Скачать презентацию ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ Уровни организации жизни Ценотический Надорганизменный Скачать презентацию ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ Уровни организации жизни Ценотический Надорганизменный

Презентация 5. Экология популяций.ppt

  • Количество слайдов: 52

ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ

Уровни организации жизни Ценотический Надорганизменный Популяционный Организменный Клеточный Суборганизменный Молекулярный Уровни организации жизни Ценотический Надорганизменный Популяционный Организменный Клеточный Суборганизменный Молекулярный

С. С. Четвериков (1903) правило объединения в популяции. Индивиды любого живого вида всегда представлены С. С. Четвериков (1903) правило объединения в популяции. Индивиды любого живого вида всегда представлены не изолированными отдельностями, а их определенным образом организованными совокупностями. Иогансен 1903 г. «популяция» «естественная смесь особей одного и того же вида, неоднородная в генетическом отношении» .

Популяция - совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих Популяция - совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию (ареал).

Вид и популяция Центр происхождения Популяционная структура вида Parus major Вид и популяция Центр происхождения Популяционная структура вида Parus major

Популяция – форма существования вида, элементарная единица его эволюционного преобразования Генетико-эволюционный ряд Функциональный и Популяция – форма существования вида, элементарная единица его эволюционного преобразования Генетико-эволюционный ряд Функциональный и таксономический аспекты популяции Биосфера Царство Вид Популяция Биоценоз Биогеоценоз (экосистема) Функционально-энергетический ряд Организм Популяция – функциональная единица биоценоза

Популяция, как биологическая единица, обладает определенной структурой и функцией. Структура популяции характеризуется составляющими ее Популяция, как биологическая единица, обладает определенной структурой и функцией. Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве.

Специфические свойства популяционного уровня Характеристики популяции Неспецифические – усреднение характеристик особей (среднестатистическая особь) Специфические Специфические свойства популяционного уровня Характеристики популяции Неспецифические – усреднение характеристик особей (среднестатистическая особь) Специфические – новые характеристики, появляющиеся только на популяционном уровне Численность – общее количество особей в популяции Рождаемость – число новых особей за единицу времени Смертность – число погибших за единицу времени Прирост – разница между рождаемостью и смертностью Структура популяции (пространственная, демографическая и т. п. )

Структура популяции Генетическая структура – соотношение различных генов в популяции Морфологическая структура – соотношение Структура популяции Генетическая структура – соотношение различных генов в популяции Морфологическая структура – соотношение морфотипов Пространственная структура – распределение особей в пространстве Возрастная структура – соотношение особей разного возраста Половая структура – соотношение полов Этологическая структура – система взаимоотношений между особями

Пространственные подразделения популяции Величина ареала популяции определяется в значительной мере степенью подвижности особей или Пространственные подразделения популяции Величина ареала популяции определяется в значительной мере степенью подвижности особей или радиусом индивидуальной активности

Степень обособленности популяций Четко обособленные Аллопатрические Перемешивающиеся За счет географических барьеров Небольшое число крупных Степень обособленности популяций Четко обособленные Аллопатрические Перемешивающиеся За счет географических барьеров Небольшое число крупных популяций Множество мелких популяций За счет миграций

Мигрирующие популяции Пролет североамерикан ских полярных крачек на зимовки – более 10000 км Границы Мигрирующие популяции Пролет североамерикан ских полярных крачек на зимовки – более 10000 км Границы мигрирующих популяций определяются этологическими механизмами

Ленточные популяции болотного молочая в Средней Европе Ленточные популяции болотного молочая в Средней Европе

Пространственные подразделения популяции Во многих случаях трофический ареал не совпадает с репродукционным Раздробление вида Пространственные подразделения популяции Во многих случаях трофический ареал не совпадает с репродукционным Раздробление вида на множество мелких территориальных группировок носит приспособительный характер к большому разнообразию местных условий, что увеличивает генетическое многообразие вида и обогащает его генофонд.

