Популяция как форма существования вида. Тема: «Популяция как форма существования вида и как особая генетическая система

Правило объединения в популяции было сформулировано в 1903г. С.С. Четвериковым:

индивиды любого вида живого всегда представлены в природной среде на изолированными отдельностями, а только их определенным образом организованными совокупностями.

Особи любого живого вида распределены в пределах ареала неравномерно, образуя сгущения и относительно разреженные участки. «Центры плотности « каждого вида и образуют, как правило, популяции, которые являются элементарной структурой вида, формой в которой вид существует в природе.

По определению академика С.С. Шварца , популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

В современном представлении популяция - это минимальная самовоспроизводящаяся совокупность особей одного вида, длительно существующая на определенной территории (ареале), отделенная от других популяций той или иной формой изоляции, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу. У растений совокупность особей одного вида среди особей другого вида называют ценопопуляцией .

При половом размножении обмен генами превращает популяцию в относительно целостную генетическую систему. Если перекрестное оплодотворение отсутствует и преобладает вегетативное размножение, генетические связи слабее и популяция представляет собой систему клонов или чистых линий, совместно использующих среду. Такие популяции объединены в основном экологическими связями. Генетическая цель популяции – оставление жизнестойкого потомства при максимальном использовании ограниченных ресурсов среды.

Популяция является элементарной микроэволюционной структурой . Под действием факторов окружающей среды в популяции постоянно происходят наследственные изменения (мутации). Поскольку мутации передаются потомству, в результате скрещивания они распространяются в популяции и насыщают ее, популяция становится неоднородной. В результате действия факторов эволюции выживают и оставляют потомство те особи, которые приобрели наследственные изменения, полезные в данных условиях среды. Так формируется экологический критерий популяции и вида в целом.

Основным экологическим свойством популяции является способность к беспрерывному изменению, движению, динамике,что сильно влияет на другие экологические характеристики популяции:

структурно-функциональную организованность;

численность и ее динамику;

биологическое разнообразие;

величину занимаемого пространства;

устойчивость системы.

Характеристики популяции, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения, условия при которых формируются популяции изучает раздел экологии, называемый демэкология (от греч. демос – народ). При этом приоритетной для демэкологии проблемой являются биотические взаимоотношения.

Показатели популяций.

Являясь групповыми объединениями особей, популяции обладают рядом специфических показателей, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Основными количественными характеристиками популяции являются:

плотность,

численность,

рождаемость,

смертность,

возрастной состав,

характер распределения в пределах территории,

темп роста.

При этом выделяют 2 группы показателей – статические и динамические (эмерджентные).

Состояние популяции в данный момент времени характеризуют статические показатели . К ним относятся следующие.

Численность - это общее число особей на выделяемой территории или в данном объеме. Этот показатель популяции никогда не бывает постоянным, а изменяется в пределах определенного диапазона. В соответствии с правилом максимума размера колебаний численности (плотности) популяционного населения Ю Одума , существуют определенные верхние и нижние пределы для размеров численности (плотности) популяции, которые соблюдаются в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длительного отрезка времени в условиях стабильности среды обитания.

Численность различна у разных видов и в значительной мере зависит от стабильности экологической ситуации, что сказывается на соотношении интенсивности размножения (плодовитости) и смертности.

К. Фридерихсом в 1927 г. была сформулирована теория биоценотической регуляции численности популяции : регулирование численности популяции есть результат комплекса воздействий абиотической и биотической среды в местообитании вида.

Размеры популяции возрастают за счет иммиграции из соседних популяций и за счет размножения особей. Общая численность (и плотность) населения популяции регулируется правилом максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей.

Максимальная рождаемость возможна только в идеальной системе, т.е. при отсутствии факторов среды, сдерживающих рост численности и размножение ограничено только физиологическими особенностями вида. В реальных условиях существует экологическая или реализуемая рождаемость.

Уменьшение размеров популяции происходит в результате смертности и эмиграции особей.

