Презентація на тему:
Критерії та структура популяції

Критерії та структура популяції

Рівні організації живої матерії, які вивчає екологія: - біосферний; - біоценотичний; - популяційно-видовий; - організмений.

Популяція — це фундаментальне поняття в біології. Слово популяція походить від латинського «популюс» — народ, назва, яка використовувалась у XVIII ст. У 40-50 роках XX сторіччя з'являється вчення про мікроеволюцію. Засновником цього напрямку в Росії був відомий російський генетик М. В. Тимофєєв-Ресовський. Суть учення полягає в тому, що саме популяція, а не особина є елементарною еволюційною одиницею. У наш час є багато визначень цього поняття. Одні враховують екологічний бік поняття, інші — генетичний. Найбільш поширеним є таке визначення: популяція — сукупність особин одного виду, що займають певну територію, можуть обмінюватись генетичною інформацією і функціонують як частина біоценозу.

ОСНОВНІ ОСОБЛИВОСТІ ПОПУЛЯЦІЇ ЯК БІОЛОГІЧНОЇ СИСТЕМИ 1. Це генетична система (генофонд у всіх популяцій одного виду один і той же, а алелофонд — різний). Тому популяція — унікальна. 2. Це цілісна система. Реагує як єдине ціле на дію різних факторів. 3. Це не гомогенне утворення, а складна структурована система (бо можна говорити про генетичну, екологічну, етологічну, фізіологічну структуру тощо). 4. Структура й межі популяції рухомі, динамічні. 5. Це найменша група особин, яка є одиницею еволюції. Популяційна біологія вивчає ознаки життя на рівні популяції, структуру й динаміку окремих популяцій.

Cтрічкоподібні популяції болотяного молочаю в Середній Європі (за А. Г. Вороновим, 1963)

Гілки дубів, вирощених із жолудей, зібраних з різних географічних популяцій: 1– в байрачних лісах Волгоградської області; 2 – в дібровах Білорусії (за М. С. Двораковським, 1983)

Вікова структура популяцій На вікову структуру популяції значно впливають такі показники, як народжуваність і смертність, величина яких залежить від віку особин популяції. Відсоток різних вікових груп у популяціях великою мірою визначає її репродуктивні можливості. У популяціях тварин виділяють три вікові групи: - пререпродуктивна; - репродуктивна; - пострепродуктивна. Відносна тривалість кожного з цих періодів у різних видів тварин різна. У багатьох тварин перший період — найдовший. Наприклад, личинкова стадія (пререпродуктивний період) одноденки триває декілька років, а репродуктивний (імагінальна стадія) — декілька днів. У сучасної людини ці три періоди приблизно однакові, на кожний з них припадає до третини життя.

У популяціях рослин виділяють такі вікові періоди (стадії) 1. Латентна (насіннєва) (se)— у вигляді насіння. 2. Проростки (p). 3. Ювенільна (j)— від сім'ядолі до перших фотосинтезуючих листочків. 4. Імматурна (im) — перехід до молодої рослини. 5. Віргінільна (v) — вегетативно молоді особини, не генеруючі. 6. Генеративна (g) — стадія квітування та утворення плодів. 7. Сенільна (s) — старі рослини, які усихають. (Більш стабільна популяція характеризується великою кількістю рослин віргінільної та генеративної стадій. )

Вікові стани костриці лучної (А), волошки сибірської (Б): р– проростки; j – ювенільні рослини; im – імматурні; v – віргінільні; g1 – молоді генеративні; g2 – середньовікові генеративні; g3 – старі генеративні; ss – субсенільні; s – сенільні

Онтогенез дуба черешчатого у сприятливих умовах (зверху) і при нестачі світла (за О. В. Смірновою, 1998)

Співвідношення вікових груп оселедця за 14 років. «Урожайні» покоління простжуються протягом декількох років (за Ф. Швердпфегером, 1963)

У популяційній біології використовують таке поняття, як піраміда віку. Розрізняють три типи пірамід віку. 1. Піраміда з широкою основою — високий відсоток молодих особин. Така піраміда характерна для популяцій зі швидким ростом. 2. Піраміда з середньою основою — середній відсоток молодих особин. 3. Піраміда з вузькою основою — старі особини чисельно переважають над молодняком. Характерна для популяцій, чисельність яких зменшується. У багатьох тварин, які є об'єктом полювання чи рибальства, піраміди віку змінюються за волею людини. Для видів, популяції яких кожного року значно поповнюються за рахунок молоді, можна частку особин вилучити з популяції без загрози для її стану.