Пространственная структура Характер размещения особей в пространстве определяет: - эффективность использования ресурсов; - уровень Пространственная структура Характер размещения особей в пространстве определяет: - эффективность использования ресурсов; - уровень внутривидовой конкуренции; - вероятность внутрипопуляционных контактов (размножение). Равномерная Случайная Агрегированная

Численность и плотность популяций Численность популяции – это общее количество особей на данной территории Численность и плотность популяций Численность популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме, зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема.

Рождаемость это способность популяции к увеличению численности, характеризует частоту появления новых особей в популяции Рождаемость это способность популяции к увеличению численности, характеризует частоту появления новых особей в популяции Абсолютная рождаемость - число новых особей, появляющихся в популяции за единицу времени. Удельная рождаемость – средний прирост численности на особь за единицу времени. Факторы, влияющие на рождаемость: 1. Доля особей, способных к размножению - половая структура - возрастная структура 2. Особенности жизненного цикла - моноцикличные – полицикличные - монокарпические – поликарпические

Две альтернативы Репродуктивное усилие Высокое репродуктивное усилие Низкая рождаемость Высокая рождаемость Низкая смертность потомства Две альтернативы Репродуктивное усилие Высокое репродуктивное усилие Низкая рождаемость Высокая рождаемость Низкая смертность потомства Высокая смертность потомства

Смертность Абсолютная смертность - число особей, умерших за единицу времени. Удельная рождаемость – средняя Смертность Абсолютная смертность - число особей, умерших за единицу времени. Удельная рождаемость – средняя доля особей, умерших за единицу времени. Факторы, влияющие на смертность: 1. Генетическая и физиологическая полноценность особей 2. Влияние неблагоприятных условий среды 3. Биотические взаимодействия (хищники, паразиты, аменсалы) Зависят от стадии онтогенеза!

Кривые выживания Доля оставшихся в живых 1000 10 1 0 50 Относительный возраст 100 Кривые выживания Доля оставшихся в живых 1000 10 1 0 50 Относительный возраст 100

Возрастная структура Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей На их соотношение Возрастная структура Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей На их соотношение влияют: • общая продолжительность жизни • время достижения половой зрелости • интенсивность размножения особенности, вырабатываемые в процессе эволюции, как приспособления к определенным условиям.

Возрастная структура По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: пререпродуктивный, пострепродуктивный. правило Возрастная структура По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: пререпродуктивный, пострепродуктивный. правило стабильности возрастной структуры сформулировано А. Лоткой в 1925 году любая естественная популяция стремится к стабильной возрастной структуре, четкому количественному распределению особей по возрастам.

Возрастные группы Типы возрастных структур Растущая Стабильная Сокращается Доля особей данной возрастной группы Если Возрастные группы Типы возрастных структур Растущая Стабильная Сокращается Доля особей данной возрастной группы Если основание пирамиды широкое, это означает, что рождаемость превышает смертность и численность растет. (1) Если же особей младших возрастных групп меньше, чем более старых, то численность будет сокращаться (3).

Возрастные пирамиды. Три типа возрастных пирамид, характеризующих популяции с высокой (1), умеренной (2) и Возрастные пирамиды. Три типа возрастных пирамид, характеризующих популяции с высокой (1), умеренной (2) и малой (3) численностью (в %) молодых особей (по Ю. Одуму, 1986). 1 2 3

Возрастная структура населения различных стран Швеция ♂ Мексика ♀ ♂ ♀ США ♂ ♀ Возрастная структура населения различных стран Швеция ♂ Мексика ♀ ♂ ♀ США ♂ ♀

Скорость роста населения в мире Скорость роста населения в мире

Половой состав популяции Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении Половой состав популяции Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1: 1 - это первичное соотношение нередко отличается от вторичного (при рождении) и третичного (для взрослых особей). У человека вторичное соотношение 100 девочек на 106 мальчиков, к 16 -18 годам выравнивается и к 50 годам составляет 100 к 85, а к 80 годам -100 к 50.

