*§ 38—1. Пространственная и половая структуры популяций
- Вспомните, какие свойства характеризуют популяции как структурные единицы вида, какое значение они имеют для прогнозирования будущего существования популяций.
- Как вы думаете? Достаточно ли знать только свойства популяций, чтобы прогнозировать их дальнейшее изменение численности? Почему экологию популяций нельзя свести к экологии особей?
- Вы узнаете об особенностях пространственной и половой структур популяций, о типах половой структуры и ее роли в формировании численности популяций.
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | *§ 38—1. Пространственная и половая структуры популяций |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Воскресенье, 1 Июнь 2025, 17:08 |
Структура популяции
Структура популяции — это соотношение особей по какому-либо признаку или по характеру их распределения в среде обитания. Различают пространственную, половую, возрастную и этологическую (поведенческую) структуры популяций. Рассмотрим особенности пространственной и половой структур популяций.
Пространственная структура
Пространственная структура — это характер распределения особей популяций на занимаемой территории. В природе популяциям свойственны три типа пространственного распределения особей: случайное, равномерное, групповое. Они формируются в зависимости от степени неоднородности среды обитания, биологических особенностей вида и поведения особей.
Случайное распределение отмечается тогда, когда в распределении особей в пределах популяционного ареала нельзя установить какой-либо четкой закономерности. Оно наблюдается, если среда обитания достаточно благоприятна и однородна по экологическим условиям. При этом плотность популяции невелика, и биологические особенности вида не позволяют особям образовывать группы. Например, у планарии белой, гидры, пауков, двустворчатых моллюсков, мелких животных степей и пустынь отмечается случайное распределение. Такой тип распределения наблюдается у популяций в начальный период расселения. Это могут быть всходы пионерных видов растений — ивы, лиственницы — на нарушенных территориях (полигоны, карьеры); популяции животных, у которых социальная связь выражена слабо; насекомые-вредители в посевах сельскохозяйственных растений. Так на первых порах распределяется тля на поле.
Равномерное распределение наблюдается, когда на каждом из участков популяционного ареала приблизительно равной площади обитает более-менее одинаковое количество особей. Оно наблюдается у видов, жестко конкурирующих за пищевые ресурсы и территорию. Тенденция к равномерному распределению особей у некоторых животных может быть обусловлена мечением и охраной мест обитания. В природе равномерное распределение встречается довольно редко. Например, кустарники в пустыне, конкурируя за влагу, распределены довольно равномерно. Поддерживают между собой определенную дистанцию некоторые виды хищных рыб, птиц и млекопитающих, охраняющих свои кормовые территории. Такой тип распределения отмечают у колюшек с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером.
Групповое распределение наиболее распространено в природе. Неоднородность среды, ограниченность мест обитания, биологические особенности вида, способы размножения могут приводить к объединению особей в постоянные или временные группы. Групповое распределение у растений обусловлено их способами размножения и распространения семян и плодов. Например, некоторые растения образуют крупные, тяжелые плоды (орех лещины, желудь дуба), которые падают рядом с деревом и тут же прорастают, образуя группы. При вегетативном размножении корневищами у растений также формируются группы (пырей ползучий, ландыш майский, клевер ползучий).
У многих млекопитающих и птиц наблюдается социальное поведение, которое приводит к образованию групп с социальной иерархией (стаи, стада, колонии, табуны, семьи, гаремы).
Групповое распределение обеспечивает популяциям более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью. Выживаемость особей в группе повышается благодаря лучшим возможностям для защиты от врагов, обнаружения корма, противостояния неблагоприятным факторам среды, формирования микроклимата. Например, стае волков легче охотиться, а табуну лошадей — защищаться от волков. Стае скворцов проще спастись от ястреба, косяку мелких рыб — от крупных хищных рыб. Пингвины в колонии, образуя плотное скопление и постоянно меняясь местами, легче переносят холод. В семьях птиц и млекопитающих благодаря заботе родителей повышается выживаемость потомства. Группа растений способна лучше противостоять ветру, эффективнее использовать воду.
Проживание в группе себе подобных отражается на протекании многих физиологических процессов в организме животного. У искусственно изолированных особей заметно изменяется уровень обмена веществ, быстрее расходуются резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность. Оптимизация физиологических процессов, ведущая к повышению жизнеспособности особей при их совместном существовании называется эффектом группы. Эффект группы проявляется как реакция отдельной особи на присутствие других особей своего вида. Она состоит в ускорении темпов роста животных, повышении плодовитости, более быстром образовании условных рефлексов, повышении средней продолжительности жизни индивидуума. У многих животных вне группы не реализуется плодовитость.
Так, у овец вне стада резко учащаются пульс и дыхание, а при виде приближающегося стада эти процессы нормализуются, и овца успокаивается. Известно также, что для выживания африканских слонов стадо должно состоять по крайней мере из 25 особей. Голуби некоторых пород не откладывают яйца, если не видят других птиц. Достаточно поставить перед самкой зеркало, чтобы она приступила к яйцекладке.
