Что представляет популяция организмов. Виды популяций

Скажите, вы знаете, что такое экология? Если ваш ответ будет примерно таким: «Экология - это то, что связано с чистотой окружающей среды», вы попадёте в молоко. Экология к этому вопросу имеет довольно опосредованное отношение.


Больше всего умиляет, когда говорят: «Там-то и там-то плохая экология». Понятно, что именно человек хочет сказать, но, всё-таки, эти слова столь же абсурдны, как если бы кто-то сказал: «В этом районе плохая тригонометрия».

Экология - это не явление, это наука. Как может быть наука плохой? Да, она может быть несовершенной, неразвитой, она может быть даже псевдонаукой, но «плохой» она быть не может.

Второй аспект заблуждения заключается в том, что экология занимается не вопросами чистоты окружающей среды, а изучает взаимодействие различных живых организмов между собой и с окружающей их неживой природой. Экология исследует структуру систем надорганизменного уровня, одной из которых является популяция - понятие, изучение которого входит в задачи данной статьи.

Что такое популяция?

Популяция… Что это за штука такая? Мы все слышали это слово, но все ли мы как следует понимаем его значение?

Название этого понятия происходит от латинского слова populatio , что в переводе означает «население». Значит, популяция - это население? Да, конечно, но… всякое ли население можно назвать популяцией? Давайте разбираться.


Во-первых, когда речь идёт о популяции, всегда имеются в виду представители (особи) только одного вида. Если речь идёт о представителях разных видов, это уже не популяция, а сообщество, именуемое на научном наречии .

Во-вторых, под популяцией подразумевается длительное обитание этих самых видов на одной территории.

В-третьих, для популяции обязательным условием является относительная обособленность её представителей от групп, с которыми возможен генетический обмен. Эта обособленность может носить как территориальный, так и какой-либо иной характер. Иными словами, в популяцию входят особи, для которых возможность взаимного скрещивания намного выше, чем возможность скрещивания с представителями других групп.

Подразделение популяций

Популяция может подразделяться на более мелкие элементы.

Дем - это небольшая популяция живущих на ограниченной территории особей, в пределах которой не происходит каких-либо существенных изменений в генофонде. Обычно она распространяется на несколько поколений и имеет в своём составе несколько десятков особей.

Парцелла - это группа живых организмов, обитающих в непосредственной близости друг от друга и постоянно контактирующих между собой.

Семья - она и есть семья. Здесь объяснения, пожалуй, будут уже излишни. Это самая мелкая ячейка популяции.

Характеристики популяции

Популяция имеет следующие характеристики:

— общая численность особей;

— плотность, отражающая среднее количество особей на единицу площади;

— характер распределения особей в пространстве;

— упорядоченность структуры.

Структура популяции

Со структурной точки зрения популяция рассматриваться в следующих аспектах:

— генетическая структура;

— возрастная структура;

— половая структура;

— морфологическая (внутреннее и внешнее строение) структура.

Возможны и другие параметры, по которым определяется структура той или иной популяции.

Динамика численности популяции

Есть такое понятие как логистическое уравнение или уравнение Ферхюльста, которое отражает процесс роста популяции. В этом уравнении отражены две посылки:

1. Скорость роста популяции пропорциональная её текущей численности;

2. Скорость роста популяции пропорциональная количеству доступных ресурсов.


Согласно этому уравнению, количество особей в популяции сначала растёт приблизительно по экспоненте, но при достижении количества, при котором начинается конкурентная борьба за ресурсы, рост начинает замедляться и в конце концов прекращается вообще. Количество особей при замедлении роста стабилизируется по убывающей экспоненте.

Популяция - это особи, относящиеся к одному биологическому виду, способные к свободному скрещиванию и обладающие общим генофондом. обладает численностью, смертностью, рождаемостью, динамикой, ареалом, плотностью. Структура популяции включает в себя также соотношение самок и самцов, возрастов, пространственную систему распределения.

Размер ареала устанавливается в соответствии с радиусом единичной (индивидуальной) активности и представляет собой расстояние между точкой смерти и точкой рождения большинства особей. Так, например, у ящерицы этот радиус составляет тридцать метров, у ондатры - порядка четырехсот, у кролика и воробья - три километра. У растений размер ареала устанавливается в соответствии с расстоянием, которое пролетает пыльца. Так, например, у сосны радиус активности порядка ста двадцати, а у кукурузы - около пятнадцати метров.

Площадь и форма ареала в каждом отдельном случае устанавливается в соответствии с ландшафтными особенностями территории. Немаловажное значение имеют и внутрипопуляционные отличительные черты, а также географические (территориальные) связи особей.