Половая структура – соотношение полов ♂ 1. Морфологическая дифференциация 2. Внитривидовой паразитизм дегенерация самцов Половая структура – соотношение полов ♂ 1. Морфологическая дифференциация 2. Внитривидовой паразитизм дегенерация самцов 1903 г. ♀ ♀ ♀ ♂ ♂ Серебряная вдова Latrodectus mactans 3. Самец и самка занимают разные экологические ниши Павлин – отбор на неадаптивные признаки Морской черт Linophryne macrodon ♂ ♀ Комары родов Aedes, Culex Самки - кровососущие Самцы - фитофаги

Этологическая структура Порядок стаи павианов Походный При нападении леопарда Этологическая структура Порядок стаи павианов Походный При нападении леопарда

Этологическая структура популяций социальных насекомых Каста Функция Скрещивается с несколькими трутнями, и хранит сперму Этологическая структура популяций социальных насекомых Каста Функция Скрещивается с несколькими трутнями, и хранит сперму в течение Королева двух лет. По мере необходимости оплодотворяется ей и откладывает яйца Самцы. Не работают. Единственная функция – скрещиваться с королевой. Трутень Рабочий Самки. Основные функции – сбор нектара, строительство сот и уход за яйцами, кормление трутней.

Колониальность. Популяции как единый организм Проявляется на всех уровнях эволюционного развития Адаптации на уровне Колониальность. Популяции как единый организм Проявляется на всех уровнях эволюционного развития Адаптации на уровне популяций! Колонии миксобактерий: сложная многоклеточная структура, взаимный таксис Volvox: агрегация до уровня органимоподобной колонии Колонии ластоногих – сложная этологическая структура

структурированность – непременная черта любой популяции Любое усложнение экологической структуры популяции является адаптацией, позволяет структурированность – непременная черта любой популяции Любое усложнение экологической структуры популяции является адаптацией, позволяет более дифференцированно использовать природную среду

Динамика популяций Динамика популяций

Поддерживающая емкость или кормовая продуктивность среды Чем выше поддерживающая емкость (К), тем больше максимальный Поддерживающая емкость или кормовая продуктивность среды Чем выше поддерживающая емкость (К), тем больше максимальный размер популяции, который может существовать неопределенно долгое время в данном местообитании Дальнейшему росту популяции будут препятствовать один или несколько лимитирующих факторов

Динамика популяций принцип минимального размера популяций в связи с тем, что любая популяция обладает Динамика популяций принцип минимального размера популяций в связи с тем, что любая популяция обладает строго определенной генетической, фенотипической, половозрастной и другой структурой, она не может состоять из меньшего числа индивидов, чем необходимо для обеспечения стабильной реализации этой структуры и устойчивости популяции к факторам внешней среды.

Экспоненциальный рост Размножение удвоением через равные промежутки времени Время (t) 1 Число особей (N) Экспоненциальный рост Размножение удвоением через равные промежутки времени Время (t) 1 Число особей (N) Особь ΔN 1 2 2 1 3 4 2 4 8 4 5 16 8 6 32 16

Экспоненциальный рост Число особей, появившихся в единицу времени постоянно N ln N 0 tgα Экспоненциальный рост Число особей, появившихся в единицу времени постоянно N ln N 0 tgα = r N 0 t t

примеры экспоненциального роста популяции в Австралии Кролики, завезены в 1859 г. Белая улитка (Theba примеры экспоненциального роста популяции в Австралии Кролики, завезены в 1859 г. Белая улитка (Theba pisana) Кактусы рода Opuntia Кудзу (Pueraria lobata)

Примеры экспоненциального роста саранча Schistocerca gregaria Примеры экспоненциального роста саранча Schistocerca gregaria

Примеры экспоненциального роста Рост численности человечества 7000 Миллионы человек 6000 5000 4000 3000 2000 Примеры экспоненциального роста Рост численности человечества 7000 Миллионы человек 6000 5000 4000 3000 2000 10000 8000 6000 4000 2000 до н. э. 2000 н. э.

