Популяции присущи следующая структура популяции

Динамика биосферы

 

1. Основные составляющие биосферы.

2. Большой геологический круговорот веществ.

3. Экологическая популяция и её пратр. характеристика.

4. Динамические характеристики популяции.

- общая численность особей

- плотность популяции

- пространственное распределение

- возрастной состав популяции

- соотношение полов.

 

1. Основные составляющие биосферы.

Одной из основных проблем современной науки является изучение динамических процессов в биосфере. Биосфера как сложная динамическая структура состоит из наружного слоя литосферы, атмосферы, гидросферы, живого в-ва планеты и окружающего земного космического пространства.

Основными составляющими разнородности биосферы является агрегатная, энергетическая, пространственная, зональная, качественная, геохимическая.

Агрегатная неоднородность выражает различные состояния в-ва: твердое, жидкое и газообразное, постоянно взаимодействующие между собой, широко переходящие друг в друга и определяющие все основные процессы, протекающие в биосфере.

Энергетическая неоднородность выражает неравномерность распределения солнечной энергии, а также неодинаковость соотношения энергии и в-ва в компонентах биосферы. Энергетические процессы в биосфере – основа существования жизни, основа адаптации живых организмов.

С повышением уровня биологической интеграции эффективность использования энергии падает, С.С. Шварц приводит следующую схему потребления энергии различными уровнями интеграции жизни; %

1. Элементарные физиологические 1 – 70-80%

2. Рабочий организм в целом и комплексные физиологические 1 – 15-50

3. Использование энергии организмом на рост, размножение и развитие – 1,5-15

4. Использование энергии сообществом фотосинтезах растений – 0,1-2

5. Использование энергии солнечного излучения высшими трофическими звеньями 0,01-1

6. Использование солнечной энергии для продуцирования новых тканей животных – 0,0002 – 0,05

Данные схемы свидетельствуют о том, что наибольший % энергии потребляется для сохранения основы жизни организмов.

Пространственная и зональная неоднородность выражают соответственно неравномерность распределения веществ в биосфере и неравномерное распределение по широтным зонам живых систем.

Геохимическая неоднородность – неравномерность распределения атомов различных химических атомов различных химических соединений в земной коре.

2. Неоднородность строения биосферы способствует дальнейшему усложнению её компонентов и осуществляется благодаря большому геологическому круговороту.

Геологический круговорот – это форма частично обратимых взаимодействий нескольких объектов. Характерной особенностью круговорота любого типа является то, что в основе их лежит взаимодействие устойчивости и изменчивости явлений и процессов материального мира, определяющее их динамическое равновесие.

Обычно выделяют 5 главных видов круговорота энергии и веществ:

1. энергетический круговорот, основанный на использовании солнечной энергии в процессах фотосинтеза и аккумуляции в горных породах.

2. минеральный круговорот, с применением продуктов магматических и вулканических процессов.

3. водный круговорот основан на циркуляции воды в земной коре и биосфере.

4. газовый круговорот, обеспечивает движение различных газов в земной коре и биосфере, их участие в образовании различных химических соединений.

5. биогенный круговорот – перемещение органического и косного вещества и энергии, участвующих в жизнедеятельности организмов.

Благодаря наличию этих круговоротов возможно длительное существование и развитие жизни в целом, а сама биосфера оказывается целостной системой, части которых находится в тесной взаимосвязи. В биологическом круговороте фактически не существует отходов.

Взаимодействуя, все живые организмы образуют биологический круговорот веществ, который полностью не замкнут, т.к. часть продуктов, выделяемых живыми организмами, поступает в земную кору, образуя за длительное время полезные ископаемые (нефть, уголь, природный газ и т.д.)

3. Динамика биосферыв целом обеспечивается на популяционном уровне.

Популяция – это население одного типа местообитания (биотопа), характеризующаяся общим ритмом биологических циклов и характера образа жизни.