Чаще всего выделяют такие виды популяций, как географические, экологические, локальные.

Экологической называют такую совокупность особей, которая обитает в рамках одной системы. При этом границы совпадают с границами самой экосистемы, определяемыми растительностью, фитоценозом.

Локальная популяция - это местная совокупность популяций определенного вида. Особи обитают на различных экосистемах конкретной местности. Так, локальная популяция домового воробья - это совокупность популяций особей из населенных пунктов, расположенных на расстоянии менее трех километров друг от друга.

Географической называют совокупность особей, занимающих территорию с однородными в географическом плане условиями. От Камчатки до Бреста, например, выявлено двадцать девять совокупностей обыкновенной белки. Географическая популяция - это территориальная раса, подвид. Особи при этом обладают фенотипическим сходством.

Население (популяция) - это, в первую очередь, элементарная единица процесса эволюции. Вместе с еще и главная пространственная единица определенного вида. Таким образом, популяцию можно охарактеризовать как совокупность особей не только занимающих определенную территорию (пространство), но и способных к воспроизведению на протяжении продолжительного времени. Целостность населения с точки зрения эволюции связана, главным образом, с панмиксией (свободным скрещиванием), которая в той или другой степени в пределах одной совокупности видов выше, нежели между соседними народами. Вместе с этим, несмотря на целостность, популяция неоднородна по генетическим признакам. Основные характеристики вида закрепляются наследственно.

Существует классификация популяции и с медицинской точки зрения.

Так, например, выделяют замкнутую совокупность особей. В этом случае одна популяция изолирована от других по половому признаку.

Есть также идеальная совокупность особей. В данном случае рассматривают гипотетическую панмиктическую (способную к скрещиванию) популяцию, обладающую большой численностью, сохраняющейся в поколениях. Такая совокупность видов не подвержена воздействию мутационного давления, внешних факторов, Понятие идеальной популяции применяется при моделировании процесса эволюции.

Особи одного вида могут быть генетически идентичны. В этом случае речь идет об изогенной популяции.

Совокупность может быть открытой. В этом случае мигрирующие особи привносят в нее новые гены.

Микробной популяцией называют совокупность клеток определенного штамма.

Биологический термин «популяция» впервые применен в 1903 году биологом из Дании Вильгельмом Людвигом Иогансеном (1857 - 1927) для обозначения группового произрастания одного вида растений.

Вконтакте

Общее понятие

Что такое популяция? Она (древние латиняне говорили: populus, из современных англ. population- население ) представляет собой совокупность представителей конкретного вида живых организмов, долгий временной отрезок живущих или произрастающих на одном территориальном пространстве, обособленно от особей других, схожих по аналогичным признакам групп.

Термин применяется в разнообразных областях естественных наук: экологии, медицине, демографии.

Если брать к примеру , то в соответствующей терминологии, понятие определяется, как сообщество животных или растений одного вида, имеющее единый генофонд (этот термин рассмотрим ниже), способное к устойчивому самовоспроизведению. В биологии под ней подразумевают группы организмов в составе определенного вида.

Самый простой пример — популяция человека на Земле. Если взять примеры из животного мира: пятнистого и благородного оленя, бурого и белого медведя, трески и пикши в морях бассейна Северного Ледовитого океана. Из мира растений: разные виды сосны и ели, осины и липы, дуба и вяза.

Какими параметрами характеризуется каждая популяция? Общепринятыми критериями являются:

• общее местообитание (ареал);
• единообразное происхождение общности организмов;
• относительная изолированность данной общности от иных схожих групп (так называемые межпопуляционные барьеры);
• соблюдение принципа панмиксии (свободного скрещивание) в составе группы, иначе говоря равная вероятность встречи всех существующих генотипов в пределах ареала.

Виды популяций

Видов живых организмов в дикой природе великое множество. Прежде всего надо выделить две глобальные популяции - животных и растений. И уже в них определяются подвиды той или иной конкретной группы организмов

В биологии структурно выделяются географически обусловленные группы, как пример, поселение белок в лесах Ульяновской области. Сгруппировавшиеся животные одного подвида (в нашем случае - белки), обитающие на географически однородном пространстве. Такая территория называется ареалом обитания.

В свою очередь популяции географические подразделяются на более мелкие - экологические (белки в хвойных и смешанных лесах одного района), а те — на еще более мелкие - элементарные или локальные (те же белки, но уже в разных частях одного леса).

