Демэкология. Виды популяций. Типы пространственного распределения особей в популяциях (равномерный, диффузный, агрегированный). Экологическая дифференциация человечества.

Демэкология, или популяционная экология, как видно из ее названия, занимается на уровне видов и популяций изучением закономерностей изменения численности, причинами и законами, которые управляют численностью видов живых существ. Действие экологических факторов может изменять основные характеристики того или иного вида живых существ. К основным характеристикам популяций относятся численность (плотность), рождаемость, смертность, скорость и характер изменения численности.

Типы популяций. Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия обитания в пределах местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По этому признаку выделяют три типа популяций (рис.1): элементарную, экологическую, географическую.

Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однороднойпло-щади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией. ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; микрогруппировки ландыша Кейске в белоберезняке, растущие у оснований деревьев и на открытых местах; куртины деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.

Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; древостои в монодоминантных лесах, представляющих одну группу типов леса: травяных, лишайниковых или сфагновых лиственничников (Магаданская область, север Хабаровского края); древостои в осоковых (сухих) и разнотравных (влажных) дубняках (Приморский край, Амурская область); популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

ПРИМЕРЫ. Известны географические расы лиственницы даурской (Larixdahurica): западная (к западу от Лены (L. dahuricassp. dahurica) и восточная (к востоку от Лены, выделяемая в L. dahuricassp. cajanderi), северная и южная расы лиственницы курильской. Аналогично выделение М.А. Шембергом (1986) у березы каменной двух подвидов: березы Эрмана (Betulaermanii) и шерстистой (B. lanata). В низовьях р. Яма расположен очаг ели обыкновенной (Piceaobovata), отстоящий от сплошного массива ельников к востоку на 1000 км, к северу – на 500 км. Зоологи выделяет тундровую и степную популяции у узкочерепной полевки (Microtisgregalis). У вида "белка обыкновенная" насчитывается около 20 географических популяций, или подвидов.

Типы пространственного распределения особей в популяции:

-Равномерный (регулярный) – равное удаление каждой особи от соседней.

-Диффузный (случайный) встречается в природе часто, особи располагаются случайно, нераномерно.

-Агрегированный (групповой, мозаичный) выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются достаточно большие незаселенные территории.

Экологическая дифференциация человечества

Основные типы:

1.  Арктический. Характерно приспособление к влажному холодному климату и кислородной недостаточности. Повышение газообмена, высокое содержание иммуноглобулина и холестерина. Уменьшение длины конечностей.

2.  Жители пустыни. Сухость, высокая температура. Повышенная теплоотдача, за счет испарения и длинные конечности и истощенное тело.

3.  Жители высокогорья. Пониженная температура, гипоксия. Широкая грудная клетка, большая ЖЕЛ, больше эритроцитов, выше уровень гемоглобина, выше уровень окислительных ферментов.

Популяционная структура человечества. Люди как объект действия эволюционных факторов. Влияние мутаций, миграции, изоляции на генетическую конституцию людей. Дрейф генов. Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях (пример с серповидноклеточной анемией).

ПОПУЛЯЦИОННАЯ СТРУКТУРА

по Э. Майру (1963), структура, в которой вид состоит из бесчисленных (конечных в каждый данный момент времени) локальных популяций, или демов, находящихся в определенных отношениях друг с другом.

1. Популяционная структура человечества

Популяция человека, т.е. популяция особого вида - Homo sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличаются вследствие действия таких факторов, как искусственная среда, социально-экономические условия и др., называемых единым термином - социум.

Все люди на Земле образуют популяционную систему - человечество. Эта система ограничена доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами. Человек, уже зная достаточно о значении этих ограничивающих факторов, пока еще мало придает им значения, хотя социально-экономические факторы уже, в известной степени, выступают как регулирующие.

Рост численности населения

Рост численности населения Земли подчиняется экспоненциальному закону, при этом прирост не постоянный, а в последние десятилетия шел с нарастающим итогом. Исходя из этого, экологи расценивают последние тенденции как чрезвычайно опасные.

Так, в 70-е гг. ХХ в. население планеты увеличилось на 750 млн человек, в 80-е - на 840 млн, а прирост на 90-е гг. прогнозировался в 960 млн человек. Ежегодный прирост к концу ХХ в. прогнозировался почти в 100 млн человек, что подтверждается косвенными данными в настоящее время. Безусловно, такой прирост характеризует собой состояние "демографического взрыва" в человеческой популяции. Наглядно видно, что еще 1,5 млн лет назад на Земле проживало примерно 500 тыс. человек. При продолжительности жизни в то время всего 20 лет, количество особей могло удвоиться лишь по прошествии 200 тыс. лет. В настоящее же время для этого требуется всего 35 лет.