Самое сильное проявление эффекта группы свойственно общественным насекомым (пчелам, муравьям, термитам). Не обладая способностью длительно существовать в одиночку, эти насекомые выработали сложную систему сигнализации, которая способствует сохранению их групп во времени и пространстве.
Половая структура
Половая структура — это соотношение численности особей разного пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых организмов. Теоретически соотношение полов должно быть примерно одинаковым: 50 % общей численности должны составлять мужские особи, а 50 % — женские. Фактическое соотношение полов зависит от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида.
В природных популяциях различают первичное, вторичное и третичное соотношение полов. Первичное соотношение полов — соотношение зигот по половой принадлежности, наблюдаемое при половом размножении в момент оплодотворения. Оно определяется генетическими механизмами, обеспечивающими равномерность расхождения половых хромосом при образовании гамет и равновероятное их сочетание при оплодотворении. Как правило, первичное соотношение полов равно 1 : 1. В дальнейшем это соотношение может меняться в зависимости от различных факторов среды.
Вторичное соотношение полов — это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных). Оно формируется в течение эмбрионального периода, когда на генетическую обусловленность пола накладывается влияние факторов среды. В результате при рождении особей наблюдается отклонение от изначально равномерного соотношения полов.
Изменение соотношения полов на эмбриональном этапе развития отмечается у шелкопряда тутового. Пол особи у него зависит от температуры окружающей среды. Эту особенность использует в шелководстве человек. Поскольку в коконах, завиваемых самцами, шелка на 25 % больше, то для получения большего количества самцов яйца выдерживают при температуре, благоприятной для их развития. У муравьев рыжих лесных из яиц, отложенных при температуре ниже +20 °С, развиваются самцы, при более высокой — почти исключительно самки. Дафнии при оптимальной температуре размножаются партеногенетически, а при повышенной или пониженной температуре в популяциях появляются самцы. На появление обоеполого поколения у тлей могут влиять изменения длины светового дня, температуры, увеличение плотности населения и другие факторы.
К моменту полового созревания соотношение полов также изменяется в силу ряда внешних причин. Соотношение полов среди взрослых половозрелых особей — это третичное соотношение полов. Оно зависит от устойчивости особей разного пола к факторам среды, что связано с физиологическими, экологическими, поведенческими и другими особенностями самцов и самок. Так, в популяциях фазанов, больших синиц, крякв отмечается преобладание численности самок, а в популяциях пингвинов, наоборот, преобладают самцы.
У человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в среднем на 100 девочек рождается 106 мальчиков, к 16—18 годам это соотношение практически выравнивается, но в течение жизни из-за повышенной смертности мужского пола это соотношение изменяется и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам — 50 мужчин на 100 женщин.
Соотношение особей разного пола и особенно доля размножающихся самок значительно влияют на численность, плотность и рождаемость популяции. Поэтому определение половой структуры природных популяций позволяет человеку правильно планировать мероприятия по взаимодействию с ними: использовать популяции для своих целей или принимать меры по их охране.
Повторим главное. Для популяции характерна определенная пространственная и половая структура. Пространственная структура характеризует распределение особей популяций на занимаемой территории. В зависимости от степени неоднородности среды обитания, биологических особенностей вида и поведения особей в популяциях может наблюдаться случайное, равномерное или групповое распределение. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых особей. Она отражает соотношение численности особей разного пола. В природных популяциях различают первичное, вторичное и третичное соотношение полов.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Назовите типы пространственной структуры популяций и причины их формирования.
2. Приведите примеры видов организмов с различными типами пространственной структуры популяций. В чем преимущество группового распределения животных по сравнению с одиночным образом жизни?
3. Что такое «эффект группы»? В каких ситуациях его можно наблюдать в человеческих популяциях?
4. Дайте определение половой структуры популяции. Подумайте, для популяций каких видов организмов нельзя определить половую структуру. С чем это связано?
5. Почему изменяется соотношение полов в популяциях на разных стадиях жизненного цикла особей? Какие факторы при этом оказывают наибольшее влияние?
Сложные вопросы
1. Какое значение для хозяйственной и природоохранной деятельности человека имеет изучение половой структуры популяций? Приведите подтверждающие примеры.
2. Две популяции косуль обитают в примерно равных по площади лесных массивах и отличаются по половой структуре: у одной популяции 75 % самок и 25 % самцов, а у другой — 75 % самцов и 25 % самок. Составьте прогноз для популяций и план мероприятий по нормализации половой структуры данных популяций.
Индивидуальное домашнее задание. В парке и ближайшем лесу заложите по 2—3 пробные площадки размером 10 м х 10 м. В центре каждой площадки выберите дерево определенного вида в качестве точки отсчета. С помощью рулетки измерьте расстояние от данного дерева до всех деревьев этого же вида, расположенных в пределах площадки. В рабочей тетради нарисуйте план пробной площадки (масштаб: 1 см = 1 м), поставьте в центре точку (дерево в центре пробной площадки) и точками отметьте положение остальных деревьев на данной площадке, соблюдая масштаб. По полученным схемам определите типы пространственной структуры популяций деревьев, произрастающих в парке и лесу. Сравните их между собой, объясните полученные результаты.