По способности размножаться существует подразделение на:

• Постоянные , не нуждающиеся в притоке особей своего вида извне для поддержания численности на уровне необходимом для полноценного существования.
• Полузависимые , в которых определенное количество подобных особей со стороны поступает из вне, но и без них популяция способна существовать долгое время.
• Временные , в них смертность представителей выше видовой рождаемости, и существование находится в прямой зависимости от притока особей извне. Временные популяции часто формируются в местах с неблагоприятным климатом и нестабильной кормовой базой.

Внимание! Популяция весьма сходна с живым организмом, как биосистемой, тоже имеет организованную структуру, обладающую своей целостностью, генетической программой самовоспроизводства и особыми характерными механизмами саморегуляции и адаптации.

Структура популяции

Структура преимущественного числа существующих видовых поселений обусловлена формирующими их представителями, и размещением последних на территории обитания (вспоминая белок - общее число и процент разнополых зверьков в лесу). Чтобы было понятней рассмотрим по пунктам.

Итак, структура популяции бывает

Пространственная - распределение особей по занимаемой местности — сколько белок бегает и где. Оно, в свою очередь, подразделяется на:

• Случайное (если лес одинаков для всех белок, и они скачут в одинаковой природной обстановке). В этом случае зверьков немного, в «группы» они не сбиваются и не живут кучно водном месте.
• Равномерное. Встречается преимущественно у животных, обитающих в условиях жесткой конкуренции за кормовые ресурсы и места обитания. Некоторые виды хищных рыб, птиц и млекопитающих (медведи, например) трепетно охраняют свои охотничьи угодья и чужаков на них не жалуют.
• Групповое. Самое часто встречающиеся в природе. Здесь рассмотрим на примере растений. Некоторые деревья имеют большие, тяжелые плоды (орехи, желуди, орехи чинары и др.), которые падая рядом с деревом, тут же прорастают, образуя группы. И даже ландыши! Но, они обязаны этому вегетативному способу размножения (отпрыски от корневищ). Эти особенности произрастания вызваны тем, что окружающие условия среды неоднородны, места обитания ограничены, вид имеет характерные биологические качества и варианты размножения.

Половая — соотношение разнополых экземпляров (сколько в лесу белок-мальчиков и белок-девочек).

Возрастная - самая понятная. Сколько особей разного возраста. У любого вида, а порой, и в каждой популяции внутри вида существуют разные соотношения возрастных групп. Как правило, выделяют следующие экологические возраста:

• предрепродуктивный (организмы, не достигшие половой зрелости);
• репродуктивный (половозрелые);
• пострепродуктивный (представители, утратившие возможность к размножению).

Для животных и растений данная структура имеет существенные различия, но это отдельная тема для рассмотрения.

Генетическая структура популяции обусловлена изменчивостью и разнообразием генотипов (грубо говоря различием белок по окраске и размерам, и их вариациях при спаривании с последующим потомством).

Экологическая структура заключается в разделении какого-либо вида на группы отдельных представителей, по-своему взаимодействующих с условиями среды обитания. Именно здесь часто проявляется локальная популяция. Всё дело в том, что различие между типом и отдельной группой представителей, существующих в особых условиях общего ареала проживания, весьма условно.

В принципе, система функционирует подобно практически любой биологической системе. Соответственно для неё характерны: рост, развитие, выживаемость в изменяющихся условиях среды. Это обуславливает наличие определенных параметров.

Популяция белок

Параметры

Для большинства существующих популяций характерны: численность, плотность, рождаемость и смертность. Все эти характеристики к тому же находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости.

Численность популяции - суммарное количество представителей вида, проживающих на территории. Плотность, соответственно, число особей данного вида на единицу площади ареала.

Во многих крупных группах средняя численность ежегодно изменяется не слишком сильно, в связи с тем, что:

• от естественных причин погибает примерно одинаковое число представителей;
• интенсивность размножения организмов растет при небольшой плотности популяции, а при увеличении, соответственно, снижается;
• постоянно меняющиеся природные условия и климатические факторы создают препятствия для высокой реализации репродуктивного потенциала.

Но, при даже при определенной стабильности, для популяционной численности характерны колебания. Главные причины указанных колебаний связаны с изменениями в условиях существования. А, именно:

Эти периодические колебания ведут к изменениям в общей численности, которые складываются из следующих явлений:

• рождаемость;
• смертность;
• иммиграция (вселение - приток особей со стороны);
• эмиграции (выселения представителей вида).

С этими факторами связаны так называемые популяционные волны.

Важно! Популяционные волны - внезапно возникающие значительные численные изменения.

Пример: сокращение в результате отстрела количества лис (абиотический фактор) ведет к популяционному увеличению полевых мышей (полевок).

Для популяций характерны численность, плотность, рождаемость и смертность.