Вікова структура популяцій у тварин (за Ю. Одумом, 1975; В. Ф. Осадчих и Є. А. Яблонскою, 1968): А – загальна схема, Б – лабораторні популяції нориці Microtus agrestis, В – сезонні зміни співвідношення вікових груп молюска Adaena vitrea у північному Каспії. Різна штриховка – різні вікові групи: 1– зростаюча, 2 – стабильна, 3 –популяція, що скорочує чисельність

Вікова структура таймирської популяції дикого північного оленя в період помірного (А) и надмірного (Б) мисливського промисла (за О. О. Колпащиковим, 2000)

Статева структура популяцій Характеризується співвідношенням особин різної статі в популяції. Це поняття стосується лише різностатевих організмів. Більшість вищих рослин і деякі нижчі тварини є гермафродитами. Співвідношення статей — це відношення кількості самців до самок. Кількість самців і самок у популяціях майже однакова. Сьогодні відомі генетичні закони, які регулюють це співвідношення. Іноді на співвідношення статей впливають не тільки генетичні закони, але й умови середовища існування. Наприклад: руда лісова мурашка відкладає яйця, з яких за температури менше +20°С розвиваються самці, а за більш високої — майже виключно самки. Механізм цього явища полягає в тому, що мускулатура сім'яприймача, де зберігається після копуляції сперма, активізується тільки за високих температур. З незапліднених же яєць у перетинчастокрилих розвиваються лише самці. Залежно від типу розмноження існують такі популяції організмів: 1. Клональні популяції — це вегетативне потомство однієї особини, ідентична копія материнської особини. Такі популяції генетично збіднені. 2. Панміктичні популяції — утворюються внаслідок вільного схрещування різностатевих особин з різними генотипами. Генетичний резервуар таких популяцій дуже багатий завдяки мутаціям та спадковості.

Просторове розміщення особин в популяціях 1. Рівномірне. Зустрічається рідко, за відсутності гострої внутрішньовидової боротьби особин. 2. Групове. Спостерігається, коли є: а) локальні зміни в середовищі існування; б) добові та сезонні зміни; в) здатність особин до агрегації. 3. Випадкове. Зустрічається найчастіше. На популяцію одночасно впливають численні фактори.

Основні варіанти розташування колоній великих піщанок (за Е. В. Ротшильдом, 1966): 1– суцільні рівномірні поселення; 2 –суцільні мережевні поселення; 3 – вузькострічкові; 4 – широкострічкові; 5 – дрібноострівні; 6 – великоострівні; 7 – окремі скупчення колоній.

Основні типи хітніх ділянок у тварин (за М. П. Наумовим, 1972): А – поодинокі, розмежовані, що охороняються; Б –поодинокі, що перекриваються; В – групові розмежовані; Г – групові, що перекривають одна одну (у колоній птахів на островах)

Індивідуальні ділянки шести малих ховрахів в Нижньому Поволжі (за А. Н. Солдатовою, 1955): 1– межі індивідуальних ділянок у самок; 2 – те ж у самців; 3 – гніздові нори самців; 4 – виводкові нори самок. Заштриховано місця годівлі, яким тварини віддають перевагу.

Спектрограми сигналів тривоги, що видають довгохвості арктичні ховрахи. Сигнали чують сусіди (за О. і. Константиновим, В. М. Мовчаном, 1985)

За типом використання території всі рухомі тварини розподіляються на осілі та кочові. Осілий спосіб життя. За такого способу життя тварини довгий час займають свою ділянку. В них добре розвинуте почуття «хомінгу». Позитивне значення осілого способу життя: - надійна орієнтація тварин на території; - здатність утворювати укриття, систему запасів. На чужій території особини осілого способу життя стають метушливими, частіше гинуть від ворогів. Негативним моментом є швидке виснаження ресурсів біоценозу. Закріплення окремої ділянки за особинами досягається різними засобами, а саме: охороною межі (пряма агресія спостерігається рідко); ритуальною поведінкою (демонстрація загрози та інше).

Кочовий спосіб життя — це спосіб життя, який не залежить від запасу їжі. За таких умов збільшується ймовірність загибелі від хижаків, тому кочує не одна особина, а декілька (деякі риби, птахи, копитні). Іноді спостерігається тимчасовий перехід до осілого способу життя (взагалі північні олені можуть мігрувати, але окремі особини залишаються на одному місці).

Територіальні відносини в рослин проявляються у вигляді агрегації, яка є наслідком вегетативного розмноження, слабкого розповсюдження насіння (проростання поблизу материнської особини). З часом спостерігається рівномірне розміщення особин внаслідок внутрішньовидової конкуренції. У цілому для рослин та для деяких нижчих тварин можна застосувати екологічне правило: тенденція до групового розміщення, до агрегації перебуває в зворотному зв'язку з рухливістю стадій розселення (насіння, спори).

Етологічна структура популяцій Це система відносин між членами однієї популяції. Форми спільного існування особин у популяціях різноманітні. 1. Поодинокий спосіб життя характерний для багатьох видів на певній стадії життєвого циклу. 2. Сім'я — група особин, в якій посилюється зв'язок між нащадками й батьками. Вона може бути змішаного типу (птахи, деякі ссавці); батьківського типу (виховання здійснює самець, наприклад африканський страус, колючка); материнського типу (саламандра, червуга). 3. Колонія — групове об'єднання осілих тварин. Вони можуть існувати довго або виникати лише на період розмноження (птахи, морські котики, тюлені, терміти, бджоли, мурашки, бабаки, лемінги).

Жук-чернотілка в пустелі. Поодинокий спосіб життя.

