Чисельність і густота популяцій.
Сукупність особин різного віку визначає чисельність популяції.
Визначення чисельностіпопуляції має важливе значення для природного чи спрямованого репродукування (відтворення) організмів. Для цього потрібні дані про вплив факторів довкілля на розмноження і виживання організмів даного виду, забезпеченість ресурсами, тощо.
У природних умовах існує така кількість особин у популяціях, яка найбільшою мірою відповідає потребам відтворення. В одних популяціях може бути сотня організмів, в інших – десятки тисяч. Це залежить як від природних біологічних особливостей виду, так і від факторів середовища. Дані про кількість організмів у популяціях, звичайно, є орієнтовними, тому що чисельність деяких організмів важко піддається підрахункам, тому знання закономірностей відтворення чисельності популяцій є вкрай важливою для їх вивчення та використання. Популяції, чисельність яких є незначною, більш екологічно вразливі.
Для порівняння чисельності популяцій або характеристики змін усередині них протягом певного проміжку часу, використовують показник густоти популяції, під якою розуміють кількість особин популяції на певній ділянці території: для великих тварин це кількість особин на 20000 га, для ґрунтових безхребетних – на 1 м2. Цей показник є особливо важливим тоді, коли неможливо зробити перелік особин популяції або коли межі ареалу популяції визначені не чітко.
Густота популяції може зумовлюватись біотичними та абіотичними факторами. Густота популяції може зменшуватись чи збільшуватись, а динаміка цих процесів відображає складні взаємозв'язки між різними групами організмів, оскільки вони є біотичними факторами відносно один одного. Наприклад, птахи, що живляться рибою, будують гнізда і відкладають яйця так, щоб період вигодовування пташенят збігався з періодом максимальної екологічної густоти популяції виду риби, якою вони живляться.
Густота популяції залежить також від абіотичних факторів. Розрізняють максимальну й мінімальну густоту популяції. Максимальною є густота, більшу за яку природне середовище вже не може підтримувати, а мінімальною - найменша кількість особин на одиницю площі, за якої відтворення популяції ще можливе. Для кожного виду існують оптимальні межі густоти його популяції.
Чисельність популяції не буває сталою, а варіює в певних межах.
У природних умовах організми не можуть розмножуватись безмежно. Як правило, фактична чисельність нащадків набагато менша за потенційно можливу. Взаємозв'язок між організмами і факторами середовища визначає чисельність організмів в популяції у той чи інший момент часу як рівнодійну усіх факторів середовища. Динаміка популяцій відображає відповідність вимог особин популяції реальним умовам. Особливе значення має стан популяцій тих організмів, які є або джерелом живлення (жертвою), або місцем існування для інших.
Серед поширених екологічних явищ, які впливають на чисельність природних популяцій, важливу роль відіграють:
· народжуваність;
· смертність;
· міграції;
· характер розподілу особин у просторі;
· екологічні фактори.
Народжуваність і смертність є основними показниками динаміки популяцій і за їх співвідношенням говорять про баланс популяцій чи приріст популяції. Останній є додатнім (при кількісному переважанні народжуваності над смертністю особин ) та від’ємним (при кількісному переважанні сертності на народжуваністю). Коли приріст довгий час від’ємний / негативний, то це може стати причиною загибелі популяції.
Народжуваність характеризується кількістю особин, що з'являються в популяції за одиницю часу. Вона залежить від багатьох факторів, серед яких найважливішим є кількість особин здатних до відтворення, що залежить від співвідношення статево-вікових груп. Проте народжуваність не є прямою пропорцією плодючості, оскільки остання залежить від ступеня турботи батьків про нащадків в даній популяції.
Для кожної вікової групи характерні свої показники народжуваності та смертності.
Кожен організм, за деякими винятками, здатний відтворювати собі подібних. Зростання чисельності будь-якої популяції теоретично може бути необмеженим за умови, коли на організми не діють лімітуючі фактори довкілля, проте такі умови в природі не зустрічаються. Тому виділяють народжуваність:
Ø абсолютну чи фізіологічну (виду цей показник характеризує теоретичний максимум чисельності нащадків від однієї пари (наприклад, одна пара горобців з врахування плодючості нащадків теоретично за 10 років могла б дати близько 276 млрд. особин) або однієї особини за одиницю часу чи весь життєвий цикл.)
Ø специфічну чи реалізовану (внаслідок дії на природну здатність до відтворення екологічних факторів).
Смертність – число загиблих особин популяції протягом певного періоду часу. Також залежить від багатьох факторів, наприклад, несприятливі умови середовища, наявність хижаків, паразитів, поширення хвороб, тощо. Виділяють фізіологічну та реалізовану смертність. Життя завжди має певні межі і в кожного виду організмів вони свої: слонова черепаха живе понад 150 років, мала жаба – до 20 років, земляний черв'як – до 10 років, тощо.
На основі характеристики смертності особин популяції на різних етапах розвитку можна робити висновки про ступінь розвитку турботи батьків про нащадків та інших захисних функцій особин популяції. В тих випадках, коли турбота про нащадків відсутня це компенсується надзвичайно великою плодючістю.