Генофонд

Но особое значение имеет эффективная численность - количество половозрелых представителей вида, способных давать потомство. Именно ими формируется генофонд. И теперь рассмотрим это понятие конкретно.

Что такое генофонд популяции (пул генов). Это совокупность всех признаков (генов) вида и их вариаций, передающихся по наследству. Именно благодаря генам, белки из Сибири отличаются от белок из Канады. Генные вариации (аллели) обуславливают способность организмов приспосабливаться к постоянно меняющимся особенностями окружающей среды. Чем больше разнообразие генов, тем способней организм приспособиться к жизни.

В биологии существует такое понятие как идеальная популяция. Но, оно сугубо теоретическое и используется для моделирования процессов . Идеальную популяцию можно определить, как гипотетическую панмиктическую (т.е., особи которой имеют одинаковые шансы на скрещивание), с бесконечно растущей, сохраняющейся в поколениях, и независимой от естественного отбора, внешних факторов и мутаций, численностью.

Какова же основная роль понятия для существования живых организмов на планете? В экологии она определяется, как элементарная единица процесса микроэволюции (внутривидовые малые генные изменения в нескольких поколениях, ведущие к определенным изменениям особи, как внешним, так и внутренним), реагирующая на меняющиеся факторы окружающей среды перестройкой генофонда.

Функционирование популяции и динамика ее численности в природе

Популяция как форма существования видов в природе

Вывод

Исходя из изложенного, резюмируем. Популяция - есть совокупность представителей одного вида, обитающих на общей территории, свободно скрещивающихся, обладающая единым генофондом, имеющая свою структуру, характеристики и параметры, аналогичными существующим биосистемам, и являющаяся элементарной микроэволюционной единицей.

Нет ни одного вида, особи которого распределялись бы в пространстве совершенно равномерно. В местах, особенно благоприятных для жизни данного вида, их обитает больше, чем на соседних территориях. Так, лягушки живут в водоемах и других влажных местах, кроты - по луговинам; заросли малины встречаются в лесу отдельными пятнами. Такие группы особей одного вида, которые длительное время населяют какое-либо пространство в течение многих поколений, называют популяциями (от латинского слова populus - народ, население). Особи одной популяции имеют большую вероятность скрещиваться друг с другом, чем с особями из других популяций.

Популяция - сложная генетическая система. Для каждой популяции характерны определенная численность особей, соотношение самцов, самок и особей разных возрастных групп (новорожденных, молодых, взрослых, старых), частота вариаций разных признаков. Например, в северных популяциях одного вида - прыткой ящерицы все самцы коричневые, в южных - зеленые, а в средней полосе можно встретить в одной популяции и коричневых и зеленых.

Сотни и тысячи поколений - обычное время существования отдельных популяций. Иногда возникают мелкие группки особей, которые существуют 2-3 поколения, но это не настоящие популяции. Ни отдельная особь, ни даже мелкая группа особей вроде семьи не может существовать в процессе эволюции долго. Популяция - минимальная группа особей, обладающая собственной эволюционной судьбой.

Для любой популяции характерны колебания численности составляющих ее особей. Причин этому множество: обилие или недостаток пищи, изменение климата, враги и др. Число особей в популяции для животных с небольшими размерами тела (большинство беспозвоночных, мышевидные грызуны) может изменяться в 100, а то и в 1 000 000 раз. Для крупных животных размах колебаний обычно меньше - численность их изменяется всего в несколько раз. Эти неизбежные колебания - «волны жизни», как назвал их С. С. Четвериков, имеют важное эволюционное значение. Они как бы выносят на поверхность прежде редкие генотипы, дают им возможность пройти проверку естественным отбором. Например, во время суровой зимы в живых останутся лишь какие-то редкие, наиболее холодоустойчивые организмы, при последующем повышении численности их будет уже большинство.

Рисунок (см. оригинал)

Какова минимальная численность популяции? Оказывается, что в популяции млекопитающих в среднем должно входить не менее 500 размножающихся особей. Иначе может произойти случайное вымирание всей популяции. Есть еще одна причина, из-за которой небольшая группа особей, размножающихся скрещиванием, не может существовать долго. Если близкородственные особи скрещиваются между собой на протяжении нескольких поколений, то у потомства проявляются наследственные болезни и Другие недостатки, которые обычно скрыты в гетерозиготном состоянии (см. Инбридинг). Расчеты генетиков показывают: чтобы избежать отрицательных последствий инбридинга, численность скрещивающихся особей должна быть не меньше 250- 300. Именно поэтому невозможно существование монстров, подобных лохнесскому чудовищу или африканским лесным ящерам, сообщения о которых встречаются в печати. При самых оптимистических подсчетах в озере Лох-Несс могло бы жить только несколько гигантских ящеров: для большего числа их не хватит корма. Но несколько особей не смогли бы существовать на протяжении многих поколений.

