Страница - 28

§55. Популяция, ее экологические характеристики. Стратегия выживания

Описывать основные характеристики и особенности структуры популяции. Исследовать различные стратегии

Что такое популяция? Какой главный признак объединяет особей в одну по­пуляцию?

Популяция — наименьшая структурная единица обитания вида. Энде­мичные виды (эндемики) чаще всего проживают только в одной геогра­фической точке нашей планеты и состоят из одной популяции. Подавля­ющее же большинство видов существует в форме множества популяций. При исчезновении одной популяции экологической катастрофы не про­изойдет, так как эта потеря может быть восполнена особями другой по­пуляции, которые восстановят утраченный компонент экосистемы. Ученые-экологи тщательно изучают процессы, происходящие в популяциях, так как именно они являются показателями экологического равновесия.

Раздел экологии, изучающий популяции, называется демэкологией.

Показатели и характеристики популяции. Основной показатель по­пуляции – ее численность, т. е. количество особей в ней. Она может составлять от нескольких особей (в популяциях крупных хищников) до миллионов (в популяциях бактерий или насекомых, например в стае саранчи). Кроме того, популяцию характеризуют еще несколько показа­телей.

Плотность популяции показывает, какое количество особей разме­щается на данной территории. В этом показателе отражается соотноше­ние между территорией, занимаемой популяцией, и количеством входя­щих в ее состав организмов. Измеряется плотность количеством особей на единицу площади или объема (для водных и почвенных экосистем).

Рождаемость отражает число родившихся в данной популяции осо­бей за единицу времени, например за год.

Смертность отражает число умерших в данной популяции особей за единицу времени, например за год.

Прирост – это разница между рождаемостью и смертностью за едини­цу времени. Если прирост отрицательный, значит, популяция находится состоянии вымирания и является сокращающейся или исчезающей.

Темпы прироста – это прирост за единицу времени.

Возрастной состав – соотношение между особями разных возрастов данной популяции. Это тоже важнейший показатель, который отражает состояние популяции. Если в ней преобладают молодые и зрелые осо­би, популяция стабильна. Если только стареющие и старые, популяция сокращается.

Половой состав – соотношение между половозрелыми самцами и сам­ками в данной популяции. Этот показатель косвенно отражает состояние популяции. В идеале в раздельнополой свободно скрещивающейся попу­ляции количество самок должно незначительно превосходить количество самцов. Но, как вы помните, есть целые поколения партеногенетических самок у тлей, дафний, комодских варанов и т. д.

Генофонд популяции, или ее генетическая структура, – это сово­купность всех генов, которыми обладают особи в данной популяции. Именно генофонд является тем результатом, к которому в ходе эволюции стремится любая группа живых организмов. Ведь чем больше «полезных генов» в данной популяции, тем выше ее шансы на выживание – эво­люционный успех. Те гены и их формы (аллели), которые обеспечивают проявление полезных в данных условиях признаков, делают организмы более приспособленными.

Стратегии выживания популяций. Еще Ч. Дарвин заметил, что в раз­ных условиях виды стремятся выживать по-разному. В 40-е гг. ХХ в. эту теорию развивал академик И. И. Шмальгаузен. Концепция о двух противоположных способах самосохранения видов получила название K- и r-стратегий выживания.

r-стратегия выживания проявляется в тех случаях, когда на вид влияет множество негативных факторов, огромное количество хищни­ков, паразитов, высокая конкуренция и неблагоприятные природные условия. При таком жестком давлении естественного отбора шансов на выживание даже у хорошо приспособленных особей немного. И тогда единственным способом избежать вымирания является r-стратегия. Это направленность на высокую плодовитость, раннюю половую зрелость, быструю смену поколений и способность к быстрому расселению. В ус­ловиях массовой гибели именно r-стратегия позволяет видам быстро вос­станавливать численность.

K-стратегия выживания имеет место в тех условиях, где естествен­ный отбор идет не хаотично, а размеренно, и где шансы на выживание высоки у хорошо приспособленных особей. То есть K-стратегия происхо­дит в тех условиях, когда гибель в ходе естественного отбора не случай­на, и обеспечивается процесс выживания более приспособленных.