У природі величина показника смертності впродовж життя у різних видів може коливатись, проте найбільш поширеними є 3 варіанти її зміни. Є види, в яких особини доживають до біологічно граничного віку, а потім протягом короткого часу вмирають (великі ссавці з високою здатністю молодняку до виживання через особливо розвинуту турботу батьків про нащадків, проте, плодючість особин цих видів є невисокою). Для більшості природних видів характерним є надто висока смертність на ранніх стадіях життя (турбота батьків про нащадків не розвинута і молодняк самостійно виживає в природних умовах). Остання група видів, в яких смертність практично не змінюється з віком і є відносно сталою протягом усього життя популяції (не характерний для природних умов, а тільки для штучних, наприклад, акваріумні рибки, тощо).
Всяке значне відхилення чисельності особин у популяції від оптимальної пов'язано з негативними наслідками для її існування. Середня чисельність більш великих популяцій щорічно змінюється відносно мало. Існує визначена закономірність: невеликі популяції зростають швидко, більш великі - повільніше, а у найбільших ріст припиняється. Деякі популяції самообмежують ріст у міру збільшення щільності. При виході щільності за межі ємності середовища життєвий простір і харчові ресурси стають лімітуючими факторами. Коли життєвий простір виявиться цілком заселеним і запаси енергії (їжі) вичерпаються, популяція різко знижує свою чисельність.
Регулювання чисельності популяції підкоряється адаптаційним механізмам, тобто адаптаційні механізми сприяють як зниженню чисельності популяції, так і збільшенню, у залежності від обставин, зокрема через біотичні фактори.
Біотичні фактори називають регулюючими. Вони "працюють" за принципом негативного зворотного зв'язку, тобто, чим більше чисельність, тим сильніше спрацьовують механізми на зниження, і, навпаки – при низькійчисельності сила цих механізмів слабшає. При цьому створюються умови для більш повної реалізації біотичного потенціалу.
Регулюючі чинники формують популяційний гомеостаз.Він забезпечує підтримку чисельності у визначених межах значень. Регулюючі фактори ніколи не доводять чисельність популяцій до нульових значень, тому що сила їх дії зменшується зі зменшенням чисельності популяцій. Регулюючі фактори діють на рівні міжвидових і внутрішньовидових взаємовідносин організмів.
Міжвидові механізми гомеостазу– це взаємовідносини «хижак – жертва», «паразит – хазяїн», конкуренція.
Внутрішньовидовий або внутрішньо-популяційний гомеостазреалізується через конкуренцію. Вона виявляється в жорстких і пом'якшених формах.
Жорсткі формизакінчуються загибеллю частини особин. Приклад тваринного світу – канібалізм. Такі явища характерні в основному для хижаків.
Пом'якшені форми внутрішньовидової конкуренціївиявляються через ослаблення частини особин, які виключаються з процесу розмноження. До механізмів внутрішньо-популяційного гомеостазу відносяться фактори, які пригнічують особин:
· виділення в зовнішнє середовище.Здійснюють тварини і рослини. Відбувається гноблення росту молодняка дорослими особинами шляхом виділення, наприклад, коренями дерев особливих хімічних сполук;
· розмежування території чітко виражена у тваринному світі. Це різні способи охорони територій, які займаються. Наприклад, спів птахів – це сигнал про зайнятість території в період розмноження;
· стресові явищавиникають при високій скупченості особин у популяціях. При стресах частина особин знижує або втрачає взагалі репродуктивні функції;
· міграціївиявляються в двох видах. Перший вид міграції – це масовий вихід особин із популяцій при перенаселеності, що називають навалою. Приклад: лемінги, білки, сарана. Другий вид міграції – поступовий відхід частини особин в інші популяції з меншою щільністю населення.
Міграції можуть бути в межах ареалу популяції (інвазії) або за його межами.
З екологічної точки зору всі міграції доцільно поділяти на:
Ø періодичні,
Ø неперіодичні.
До періодичних відносять наприклад, осінні та весняні перельоти птахів. Сезонні міграції можуть відбуватись і в грунтах, при яких мешканці грунтів, в залежності від температури довкілля переміщуються на різні глибини: влітку до поверхні грунту, а взимку – вглиб його.
Неперіодичні міграції виникають внаслідок різного роду катастроф. Але найчастіше причиною неперіодичних міграцій диких тварин може бути зміна факторів довкілля або збіг несприятливих обставин, за яких збільшується густота популяції і тварини змушені переселятись в інші місця.
Існують і міграції, причини яких не мають задовільного пояснення. Наприклад, періодична поява, один раз в 2- 4 роки, в тундрі значної кількості норвезьких лемінгів (гризунів). Вони мігрують у західному напрямку, перетинаючи всі перешкоди на своєму шляху, при подоланні яких гине понад 80% особин і, після досягнення Атлантичного океану, починається зворотна міграція тварин. (Існує повір'я, що лемінги шукають зниклий материк – Атлантиду.)
Інколи в нових умовах популяція знаходить винятково сприятливі для свого існування і розвитку умови, і тоді розмноження виду може набувати характеру катастрофи, наприклад, періодичні навали сарани на Півдні США, тощо.