Это наиболее мелкие территориальные группировки, обладающие свойством целостности.

Популяции присущи следующая структура популяции.

1) Статистические (пространственные)

- общая численность

- плотность

- пространственное распределение

- возрастной состав

- соотношение полов

2) Динамические (временные)

- рождаемость

- смертность

- скорость роста

1. Общая численность особей в популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме (определяется визуально, выборочно или с помощью закладки площадки).

2. Плотность популяции – количество особей на единицу площади или единицу объема (определяется числом встреч на маршруте движ. животного).

Максимальная плотность сильно варьирует.

Различают среднюю плотность – количество особей на единицу всего пространства и экологическую плотность – количество особей на единицу обитаемого пространства.

3. Пространственное распределение

Существуют следующиетипы пространственного распределения особей в популяциях: равномерный (регулярный), диффузный (случайный) и агрегированный (групповой, мозаичный).

а) равномерный тип в идеале характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних; величина расстояния между особями соответствует порогу, за которое начинается взаимное угнетение. В природе встречается редко (неоднородность среды обитания).

б) диффузный тип распределения – особи распространены в природе случайно. Расстояние между особями различно обусловлен с одной стороны – вероятностными процессами, а с другой – неоднородностью среды. Широко распространен, характерен для животных, у которых социальная связность в пространстве выражена слабо.

в) агрегированный тип распределения выражается в образовании группировок особей, между которых остаются большие незаселенные территории. Характерно для высших животных (позвон. животные, насекомые, образ. колонии; встречаются единицы высших растений. Может быть связана с эндогенными ф-ми (характерен распределением имен, особенности роста) и внешними воздействиями (влияние чел.)

Для животных как подвижных организмов ведущее значение имеет степень привязанности к территории.

Видим, для которого характерен оседлый образ жизни, свойственен интенсивный тип использования территории, при котором отдельные особи или группировки в течение длительного времени эксплуатируют ресурсы на относительно ограниченном пространстве.

Для видов, отличающихся номадным (кочевым) образом жизни, характерен экстенсивный тип использования территории, при котором кормовые ресурсы используются группами особей, постоянно перемещающимися в пределах обширной территории.

4. Возрастной состав популяции

При использовании возрастного состава популяции можно выделить 3 возрастные группы:

а) пререпродуктивная – начальный пер. роста, организмы не способны размножаться.

б) репродуктивный

в) пострепродуктивный

В популяции человека по 1/3.

Численное соотношение различных категорий организмов в составе населения как демографическая структура популяции. При этом имеется ввиду возрастной состав и соотношение полов.

Возраст отражает время существующей популяции и календарный возраст организмов.

Соотношение полов особенно важно у высших животных (проявляется в физиологическом, экологическом обличии и особей).

У растений велика возможность вегет-го размножения и характерна двуполоть цветков.

В наибольшей степени половая структура выражена у членистоногих и позвоночных животных, она проявляется не численным соотношением полов, но и в различиях в биологии.

Половая структура динамична и тесно взаимосвязана с возрастной структурой популяции.

В связи с возрастом различают первичное, вторичное и третичное соотношение полов.

Первичное соотношение полов определяется чисто генетическими методами, основывающимися на разнокачественности половых хромосом (х и у).

Набор половых хромосом у самцов и самок различают: Так, у млекопитающих самки гомогенны (хх), а самцы гетерогаметны (ху); у птиц и бабочек – наоборот.

В процессе оплодотворения возможны различные комбинации:

p хх ху

g х х х у

к₁ хх; ху; хх; ху

однако уже в процессе оплодотворения первичное соотношение полов может нарушаться, а впоследствии и под воздействием других факторов.

В результате различного рода воздействий на характер развития, а также неодинакового уровня смертности, плодов разного пола соотношение самцов и самок среди новорожденных животных – вторичное соотношение полов отличается от генетически обусловленного.