Участь самців і самок у будівництві гнізда в сімейних парах горобців (за В. В. Іваницьким, 1977). Види горобців: I – іспанський; II – індійський; III – саксаульний; IV – кам”яний. По горизонтальній осі – стадії репродуктивного циклу: А – холостий самець; Б, В, Г – час від утворення пар до насиджування; Д – насиджування. По вертикальній осі – середня частота принесення матеріалу за годину.

Різні варіанти колоніальних гніздувань у птахів: ліворуч– колонія білих гусей в тундрі (з фото А. В. Кречмара); праворуч – гніздування альбатросів на Сандвичевих островах (за А. Е. Бремом, 1911);

Різні варіанти колоніальних гніздувань у птахів: ліворуч – колонія граків (за А. В. Міхеєвим, 1960); праворуч – спільна гніздова споруда африканського суспільного горобця (за М. Н. Карташовим, 1974)

4. Зграя — тимчасове об'єднання тварин одного виду (птахи, риби). Найбільш поширена зграйність серед птахів і риб, через ссавців вона характерна для багатьох собачих. Зграї риб дуже мінливі за величиною, формою, щільністю. У птахів зграї формуються під час сезонних перельотів або зимових годівель (у осілих і кочових форм ). У зграях ссавців велику роль відіграють ватажки, специфічні відносини складаються між окремими особинами, що зближує ці групові утворення зі стадами. 5.Гурти (стада)— триваліші й постійніші об'єднання тварин порівняно зі зграями. Основу групової поведінки тварин у стадах становлять взаємовідносини домінування — підлеглості, що грунтуються на індивідуальних відмінностях між особинами.

Основні типи структури зграї пелагічних риб (за Д. В. Радаковим, 1972): 1– ходова; 2, 2а – оборонна; 3 – кругового огляду; 4 – при живленні риб-планктонофагів; 5 – при живленні пелагічних хижаків.

Маневр зграї верховки при нападі (кидок) щуки (за Д. В. Радаковим, 1972)

Індивідуальні дистанції та напрямки огляду у архарів під час відпочинку (за Л. М. Баскіним, 1976)

Походний порядок гурту павіанів (за Ф. Р. Фуенте, 1972) в дорозі С – самки; М – молодняк; В – вожаки; Н – самці нижчого рангу

Походний порядок гурту павіанівв (за Ф. Р. Фуенте, 1972): при нападі леопарда. С – самки; М – молодняк; В – вожаки; Н – самці нижчого рангу

Система домінування особин у популяціях може бути різною, а саме: 1) ієрархія за схемою «трикутника»: А нападає на В, В — на С, а С підпорядковує собі А; 2) лінійна ієрархія в ряду рангів А — В — С (особини наступного рангу підпорядковані попередньому). Подібні відносини виникають у зграях їздових собак; 3) паралельна ієрархія (окремо серед самців і серед самок); наприклад, у популяціях мавп; 4) деспотія (домінування однієї особини над усіма іншими (мавпи)). Біологічне значення відносин між особинами одного виду: захист особин від ворогів; виховання молоді; здобування їжі тощо.

Зустріч двох самців газелі Гранта (за Р. Шовеном, 1972): А-Д – пози, що відповідають різним фазам ритуалу протистояння; Е – самець, що повернув голову, – переможець

Екологічна структура популяції це відношення особин однієї популяції до різних екологічних факторів. Наприклад: особини в популяції можуть різнитись між собою за фенологією, за їжею (імаго та личинки); за рухом (крилаті й безкрилі форми попелиць).

Імаго та німфа бабки

Поліморфізм популяції Це існування в межах одного виду особин з різко відмінними ознаками. Основою його є генетичні, цитогенетичні та фенотипічні особливості особин. Це різноманіття підтримується природним добором. Розрізняють такі його види: 1. Сезонний поліморфізм — відмінність особин різних поколінь, що розвиваються в різні пори року. Наприклад, літні та осінні форми деяких метеликів; весняні та літні форми хвощу польового. 2. Статевий поліморфізм — різниця в зовнішньому вигляді самців та самок. Наприклад: у бджіл — трутні, матки, робочі бджоли; у термітів — матка, робочі, солдати. 3. Віковий поліморфізм — це існування морфологічних змін в особин популяції за віком. Наприклад: комахи, що проходять повний цикл розвитку (яйце, личинка, лялечка, імаго).

Поліморфізм у хвоща польового (сезонний)

Статевий поліморфізм у медоносної бджоли

Статевий поліморфізм у термітів Термиты : 1 — молодая крылатая самка; 2, 3 — «солдаты»: 4 — рабочая особь; 5 — самец, сбросивший крылья.

«Царская камера», в которой лежит самка-матка термитов. Грудь и голова у самки маленькие, меньше, чем у «солдат». Но ее брюшко, наполненное яйцами, достигает длины 140 мм. Вокруг самки — рабочие особи, ухаживающие за ней, и охрана.

Існування в популяції екологічних та етологічних груп — це теж прояви поліморфізму. Значення поліморфізму: - розширює середовище існування; - дає матеріал для виникнення нових видів шляхом дивергенції ознак різних груп особин, які становлять поліморфний вид; - дозволяє виду нормально існувати, підтримувати гомеостаз в умовах середовища, що змінюється.