Таким образом (слайд),

Изменение численности популяции

Численность не может быть ниже определенных пределов, сокращение численности за эти пределы может привести к вымиранию популяции. Во всех случаях в популяциях действуют законы, позволяющие использовать даже ограниченные ресурсы среды для оставления потомства.

У растений, как правило, учитывают не число особей, а биомассу , т.е. общее количество органического вещества всей совокупности тех или иных организмов с заключенной в нем энергией, выражаемое в единицах массы или энергии в пересчете на живое или сухое вещество, а также отнесенное к единице площади или объема.

Плотность популяции определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема, занимаемого популяцией пространства. Плотность популяции также изменчива, она зависит от численности, что отражено в правиле максимума размера колебаний численности (плотности) популяционного населения Ю Одума и в правиле максимальной рождаемости . В случае возрастания последней плотность популяции не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение, т.е. расширение ареала.

Территория, занимаемая разными популяциями одного вида, колеблется и зависит от степени подвижности особей. Каждому виду присуща определенная плотность популяции, отклонения от которой в обе стороны отрицательно сказываются на темпах воспроизводства и жизнедеятельности особей.

К динамическим (эмерджентным) показателям относятся следующие.

Рождаемость (плодовитость) - это число новых особей, появившихся в результате размножения за единицу времени. Живые организмы обладают огромной способностью к размножению. Она характеризуется так называемым биотическим потенциалом , представляющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном только теоретически при идеальных экологических условиях существования) особи одного вида могут покрыть земной шар ровным слоем. Это важнейший, хотя и условный показатель.

Например, биотический потенциал:

у слона – 0,3 м/с;

для некоторых бактерий – несколько сот м/с.

Самка косули способна произвести за жизнь 10-15 козлят.

Один одуванчик менее, чем за 10 лет способен заселить своими потомками земную поверхность, если все семена прорастут Р. Дажо, 1975г.).

Рыба-луна откладывает за жизнь до 3 млрд икринок.

На практике такая громадная плодовитость никогда не реализуется.

Рождаемость определяется многими факторами:

биологическим положением вида: низкая плодовитость характерна для тех видов, которые проявляют большую заботу о потомстве;

скоростью полового созревания,

числом генераций в году,

соотношением в популяции самцов и самок.

обеспеченностью пищей,

возможностью выкормить потомство,

влиянием природных условий.

Смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени. Она бывает очень высокой и изменяется в зависимости от условий среды, возраста и состояния популяции. У большинства видов смертность в раннем возрасте всегда бывает выше, чем у взрослых особей. Факторы смертности очень разнообразны. Она может быть вызвана:

влиянием абиотических факторов среды (низкие и высокие температуры, ливневые осадки, град, избыточная или недостаточная влажность),

биотическими факторами (отсутствие корма, инфекционные заболевания),

антропогенными факторами (загрязнение окружающей среды, уничтожение животных, деревьев).

Прирост популяции - это разница между рождаемостью и смертностью, прирост популяции может быть как положительным, так и отрицательным.

Темп роста популяции - это средний прирост популяции за единицу времени.

Вспомните из учебника «Растения. Бактерии. Грибы и лишайники», какие условия окружающей среды влияют на организмы. Приведите известные вам примеры такого влияния. Каково его значение?

Виды организмов существуют в природе в форме отдельных популяций. Каждая из них характеризуется определенными показателями, а также имеет хорошо выраженную структуру составляющих ее особей.

Основные показатели популяции. Численность - общее число особей на данной территории. Популяция способна к саморегуляции своей численности. Предельно возможная численность популяции определяется ресурсами среды - пищей, территорией для размножения, укрытиями и др.

Рождаемость - число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени и результате размножения. Величина рождаемости определяется соотношением полов, возрастных групп в популяции, а также частотой размножения и плодовитостью отдельных особей.

Смертность - число погибших в популяции особей за определенную единицу времени. Смертность зависит от погодно-климатических условий, действия хищников, влияния болезней и других неблагоприятных условий окружающей среды.

Прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью. Он может быть положительным (численность популяции увеличивается) и отрицательным (численность популяции снижается). Например, тли, обитающие на зеленых побегах различных растений, за одно лето могут дать 15 поколений, что увеличивает численность их популяций в сотни раз (рис. 137). С наступлением холодов численность тлей в популяции резко сокращается, так как взрослые насекомые погибают, а зимуют только кладки их яиц.

Рис. 137. Популяция тли на побегах растения

Структурная организация популяции. В каждой популяции есть особи, различающиеся по полу и возрасту. Это обусловливает их половую и возрастную структуры.

Половая структура - соотношение особей в популяции по полу. В большинстве популяций оно в момент рождения соответствует 1:1. Однако в результате гибели особей того или другого пола, эта пропорция может изменяться. Например, в популяции утки-кряквы после зимовки число самок уменьшается на 20%.

Возрастная структура - соотношение особей в популяции по возрасту. Присутствие в популяции особей разного возраста повышает ее приспособительные возможности. Соотношение возрастных групп в популяции определяет ее способность к увеличению или уменьшению численности. Так, увеличение числа молодых особей в популяции азиатской саранчи вследствие теплой зимы ведет к быстрому росту численности и необходимости применения средств защиты растений от этого опасного вредителя (рис. 138).

Рис. 138. Популяция азиатской саранчи весной состоит преимущественно из молодых особей

Поведенческая структура - система взаимоотношений между особями популяции. Такая структура характерна только для популяций животных. При одиночном образе жизни особи популяции обособлены и независимы друг от друга (рис. 139). Однако вести одиночное существование постоянно животные не могут, поскольку в этом случае затрудняется встреча самцов с самками и размножение.

Рис. 139. Лисица - животное, ведущее одиночный образ жизни

Некоторые животные, например волки, объединяются для совместной жизни в стаи (рис. 140). В стаях сильно развиты подражательные реакции и существует строгий порядок. Все действия членов стаи согласованы звуковой, зрительной или химической сигнализациями. На период размножения стая обычно распадается на отдельные пары, которые рождают и воспитывают потомство.

Рис. 140. Стая волков может справиться с достаточно крупной добычей

В семьях усиливаются связи и взаимоотношения между родителями и потомством. Например, такой образ жизни характерен для африканских львов. Семья львов (прайд) состоит из взрослого самца, нескольких самок и их детенышей. Взрослые члены прайда сообща охотятся, защищают и воспитывают потомство (рис. 141).

Рис. 141. Прайд львов ва охоте

Более длительное и постоянное, чем стая и семья, объединение животных называют стадом. В стадах обычно есть вожак, которым становится наиболее сильная особь. Вожак берет на себя руководство всей деятельностью стада и поддерживает строгую иерархию его членов путем специальных сигналов, угроз или прямым нападением. В таких стадах у всех особей есть определенный ранг - от высшего до низшего, определяющий, например, преимущественное право потребления пищи, подхода к водопою и обеспечением защиты от врагов (рис. 142).

Рнс. 142. Стадо овцебыков при опасности образует защитное кольцо из сильных самцов вокруг более слабых самок с детенышами

Регуляция численности популяции. Рост численности популяции сдерживают различные условия окружающей среды: погодно-климатические, недостаток пищи, действие хищников, влияние болезней и др. Так, в дождливое лето численность насекомых заметно сокращается, что ведет к гибели значительного числа птенцов у насекомоядных птиц. Суровая зима с высоким снежным покровом является причиной гибели копытных млекопитающих, например оленей, кормящихся на земле.

Рис. 143. Сосновый коконопряд

Чаще всего численность популяции из года в год колеблется около среднего уровня. Вместе с тем в благоприятные для жизни популяции годы ее численность может резко увеличиться. Происходит так называемая вспышка размножения. И тогда начинают действовать условия среды, возвращающие численность популяции к исходному среднему уровню.

Рис. 144. График регуляции численности соснового коконопряда в сибирской тайге

Множественность механизмов регуляции численности популяции ведет к тому, что в природе редко происходят катастрофический ее рост, подрыв ресурсов среды и гибель популяции.