При К-стратегии совершенствуются разные формы заботы о потом­стве, снижается плодовитость, но повышается качество потомства, увеличивается продолжительность жизни. В этом случае совершенствуются механизмы устойчивого поддержания численности популяции.

Между крайними формами этих стратегий выживания есть проме­жуточные. И они используются всеми систематическими группами орга­низмов. То есть нельзя сказать, что все насекомые – приверженцы толь­ко r-стратегии, а все млекопитающие идут только по пути K-стратегии. Даже у разных популяций одного вида, обитающих в разных условиях, усиливаются те или иные стратегии выживания. Но все-таки в основ­ном можно сказать, что для слонов, человекообразных обезьян, морских млекопитающих, крупных хищников семейства кошачьих и некоторых других более характерна K-стратегия. В то время как для мышевидных грызунов, многих видов насекомых (блохи, саранчовые, таракановые, тли и т. д.) более характерна r-стратегия.

Знание и понимание:

1. Как вы понимаете такие показатели популяции, как прирост, его тем­пы, смертность и рождаемость?
2. Возможно ли, чтобы прирост популяции или его темпы были отрица­тельными?

Применение:

1. Предположите, какой из показателей состояния популяции будет ос­новным, по которому можно судить о ее состоянии.
2. Рассмотрите рисунок. Что вы можете сказать о структуре данных по­пуляций? О чем она может свидетельствовать?

Анализ:

1. Изобразите в виде схемы отличия между К- и r-стратегиями выжи­вания.
2. Выскажите ваше мнение: к какой стратегии относятся длительные сроки беременности, долгий период воспитания и выживание хорошо приспособленных видов?

Синтез:

1. Порассуждайте, в чем заключаются особенности популяционных ха­рактеристик эндемиков.
2. Приведите примеры стабильной популяции. Перечислите, в чем за­ключается различие между стабильной, сокращающейся, исчезающей и неопределенной популяциями.

Оценка:

1. Выскажите свое мнение, почему обезьяны заботятся о своих детены­шах дольше, чем все остальные виды животных. Докажите, какой это тип стратегии.
2. Проанализируйте процесс. Кенгуру рождают детенышей примерно че­рез месяц после оплодотворения. Детеныш рождается недоразвитым и заползает в сумку матери, где продолжает свое развитие в течение 9 месяцев. Весь этот период он питается материнским молоком.

Ñразу же после родов самка вновь беременеет, и у нее образуется но­вая зигота, но не развивается до тех пор, пока кенгуренок не переста­нет сосать молоко и не покинет сумку.

Как вы думаете, можно ли отнести этот пример к какой-то из страте­гий? Если да, то к какой? Ответ обоснуйте.

§56. Типы взаимоотношений организмов

Описывать типы взаимоотношений между организмами

Назовите позитивные взаимоотношения организмов. Что такое симбиоз, мутуализм?

Поселяясь на определенной территории, живые организмы приспо­сабливаются к совместному обитанию. Все взаимоотношения организмов разных систематических групп подразделяются на позитивные, негатив­ные и нейтральные.

Симбиоз — сожительство (от греч. сим - вместе, биос - жизнь), форма взаимоотношений, при которой оба организма или один из них извлекает пользу от другого. Симбиоз подразделяется еще на несколько форм.

Кооперация – взаимоотношения, которые взаимовыгодны для обоих организмов. Так, многие птицы кормятся на копытных, выбирая из их шерсти насекомых. При этом птицы в безопасности, потому что на крупное копытное не нападают хищники, способные атаковать птиц. Кроме того, птицы выщипывают зимнюю шерсть у оленей, лосей, коров во вре­мя линьки, используя ее при постройке гнезд.

Известно сожительство раков-отшельников с одиночными коралла­ми – актиниями. Актиния защищает рака своими стрекательными клет­ками и подъедает мелкие кусочки пищи рака. При кооперации сожи­тельство не обязательно, и организмы не погибают друг без друга.