Логистический рост Емкость среды (K) – максимально возможная численность популяции в данном местообитании Численность, Логистический рост Емкость среды (K) – максимально возможная численность популяции в данном местообитании Численность, (N) K N 0 Время (t)

800 Лабораторная культура дрожжей 600 400 200 Поголовье, тыс. Число клеток, млн/мл Примеры логистического 800 Лабораторная культура дрожжей 600 400 200 Поголовье, тыс. Число клеток, млн/мл Примеры логистического роста 2000 1600 1200 400 0182218261830183418381842 Годы Северный олень на Кольском п-ве 8000 4000 0 192619301934193819421946 Годы 30 Число особей Поголовье 800 0 2 4 6 8 10121416182022 Часы 12000 Поголовье овец на о. Тасмания Волк на о. Ройал, оз. Верхнее, США 20 10 0 1952 1956 1960 1964 Годы

Внутренние процессы в изменяющейся популяции N = N 0 + Nрод - Nум + Внутренние процессы в изменяющейся популяции N = N 0 + Nрод - Nум + Nэмигр - Nиммигр N – число особей в популяции N 0 – начальное число особей Nрод – число родившихся Nум – число умерших Nэмигр – число эмигрировавших Nиммигр – число иммигрировавших Скорость роста = рождаемость – смертность + скорость эмиграции – скорость иммиграции

Гомеостаз популяции Поддержание определенной численности или равновесное состояние получило название гомеостаза популяций. Сопротивление среды Гомеостаз популяции Поддержание определенной численности или равновесное состояние получило название гомеостаза популяций. Сопротивление среды сочетание абиотических и биотических лимитирующих факторов Биотический потенциал - совокупность всех факторов, способствующих увеличению численности популяции

Гомеостаз популяции Рост, снижение или постоянство численности популяции зависит от соотношения между биотическим потенциалом Гомеостаз популяции Рост, снижение или постоянство численности популяции зависит от соотношения между биотическим потенциалом (прибавлением особей) и сопротивлением среды (гибелью особей).

Механизмы гомеостаза Микроорганизмы Аутоингибирование метаболитами Растения Самоизреживание Животные Поведенческие механизмы C 2 H 5 Механизмы гомеостаза Микроорганизмы Аутоингибирование метаболитами Растения Самоизреживание Животные Поведенческие механизмы C 2 H 5 OH

Регуляция численности в популяциях лемминга сибирского: эндокринные механизмы Численность леммингов на 1 га В Регуляция численности в популяциях лемминга сибирского: эндокринные механизмы Численность леммингов на 1 га В период пиков численности происходят гормональные перестройки: 1. Деструктивные изменения в яичниках самок снижение рождаемости 2. Избыточная активность и агрессивность увеличение смертности Низкая численность – скрытное поведение 200 100 0 1950 1960 1970 1980 Годы 1990 2000 Высокая численность – агрессивное поведение

Изменение популяции какого-либо вида – это результат нарушения равновесия между ее биотическим потенциалом и Изменение популяции какого-либо вида – это результат нарушения равновесия между ее биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей среды. Данное равновесие называют динамическим или непрерывно регулирующимся, т. к. факторы сопротивления среды редко остаются неизменными в течение длительного времени.

Подобные циклические колебания обычно продолжаются неопределенно долго. Это объясняет обобщающее правило максимума размера колебаний Подобные циклические колебания обычно продолжаются неопределенно долго. Это объясняет обобщающее правило максимума размера колебаний плотности популяционного населения. «Существуют определенные верхние и нижние пределы для средних размеров популяций, которые соблюдаются в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длительного отрезка времени» .

Правило максимума размера колебаний плотности популяций можно назвать законом количественной константности популяционного населения Отклонение Правило максимума размера колебаний плотности популяций можно назвать законом количественной константности популяционного населения Отклонение от этого закона или правила свидетельствует о неблагополучной ситуации, является биоиндикатором разлада в экосистеме.

Популяции - заключение 1. Популяция - группа сходных особей (одного вида) в определенном пространстве Популяции - заключение 1. Популяция - группа сходных особей (одного вида) в определенном пространстве 2. Популяция – особый уровень организации жизни. Два аспекта: - эволюционно-таксономический (совокупность популяций – вид), - функциональный (элементарная единица биоценоза). 3. Разные популяции – отличаются по структуре (численность, пространственная, половая, возрастная, этологическая). 4. Изменение популяций во времени - можно описать простыми уравнениями (экспоненциальный и логистический рост) 6. Существуют механизмы саморегуляции популяций (гомеостаз).

спасибо за внимание спасибо за внимание