Упражнения по пройденному материалу

Что показывают численность,рождаемость, смертность и прирост популяции?
Охарактеризуйте половую, возрастную и поведенческую структуры популяций в природе.
В чем преимущество семейного, стайного и стадного образов жизни в сравнении с одиночным? Приведите примеры животных, ведущих одиночный, семейный, стайный и стадный образы жизни.
Как осуществляется регуляция численности популяции в природе?
Почему в природе крайне редко происходит гибель популяции того или иного вида организма? Что этому препятствует?

Популяция как форма существования вида

Вильгельм-Людвиг Иоганссен

Датский генетик
В 1903 году предложил термин популяция для обозначения «естественной смеси особей одного вида, неоднородной в генетическом отношении»

Популяция

Группировка особей одного вида, населяющих конкретную территорию и характеризующихся общностью морфобиологического типа, специфичностью генофонда и системой устойчивых функциональных взаимосвязей с окружающей средой

Состав популяции

В состав входят особи, различающиеся по:
Полу (мужские, женские)

Возрасту

Взаимодействию с окружающей средой

Особь

Отдельный организм или живое существо, индивид;
Является дискретной, неделимой единицей жизни;
Биосистема

Взаимодействие особей в популяции

Особи непрерывно обмениваются информацией (наследственной, биохимической, деятельностной…)
Приспособления, обеспечивающие контакты между особями, или предотвращающие их.

Индивидуальные территории

Звуковые сигналы
Пахучие метки
Угрожающие позы

Популяции с высокой плотностью

Колонии

Заросли

Популяции, с значительным расстоянием между особями

Распределение особей в пространстве обеспечивает: 1.Эффективное использование ресурсов среды

2. Служит основой поддержания необходимого уровня внутрипопуляционных контактов между особями

Литневская Елена Федоровна
учитель биологии высшей категории
МОУ-СОШ с. Звонаревка

Урок биологии в 10 классе по теме:

«Популяция, как форма существования вида и как особая генетическая система»

Задачи. Повторить определение вида, видовые критерии. Сформировать знания о популяционной структуре вида, численности, половом и возрастном составе, поведенческих адаптациях, о популяции как генетической системе. Рассмотреть важнейшие экологические характеристики популяции: территорию, которую она занимает, численность, возрастной и половой состав, морфологические и другие особенности. Экологические характеристики дают возможность прогнозирования будущего вида или популяции.

Проверить знания учащихся и повторить материал по теме "Биотические факторы среды".

Оборудование. Мультимедийный проектор, компьютер, электронное учебное пособие «Биология лабораторный практикум. 6-11 класс», таблицы по общей биологии, кодограмма (приложение 1), можно использовать видеоматериалы, презентации.
Ход урока:

Повторение .

Компьютерное тестирование: приложение 3.

Устное повторение.

Представление презентаций по теме отдельными учащимися (по желанию)

Изучение нового материала.

Объяснение с помощью таблиц, кодограммы.
1. Экологическая характеристика вида
Живые организмы, живущие совместно в сообществе, принадлежат к различным видам. Особи различных видов отличаются друг от друга по ряду критериев и не скрещиваются друг с другом, особи одного вида характеризуются сходными видовыми критериями. Каждый вид занимает определенную территорию, ареал. В пределах ареала вид существует в виде популяций - структурных и эволюционных единиц вида. Популяции организмов могут жить только в определенных экологических условиях, если группа популяций живет в географически однородной части видового ареала и отличается устойчивыми морфологическими особенностями от других популяций, то эта группа особей называется подвидом .

Таким образом, к экологическим характеристикам вида относятся ареал , экологические условия , благоприятные для существования особей данного вида и популяционная структура вида . Например, зубры существуют на определенном ареале, предпочитают определенные условия обитания, в настоящее время известно несколько популяций зубров. У бизонов эти же характеристики будут уже другими.

К важным экологическим характеристикам многих видов относятся так же численность вида, половой и возрастной состав, поведенческие адаптации к сезонному изменению климатических факторов.

