует хозяину (например, многие птицы питаются насекомыми, которых вспугивают пасущиеся копытные).

Взаимодействие популяций Отношения «хищник–жертва» ( «продуцент–консумент» ) Этот тип межвидовых взаимодействий отличается асимметрией. Популяция Взаимодействие популяций Отношения «хищник–жертва» ( «продуцент–консумент» ) Этот тип межвидовых взаимодействий отличается асимметрией. Популяция жертвы может существовать без популяции хищника, но популяция хищника не может существовать без популяции жертвы. Увеличение численности жертвы расширяет ресурсную базу хищника, а увеличение численности хищника является элиминирующим фактором для жертвы.

Взаимодействие популяций Поэтому взаимодействие «хищник– жертва» носит периодический характер и описывается системой уравнений Лотки–Вольтерра, Взаимодействие популяций Поэтому взаимодействие «хищник– жертва» носит периодический характер и описывается системой уравнений Лотки–Вольтерра, в которые вводятся константы хищничества. Устойчивость системы «хищник–жертва» основана на системе обратных связей.

Положительные обратные связи означают, что при увеличении численности жертвы возрастает численность хищника, а при Положительные обратные связи означают, что при увеличении численности жертвы возрастает численность хищника, а при уменьшении численности жертвы численность хищника уменьшается. Отрицательные обратные связи означают, что при увеличении численности хищника численность жертвы уменьшается, а при уменьшении численности хищника численность жертвы увеличивается. При наличии специализированных хищников связь между популяцией жертвы и популяцией хищника оказывается более тесной. Если же хищник менее специализирован (полифаг), то взаимозависимость между популяциями выражена слабее.

Отношения «паразит–хозяин» Паразитизм – это форма взаимоотношений, при которой организм–паразит использует хозяина и как Отношения «паразит–хозяин» Паразитизм – это форма взаимоотношений, при которой организм–паразит использует хозяина и как местообитание, и как источник пищи. При истинном паразитизме метаболические системы паразита и хозяина неразрывно связаны.

Отношения «паразит–хозяин» Различают следующие виды паразитизма: а) экзопаразитизм и эндопаразитизм – в первом случае Отношения «паразит–хозяин» Различают следующие виды паразитизма: а) экзопаразитизм и эндопаразитизм – в первом случае паразит находится на поверхности тела хозяина, во втором случае – внутри тела хозяина; б) облигатный и факультативный – в первом случае паразит не может существовать без хозяина, во втором случае – способен и к самостоятельному существованию (например, используя трупы хозяев или отходы их жизнедеятельности); в) временный и стационарный – в первом случае паразит нападает на хозяина только для питания, во втором случае – проводит на хозяине большую часть жизни.

При паразитизме во многих случаях наблюдается смена хозяев. Разным стадиям жизненного цикла паразитов часто При паразитизме во многих случаях наблюдается смена хозяев. Разным стадиям жизненного цикла паразитов часто соответствуют разные (обычно строго определенные) хозяева. Численность популяций при взаимодействиях «паразит–хозяин» также регулируется системой обратных связей. Но в отличие от хищников паразиты любого типа оказывают меньшее влияние на численность эксплуатируемой популяции, но зато сами паразиты вследствие специализации гораздо сильнее зависят от эксплуатируемой популяции, чем хищник от жертвы. Поэтому амплитуда колебаний численности паразита более тесно связана с амплитудой колебаний численности хозяина, но фазовый сдвиг значительно меньше, чем в системе «хищник–жертва» .

Благодарю за внимание! Благодарю за внимание!