Все, что было сказано о популяции, относится лишь к высшим организмам, которым свойственно перекрестное размножение. Популяцией у микроорганизмов (которые размножаются бесполым путем, делением) можно считать группу клонов - прямых потомков одной особи, занимающих определенную экологическую нишу.

Популяция часто рассматривается в современной эволюционной теории как элементарная единица эволюции. Это означает, что эволюционные изменения: появление новых признаков, увеличение их частоты - первично происходят именно в популяции. Две популяции одного вида, более или менее изолированные друг от друга, например, горным хребтом, могут изменяться различным путем. В перспективе эволюция двух изолированных популяций может привести к появлению из одного старого вида двух новых.

Популяции изучают с разных точек зрения: генетической, экологической, физиологической и др. В последние годы все чаще говорят о популяционной биологии как комплексной науке, связанной исключительно с исследованием популяций.

Вид – совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биологических особенностей, свободно скрещивающихся и дающих потомство, к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенный ареал.

Виды представляют собой устойчивые генетические системы, так как в природе отделены друг от друга целым рядом барьеров.

Вид представляет собой одну из основных форм организации живого. Однако определить, принадлежат ли данные особи к одному виду или нет, иногда бывает трудно. Поэтому для решения вопроса о принадлежности особей к данному виду используется целый ряд критериев:

Морфологический критерий – главный критерий, основанный на внешних различиях между видами животных или растений. Этот критерий служит для разделения организмов, которые четко отличаются по внешним или внутренним морфологическим признакам. Но следует отметить, что очень часто между видами существуют очень тонкие отличия, которые можно выявить лишь при длительном изучении данных организмов.

Географический критерий – основан на том, что каждый вид обитает в пределах определенного пространства (). Ареал – это географические границы распространения вида, размеры, форма и расположение в которого отлично от ареалов других видов. Однако этот критерий также недостаточно универсален по трем причинам. Во-первых, ареалы многих видов географически совпадают, во-вторых, существуют виды космополиты, для которых ареалом является практически вся планета (кит-касатка). В-третьих, у некоторых быстрорасселяющихся видов (домового воробья, домовой мухи и др.) ареал настолько быстро изменяет свои границы, что не может быть определен.

Экологический критерий – предполагает, что каждый вид характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками , т.е. занимает определенную нишу.
Этологический критерий – заключается в том, что поведение животных одних видов отличается от поведения других.

Генетический критерий – заключает в себе главное свойство вида – его изоляцию от других. Животные и растения разных видов почти никогда не скрещиваются между собой. Конечно, вид не может быть полностью изолирован от потока генов со стороны близкородственных видов, но при этом он сохраняет постоянство генетического состава на протяжении длительного времени. Самые четкие границы между видами проходят именно с генетической точки зрения.

Физиолого-биохимический критерий – этот критерий не может служить надежным способом разграничения видов, так как основные биохимические процессы протекают у сходных групп организмов одинаково. А в пределах каждого вида существует большое число приспособлений к конкретным условиям обитания путем изменения протекания физиолого-биохимических процессов.
По одному из критериев нельзя точно различать виды между собой. Определить принадлежность особи к конкретному виду можно только на основании совокупности всех или большинства критериев. Особи, занимающие определенную территорию и свободно скрещивающиеся между собой, называются популяцией.

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенную территорию и обменивающихся генетическим материалом. Совокупность генов всех особей в популяции называется генофондом популяции. В каждом поколении отдельные особи вносят больший или меньший вклад в общий генофонд в зависимости от их приспособительной ценности. Неоднородность организмов, входящих в популяцию, создает условия для действия , поэтому популяция считается наименьшей эволюционной единицей, с которой начинается преобразования вида — . Популяция, таким образом, представляет собой надорганизменную формулу организации жизни. Популяция не является полностью изолированной группой. Иногда происходит скрещивание между особями различных популяций. Если какая-то популяция окажется полностью географически или экологически изолированной от других, то она может дать начало новому подвиду, а впоследствии и виду.

Каждая популяция животных или растений состоит из особей разного пола и различного возраста. Соотношение численности этих особей может быть различно в зависимости от времени года, природных условий. Численность популяции определяется соотношением рождаемости и смертности, составляющих ее организмов. Если на протяжении достаточно длительного времени эти показатели равны, то численность популяции не изменяется. Факторы среды, взаимодействие с другими популяциями может изменять численность популяции.