Третичное соотношения полов характеризует этот показатель среди взрослых животных и складывается в результате дифференцированной смертности самцов и самок в онтогенезе. Этот показатель прямо определяет особенности репродуктивного процесса и отличается у разных таксонов животных.

В.Н. Большаков и Б.С. Кубанцев (1984) выделяют 4 типа динамики половой структуры:

I. Неустойчивый половой состав популяции: половой состав меняется в разных местообразованиях за короткие промежутки времени, характерен для животных с коротким жизненным циклом, высоким показателем плодовитости и смертности, обширным ареалом (млекопит., насекомые)

II. Тип динамики самцов на фоне комбинирующегося пол. состава отличаются у животных, не образующих крупных скоплений, популяции которые не образуют высокой плотности.

III. Тип преобладание самок в третичном соотношении полов.

Самцы отличаются меньшей продолжительностью жизни и при неблагоприятных условиях отмирают в большом количестве, отмечается у номадных полигамных млекопит. (копытные, ластоногие), которые отличаются большой продолжительностью жизни и низким уровнем воспроизводства.

IV. Тип характерно относит. постоянство полового состава, характерен узкоспециализированным стенобионтным видам (среди млекопит. – крот, бобр).

Рождаемость – число особей, рожденных в популяции за некоторый промежуток времени.

Максимальная рождаемость – это скорость образования новых особей в идеальных условиях.

Экологическая рождаемость – характеризует прирост или увеличение численности популяций в условиях данной среды.

Абсолютная рождаемость – число особей, родившихся за определенное время.

Смертность – число погибших особей за определенное время.

Естественный прирост – разница между

5. Динамика численности и популяционные циклы

Экологические м-мы динамики численность, приросты и заключаются в изменении соотношения плодовитости (рождаемости) и смертности в популяции.

Существуют популяции с чрезвычайной плодовитостью (паразиты, рыбы) и малой (акулы – 12 яйца)

Появление в эволюции каких-либо форм работы о потомстве вызывает снижение видовой нормы плодовитости (снижается смертность в раннем возрасте) поэтому сохранение высокого репродуктивного потенциала, невыгодно. У видов, выкармливающих свое потомство, видовая норма плодовитости в большей степени зависит не от уровня смертности, а от возможности обеспечить выводок кормом.

Обратная пропорциональность связывает плодовитость со средней продолжительностью жизни, свойственной данному виду: более долгоживущие виды отличаются меньшей плодовитостью.

Таким образом, видовые параметры плодовитости отражают средний уровень гибели, свойственный данному виду в многолетнем масштабе. В реальной обстановке величины плодовитости и смертности испытывают постоянные колебания.

Выделяют следующие типы динамики численности:

1. Стабильный тип характеризуется малой амплитудой и длительным периодом колебаний численности. Свойственные крупным животным с большой продолжительностью жизни, поздним наступлением половоз-релости и низкой плодовитостью (копытные млекопит. (период колебаний численности 10-20 лет), китообразные, крупные орлы и др.)

2. Лабильный тип отличается закономерными колебаниями численности с периодами 5-11 лет и более, значительной амплитудой (численность меняется в десятки раз). Характерны сезонные изменения обилия, связанные с периодичностью размножения.

Тип присущ животным не крупного размера со сроком жизни 10-15 лет, более ранним созрев. и более высокой плодовит., чем в I типе (крупные грызуны, зайцеобразные, хищные; многие птицы, рыбы).

3. Эфемерный тип отличается резкой неустойчивостью с глубокими депрессиями, сменяющиеся вспышками «массового размножения», при котором численность возрастает в сотни раз. Общая длина цикла 4-5 лет, пик численности не более 1 года (грызуны), эти короткие циклы накладываются на более длинные (10-11 лет). Тип характерен для короткоживущих видов с несовершенствующими м-ми индивидуальной адаптации (мелкие грызуны, насекомые и др.)