Примерно девять тысяч лет тому назад на Земле проживало около 10 млн человек, в начале нашей эры - порядка 200 млн, а в середине ХVII в. - 500 млн. Уменьшая воздействие лимитирующих факторов вплоть до практически полного "снятия" их воздействия, человек подошел к миллиардному рубежу своей численности лишь примерно в середине ХIХ в.

Но и в ХIХ в. возникали и возникают сейчас различного рода локальные и региональные катастрофы, связанные с болезнями, голодом (например, вследствие неурожаев), войнами и т.п.

И несмотря на это и в ХХ в. численность населения продолжает расти, так как люди для себя, с помощью технологических, социальных и культурных перемен, увеличили емкость планеты, сделав обычно непригодные для жизни районы Земли обитаемыми.

Переходя на язык моделей динамики популяций в природе, можно сказать, что регулирующая (ограничительная) роль K - факторов резко снизилась, и в динамике человеческой популяции преобладает r-стратегия. Не последнюю роль играют и особенности жизненных циклов людей: каждая особь участвует в размножении многократно и само размножение возможно в любое время года. В связи с этим государства создают законы, ограничивающие минимально допустимый возраст вступления в брак, разрабатывают мероприятия, поощряющие деторождение только в определенном возрасте и т.д.

Динамику роста народонаселения изучает наука демография. Ее данные очень важны для национального и международного планирования различных мероприятий, связанных с численностью населения, в том числе и ограничительных мер по ее стабилизации или даже сокращению, если это требуется по экологическим причинам. Демографические расчеты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать эти изменения на будущее.

Возрастная пирамида отражает структуру населения данной местности или государства в целом и содержит в себе информацию о численности каждой возрастной категории людей, о характере роста населения, о позитивном или негативном влиянии условий жизни и др.

Строятся пирамиды в координатах возраст - численность. Каждый возрастной класс для различных животных, в зависимости от их продолжительности жизни, имеет различные интервалы, а для человека - интервал в пять лет. Он изображается в виде горизонтально "лежащего столбика", длина которого равна численности данного возрастного класса. Самый "младший" столбик укладывается в основании пирамиды, самый "старший" - ее венчает.

При экспоненциальном росте популяции возрастная структура зависит от скорости роста - чем быстрее растет популяция, тем длиннее "столбик" молодых особей и пирамида расширяется к основанию. Популяция может и не менять своей численности. Если во всех этих случаях соотношение возрастов сохраняется, то можно считать такие популяции стабильными.

Анализ возрастных пирамид позволяет человечеству с достаточной надежностью прогнозировать свое будущее и принимать соответствующие меры. В природе же эти процессы регулируются естественным путем, под влиянием экологических факторов.

Возрастная пирамида развивающихся стран сужается к вершине вследствие того, что рождаемость высокая, а выживаемость людей в них низкая. В противоположность ей, пирамида населения развитых стран имеет почти отвесную стенку вплоть до старших возрастов, что свидетельствует о высокой выживаемости человека в более благоприятных условиях. Эти же пирамиды свидетельствуют о стремительном росте населения развивающихся стран, а также о нежелательном росте (если он есть) населения в развитых странах.

По последним данным, в развивающихся странах просматривается снижение рождаемости и, тем не менее, рост их численности к 2000 г. достаточно велик, что не может не тревожить общество. Рост этот будет происходить еще продолжительное время даже при снижении скорости роста до нулевого значения. Это явление называют "инерцией роста численности", и оно связано с наличием большого количества молодых людей, не достигших детородного возраста.

Тем не менее, по некоторым данным, есть уже слабая надежда на то, что пик "демографического взрыва" позади, ибо среднегодовой прирост в мире, составляющий 1,8% в 70-е гг. понизился до 1,7% в 80-е гг.

Однако потребуются огромные усилия всего человечества для поддержания динамического равновесия в природе, в том числе целенаправленная демографическая политика, особенно в странах "третьего мира", где достигнутая плотность населения превышает все допустимые пределы.

Озабоченность тенденциями роста населения еще двести с лишним лет назад заставила Томаса Мальтуса написать трактат, ставший теперь всемирно известным. В нем он впервые математически доказал, что рост населения происходит по экспоненциальному закону, а количество продуктов сельского хозяйства увеличивается в арифметической прогрессии. Мальтус считал, что, если не прекратится бесконтрольное деторождение, нищета и голод будут неизбежны.

Конечно, он ошибался в том плане, что не мог учесть в то время и предвидеть потенциальные возможности новых технологий для повышения продуктивности почв, огромных достижений генетики в области селекции сельскохозяйственных растений и животных и т.д.

Он писал задолго до открытия принципов генетики Менделем, ничего еще не зная о биогеохимических круговоротах, возвращающих биогенные компоненты в почву, и др.

Т. Мальтус полагал, с повышением численности и ростом плотности населения, начнут регулировать численность человеческой популяции эпидемии, т.е. факторы, зависящие от плотности населения.