Численность. Для многих видов характерны периодические и непериодические вспышки численности. Циклические изменения с подъемом численности раз в 4 года характерны для леммингов, песцов, полярной совы. Сезонные колебания численности характерны для многих насекомых, мышевидных грызунов, птиц. Непериодические колебания наблюдаются редко, в результате воздействия комплекса благоприятных абиотических и биотических факторов для данного вида. Например, непериодические вспышки численности наблюдались у непарного шелкопряда, саранчи. Резкий подъем численности наблюдается и у видов, попавших в новые места обитания, классические примеры - размножение кроликов и опунции в Австралии, колорадского жука в Европе.

Половой состав. Соотношение зигот, из которых развиваются особи мужского и женского пола у большинства видов равное, но смертность самцов и самок неодинакова, например, смертность самцов обычно выше у фазанов, утки-кряквы, многих грызунов. Особенно наглядно влияние условий среды на половую структуру видов, в которых происходит чередование половых и партеногенетических поколений. Например, у дафний и тлей все лето популяции представлены только самками, размножающимися партеногенетически, осенью появляются самцы и зимуют оплодотворенные яйца.

Если численность вида невелика, то анализ возрастной структуры помогает прогнозировать численность вида во времени. Например, если преобладают старые особи, не способные размножаться, то это свидетельствует о неблагоприятных условиях и снижении численности. Преобладание молодых особей свидетельствует о благополучном состоянии вида и увеличении его численности.

Вид состоит из популяций, но представляет собой единое целое, так как особи разных популяций встречаются, скрещиваются, происходит постоянный обмен генами между различными популяциями. Целостность вида обеспечивается определенными внутривидовыми взаимоотношениями и в то же время вид репродуктивно изолирован от других видов. Для каждого вида характерен свой кариотип, вследствие различия в числе и строении хромосом особи разных видов не могут скрещиваться друг с другом и давать плодовитое потомство.
2. Экологическая характеристика популяции
Каждый вид существует в форме популяций. Любая популяция существует в определенном сообществе в конкретных условиях и приспособлена к совместной жизни с другими видами, она занимает в природном сообществе определенную экологическую нишу . Экологическая ниша определяется всем комплексом факторов среды, необходимых для существования популяции, вида. Например, у лесных мышей в лесу - одна экологическая ниша, у синиц - другая, дождевые черви, живущие в почве леса, занимают третью экологическую нишу.

Структура популяций . Может быть пространственной, возрастной, половой и генетической . Пространственная структура: разные популяции одного вида занимают различные территории, и на этой территории особи могут располагаться как равномерно (деревья в сосновом лесу), так и мозаично (гнездовья грачей, поселяющихся колониями в рощах и парках). Экологи, изучая природное сообщество, определяют территорию, которую занимает популяция, изучается возрастная структура : соотношение молодых организмов, особей среднего возраста и старых, соотношение полов в популяции. Генетическая структура. Так как генофонд популяции представлен генотипами особей, ее составляющих, понятно, что генофонд разных популяций будет различным, частота встречаемости различных аллелей в разных популяциях будет разной. Важнейшим показателем является численность популяции - общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Для характеристики численности популяции удобно использовать такое понятие, как плотность популяции - число особей, которое приходится на единицу площади или объема. Все эти характеристики помогают оценить состояние популяции, прогнозировать ее будущее.

Численность популяции зависит от баланса рождаемости и смертности, которые, в свою очередь, зависят от абиотических и биотических факторов. При благоприятных климатических условиях и достаточном количестве пищи численность возрастает, при неблагоприятных - уменьшается. Если рождаемость превышает смертность - популяция растущая, если наоборот - популяция становится сокращающейся. Однако популяция - система саморегулирующаяся, существуют верхние и нижние пределы плотности, за которые она выходить не может. Дальнейшее понижение численности грозит вымиранием, при повышении численности выше верхнего предела иссякнет кормовая база, увеличится смертность и произойдет резкое уменьшение численности.