Пример взаимовыгодных отношений – сожительство клубеньковых азотфиксирующих бактерий и бобовых растений (горох, фасоль, соя, ака­ция). Эти бактерии способны усваивать азот воздуха и образовывать его соединения, которые могут использовать другие организмы. При этом, находясь внутри корней бобовых, азотфиксирующие бактерии чувст­вуют себя лучше, чем в почве. То есть корни бобовых заменяют им ком­фортное жилище.

Мутуализм (от лат. мутуус – взаимный) – форма симбиоза, при которой два организма взаимополезно сосуществуют и часто один не может обойтись без другого. Самый известный пример мутуализма – ли­шайники (рис. 109). Это сожительство гриба и водоросли. В лишайнике гифы гриба, оплетая клетки и нити водоросли, образуют специальные всасывающие отростки, проникающие в клетки. Через них гриб получает продукты фотосинтеза, образованные водорослями. Водоросль же полу­чает от гриба воду и минеральные соли.

Еще одна форма мутуалистического симбиоза–микориза. Это симбиз мицелия гриба и корней высшего растения, от которого выгоду получают и гриб, и растение.

Комменсализм (от лат. ком – с, вместе, менса – стол, трапеза) – со- трапезничество. Одна из широко распространенных форм симбиоза, при которой один вид – комменсал – получает пользу от сожительства, а другому – хозяину – это безразлично. В открытом океане крупных мор­ских животных (акул, дельфинов, черепах) часто сопровождают рыбы- лоцманы. При больших скоростях, развиваемых акулой или дельфином, образуется так называемый слой трения, примыкающий непосредственно к поверхности тела этих животных. Лоцманы, попадая в этот слой, дви­жутся с той же скоростью, не затрачивая больших усилий. Они кормятся остатками пищи животных, которых сопровождают, а взамен поедают их эктопаразитов. Кроме того, близость к крупным хищникам защищает лоцманов от нападения. Сами акулы лоцманов не трогают. Очевидно, что пользу от совместного обитания получают главным образом лоцманы. Такие отношения между видами называются нахлебничеством. Оно мо­жет принимать разные формы. Например, гиены подбирают остатки не доеденной львами добычи.

Квартирантство – форма взаимоотношений, когда один вид ис­пользует другой организм или его жилище для проживания. Мальки мелких рыб прячутся под зонтиками крупных медуз, где находятся под защитой щупалец, снабженных стрекательными клетками. Особо инте­ресны анемоновые рыбы (рис. 110). Они живут среди щупалец актиний, или морских анемон, но чтобы не быть ужаленными, хитрят. Рыбки дают слегка себя ужалить. Затем вырабатывают слизь, как у актиний. И после этого актинии думают, что рыбки «свои» и не стрекают их.

В гнездах птиц, норах грызунов обитает огромное количество чле­нистоногих, использующих благоприятный микроклимат и находящих там пищу в виде разлагающихся остатков.

 Знание и понимание:

1. Дайте определения понятию симбиоз. Какие виды симбиоза вы можете выделить?
2. Как вы понимаете мутуализм, комменсализм, квартирантство?

Применение:

1. Определите связь между организмами в ходе мутуализма. Покажите на конкретных примерах
2. Сравните квартирантство и комменсализм.

Анализ:

1. Изобразите в виде схемы позитивные взаимоотношения, указав их виды и отобразив особенности взаимодействия организмов.
2. Выскажите ваше мнение о причинах формирования симбиоза в при­роде.

Синтез:

1. Приведите примеры каждого из видов положительных взаимоотноше­ний.
2. В чем эволюционный смысл взаимовыгодных отношений? Какие пре­имущества они предоставляют организмам?

Оценка:

1. Напишите реферат на тему «Микориза и ее роль в формировании устойчивых лесных сообществ».
2. В пищеварительной системе животных обитает множество одноклеточ­ных симбиотических организмов, как прокариотных, так и эукариот- ных. У термитов есть инфузории, у копытных – инфузории и бакте­рии, у хищных – бактерии. Считается, что полноценное пищеварение без симбионтов вообще невозможно. Как в эволюции могли сформиро­ваться такие взаимоотношения? Выскажите свое мнение.