Но успехи медицины казалось бы, опровергли этот факт. Однако постепенно он снова возник из небытия - ВИЧ-инфекция, рак, возврат прежних инфекций (туберкулез) и т.п. С усилением контактов между народами и ростом их численности эти и другие болезни, например, пандемии гриппа и ряд новейших заболеваний будут представлять собой все большую опасность для человечества. Но этой опасности есть альтернатива. По мнению Н.Ф. Реймерса, при экономически благоприятных условиях начнет реально действовать регулируемый механизм депопуляции и через три поколения (75 лет) человечество бесконфликтно сократится до 1,0-1,5 млрд.

Дрейф ге́нов или гене́тико-автомати́ческие проце́ссы — явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленноеслучайными статистическими причинами.

Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток — гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот. Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.

Одним из наиболее важных эволюц-х факторов, изменяющих частоты аллельных генов в популяциях людей, является естеств. отбор. Однако его давление в человеч. популяциях ослабело настолько, что отбор утратил значение как фактор видообразования. Это обусловлено возрастанием значения социальных факторов историч. развития человечества и постепенным ослаблением роли биологич. факторов эволюции чел-ка. Однако за естеств. отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследств. разнообразия популяций людей. О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естеств. отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае опр-тся снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицат. действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус. 85% населения Европы имеет в эритроцитах антиген Rh и образует группу резус-положит-х индивидуумов, остальные 15% населения составляют резус-отрицат-е индивиды. Синтез антигена Rh контролируется доминантным аллелем Д который проявляется в гомозиготе (DD) и гетерозиготе (Dd). Поэтому резус-отрицательные люди являются рецессивными гомозиготами (dd). Если, например, мать резус-отрицательная (dd), отец резус-положительный (DD или Dd), то при беременности резус-положительным плодом (Dd) эритроциты плода могут проникнуть при нарушении плаценты в организм матери и иммунизировать его. При последующей (второй и т. д. ) беременности резус-положительным плодом (Dd) антирезус-антитела, выработавшиеся в организме матери во время первой беременности, проникают через плаценту в организм плода и разрушают его эритроциты (эритробластоз) . Развивается гемолитическая болезнь новорождённого, ведущим симптомом которой является тяжёлая анемия. В настоящее время успешно применяются различн. способы борьбы с этой патологией (например, переливание новорождённому младенцу резус-отрицательной крови) . В отсутствие медпомощи новорождённый с гемолитической болезнью часто погибал. Со смертью таких организмов (гетерозиготных по аллелю Dd) из популяции удаляется равное кол-во доминантных и рецессивных аллельных генов локуса «резус» . Такой направленный против гетерозигот отбор приводит к уменьшению частоты более редкого (рецессивного, d) аллеля в европейской популяции. Теоретически в ряду из 600 поколений доля рецессивного гена может снизиться с 15% до 1%, на что потребуется около 15000 лет… . Эти селективные факторы влияют на частоту аллелей, определяющих группы крови. Особой жёсткостью выдел-ся отбор, направл-й против гомозигот: гомозиготы по многим рецессивным аутосомным заболеваниям обычно элиминируются, не достигнув репродуктивного возраста. Так, гомозиготы по аллелю серповидноклеточности эритроцитов (HbS/HbS) умирают от серповидноклеточной анемии в детском возрасте. Каждая такая смерть элиминирует из популяции аллели одного вида (рецессивные) , что приводит к сравнительно быстрому снижению изменчивости по соотв-му локусу. Во многих популяциях людей частота аллелей аномальных гемоглобинов (включая аллель HbS) не превышает 1%. Отбор против гомозигот обусловлен также повышенной жизн. силой гетерозигот (явление гетерозиса). Действию отбора, снижающего в генофондах некоторых популяций людей концентрацию опред-х аллелей, может противостоять контротбор, который, наоборот, поддерживает частоту этих аллелей на высок. уровне. Проведённые в Сев. Греции обследования показали, что больные серповидноклеточной анемией (гете-розиготы с генотипом HbS/HbA) болеют малярией в 13 раз реже, чем нормальные люди (НЬА/НЬА) . ..Генофонд популяций чел-ка является рез-том наложения многочисл-х и разнонаправл-х векторов отбора, обеспечив-го сохранение в каждом поколении сравнительно приспособл-х к данным условиям генотипов. При этом со временем влияние отбора на генетич. структуру популяций людей снижается в основном благодаря успехам лечебной и профилак-й медицины, а также социально-экономич. преобразованиям цивили

Биологический и социальные аспекты адаптации населения. Проблема адаптации человека к условиям Крайнего Севера Тюменской обл. Медико-биологические аспекты вахтовой и экспедиционно-вахтовой организации труда.