В целях сохранения и рационального использования видов необходимо знать экологические характеристики видов и популяций, знать способы регулирования численности, уметь прогнозировать будущее того или иного вида, особенно тех видов, которые имеют промысловое значение. К мерам, позволяющим сохранить и восстановить численность видов, относятся в первую очередь правильное ведение охотничьего хозяйства и рыбного промысла. Это сроки и места охоты, лицензии на право отстрела определенного количества животных, полный запрет охоты на малочисленные виды, планирование вылова и лов рыбы определенного возраста, воспроизводство малька промысловых видов рыб.

Закрепление . Выполнение учащимися лабораторной работы «Изучение свойств популяций». Работа с электронным учебным пособием «Биология лабораторный практикум. 6-11 класс».

Задание на дом. Изучить текст параграфа 25, ответить на вопросы.

Литература

Биология. Базовый уровень. 10 класс. Учебник для учащихся образовательных учреждений. Пономарева И. Н., Корнилова О. А., Лощилина Т. Е.. Москва Изд. центр "Вентана-Граф" 2010.
Пименов А.В. Уроки биологии в 10 классе. Развернутое планирование. Ярославль. Академия развития, 2001 г.
Пехов А.П. Биология с основами экологии. Санкт–Петербург "Лань" 2000 г.

MULTIMEDIA – ПОДДЕРЖКА КУРСА
Мультимедийный компакт диск

«Биология. Лабораторный практикум. 6-11 класс», Республиканский мультимедиа центр, 2004 г.

Приложение 1. Кодограмма к уроку.

Приложение 2. Карточка у доски.

Запишите номера вопросов,

против них - правильные ответы:

Как называются взаимоотношения, которые можно обозначить ++? Приведите примеры.
Как называются взаимоотношения, которые можно обозначить +-? Приведите примеры.
Как называются взаимоотношения, которые можно обозначить 0+? Приведите примеры.
Как называются взаимоотношения, которые можно обозначить 0-? Приведите примеры.
Как называются взаимоотношения, которые можно обозначить --? Приведите примеры.
Взаимоотношения между акулой и рыбой прилипалой. Данный тип взаимодействия называется:
Взаимоотношения между термитами и жгутиковыми простейшими. Взаимодействие благоприятно для обоих видов и обязательно. Данный тип взаимодействия называется:
Взаимоотношения между раком отшельником и актинией на его раковине. Взаимодействие благоприятно для обоих видов, но не обязательно. Данный тип взаимодействия называется:

Запишите ответы и садитесь на место.

Приложение 3. Тестовое задание.
Тест 1 . Взаимоотношения между популяцией лосей и синицами в лесу, ни одна популяция напрямую не влияет на другую. Данный тип взаимодействия называется:

Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 2 . Ель подавляет рост травы под собой, сама не испытывает отрицательного воздействия. Данный тип взаимодействия называется:

Протокооперация. 5. Нейтрализм.
Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 3 . Хищники питаются за счет своих жертв. Данный тип взаимодействия называется:

Протокооперация. 5. Нейтрализм.
Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 4 . Один вид паразитирует на другом, ослабляя его. Данный тип взаимодействия называется:

Протокооперация. 5. Нейтрализм.
Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 5 . Успех одного вида означает неуспех другого. Например, лиса поймала зайца, значит, волку он не достанется. Данный тип взаимодействия называется:

Протокооперация. 5. Нейтрализм.
Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 6 . Взаимоотношения между акулой и рыбой прилипалой. Данный тип взаимодействия называется:

Протокооперация. 5. Нейтрализм.
Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 7 . Взаимоотношения между термитами и жгутиковыми простейшими, когда взаимодействие благоприятно для обоих видов и обязательно. Данный тип взаимодействия называется:

Протокооперация. 5. Нейтрализм.
Мутуализм. 6. Конкуренция.
Комменсализм. 7. Паразитизм.
Аменсализм. 8. Хищничество.

Тест 8 . Взаимоотношения между раком отшельником и актинией на его раковине, взаимодействие благоприятно для обоих видов, но не обязательно. Данный тип взаимодействия называется: