Лекция 4: Основы демэкологии – популяционная экология
План.
- Понятие категории популяция.
- Основные свойства популяции.
- Особенности популяций человека.
- Популяция – совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида.
Популяция является структурной единицей вида и элементарной единицей эволюции. Условием существования популяции является ее толерантность к факторам среды.
Классификация популяций:
А) по размерам популяции и степени генетической самостоятельности различают: элементарные или локальные, экологические, географические;
Б) по способности к самовоспроизведению и самостоятельной эволюции: перманентные (постоянные, относительно устойчивые в пространстве и во времени), темпоральные (временные, неустойчивые в пространстве и во времени).
В) по способу размножения: панмиктические (размножающиеся половым путем), клональные (размножающиеся бесполым путем), клонально-панмиктические (присутствует как половое, так и бесполое размножение).
2. Популяции характеризуются рядом свойств, которые можно разделить на две общих группы:
1) статические – характеризуют состояние популяций в данный момент времени (численность, плотность, структура популяции.
2) динамические – характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени (рождение, смертность, прирост, скорость роста).
К статическим свойствам относят:
1) численность- число растений, животных в единицу времени (перепись, отлов, подсчет с самолета),
2) плотность- распределение особей на единицу площади или объема. Правило: чем крупнее, тем больше площадь нужна, тем плотность меньше (меченье, пробная площадь, перепись).
Механизмы торможения роста численности (плотности):
* при повышении плотности популяции и повышенной частоте контакта между особями возникает стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышенную смертность;
* при увеличении численности усиливаются миграции в краевые зоны, где условия не благоприятны для вида;
* при увеличении плотности происходят генетические изменения (например, быстро размножающиеся особи сменяются на медленно размножающиеся).
3) показатели структуры популяции (половой, возрастной, пространственно-этологический):
а) Половая структура– соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Различают первичное, вторичное и третичное соотношения. Первичное соотношение – соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1.Такое соотношение обусловлено генетическим механизмом определения пола. У большинства видов наблюдается закономерно равное количество особей одного вида. В отдельные периоды жизни эти соотношения полов могут нарушаться. Так В.Н. Сукачев проводил опыты со многими видами растений и выяснил, что у двудомных растений в незагущенном участке из семян вырастают 50 % самки и 50 % самцы. При загущении насаждении, прорастают и выживают большое количество женских особей. Существует корреляция: чем выше плотность насаждения, тем выше % женских особей. Другие ученые отмечали, что у мышей погибали от перенаселения самцы, т.к. у них происходило увеличение надпочечников, что приводило к гибели. У человека при зачатии мальчиков образуется больше с перевесом на 25%. Почему?На 3 месяце беременности случаются выкидыши – скорее всего это мальчики. Это объясняется плохой стрессоустойчивостью мужских особей к экологическим факторам. Поэтому природа генетически запрограммировала небольшое увеличение соотношения в сторону мужских особей. В настоящее время известно, что курение приводит к укорачиванию пуповины, вызывая преждевременные роды или выкидыши. Т.о. соотношение полов может меняться в течение жизни у разных видов. Существуют регионы, где рождение девочек в 4 раза выше (восточные страны), чем рождение мальчиков. Но есть регионы (например, в Африке), где на 9 мужчин приходится 1 женщина.
Вторичное соотношение – соотношение, наблюдаемое при рождении. Третичное соотношение – соотношение, наблюдаемое у взрослых половозрелых особей. Вторичное и третичное соотношения зависят от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида. Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в третичном – женщины.
б) Возрастная структура – соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрасных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется рядом свойств и особенностей вида: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др. В зависимости от способности особей к размножению различают группы: предпродуктивная (особи еще не способные размножаться), репродуктивная (особи способные размножаться), постпродуктивная (особи уже не способные размножаться). Возрастную структуру выражают при помощи возрастных пирамид.
в) Пространственно-этологическая структура – характер распределения особей в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения) вида. Распределение может быть равномерное, неравномерное и случайное.
К динамическим показателям относят:
а) рождаемость – число особей, рождающихся в популяции на единицу времени (скорость рождаемости определяется b=ÑNn/Ñt).
б) смертность- число особей, погибших в популяции на единицу времени (скорость смертности определяется d=ÑNm/Ñt)
в) скорость роста популяции (R=b-d)
Если в популяции b=d, то r=0, т.е. популяция стационарна.
Если b¹d,то r-положительный b³d (увеличение численности) и отрицательный- b£d (снижении численности).
На скорость роста численности популяции не меньшую роль играют эмиграционные процессы, физиологическая продолжительность жизни (продолжительность, определяемая физиологическими возможностями организма), максимальная продолжительность (продолжительность до которой может дожить малая доля особей в реальных условиях среды (несколько минут у бактерий, до несколько тысячелетий у древесных - секвоя («драконово дерево»); дождевой червь- 10 лет, лягушка 20 лет, черепаха- 150).
- Популяция человека - популяция особого вида (HOMO SAPIENS), обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявления значительно отличается вследствие таких факторов, как искусственная среда, социально-экономические условия, называемых термином социум.
Демография (греч. «демос»- народ) – наука, изучающая население, его структуру, состав, динамику и воспроизводство (рождаемость, смертность, продолжительность жизни) в их общественно-исторической обусловленности. В последние годы формируется экологическая демография, исследующая взаимосвязь демографических процессов со средой обитания людей.
Для человеческой популяции в настоящее время характерен невиданный по масштабам «демографический взрыв (резкое увеличение темпов роста населения). Особенно четко он выражен в странах Азии, Африки и Латинской Америке, относящихся к группе развивающихся. Масштабы демографического взрыва видны из данных:
| 10…12 тыс. лет назад (до неалитической революции - к с/х) | 0,2…0,3 млд чел. |
| 1830 г (промыш. революция) | 1 млд. чел. |
| 2 млд. чел. | |
| 3 млд. Чел | |
| 4 млд. Чел | |
| 5 млд. Чел | |
| 6 млд. Чел |
Такой рост стал возможен за счет улучшения качества медицины, возникновения новых технологий, улучшения качества питания.
Графически численность растет по экспоненте. Такие же закономерности роста характерны для производства продовольственных и промышленных товаров, энергии и добычи природных ресурсов, накопления информации и т.д. Это свидетельствует о тесной взаимосвязи численности населения, научно-технического уровня и воздействия на среду. Однако темпы прироста географически распределены неравномерно. Темпы прироста населения выражают в % (разница между коэффициентами рождаемости и смертности). В 70-80-е годы численность в мире увеличивалась на 2…2,2 %, но в настоящее время снизилась до 1,7%. Основной прирост как и численность приходится на развивающиеся страны, где удвоение проходит примерно за 33 года, в развитых только за 117 лет. Нулевой прирост численности населения происходит при простой воспроизводимости (2 родит. - 2 ребенка). В развитых странах СКР (средний коэффициент рождаемости) близок к 2, в развивающих составляет 4, 8. В ряде развитых государств прирост прекратился и имеет отрицательный характер. Например: Германия, Дания, Англия, Россия, Венгрия, Прибалтика. В среднем в Европе прирост населения не превышает 0,23%.
Кроме рождаемости и смертности, изменение численности населения в отдельных странах и регионах происходит за счет миграции и эмиграции. В США 1/3 увеличения численности населения происходит за счет иммиграции. США принимает в 2 раза больше иммигрантов.
Для прогноза численности имеет значение возрастной состав:
а) для развитых стран характерна колоннообразная пирамида (небольшая доля молодого поколения свидетельствует о старении популяции.
б) для развивающихся стран она расширена к низу за счет молодого поколения.
Прогноз к 2025 году в странах Юга прогнозируется численность населения равная 7,2 млр. (85% от мирового), сейчас 3,9 млр. (75%). В странах севера численность не изменится и составит 1,3 млрд. человек (сейчас 1,2 млрд.):
Таблица 1- Прогноз численности населения.
| Страны | 1993 год | 2025 год |
| Китай | ||
| Индия | ||
| США | ||
| Индонезия | ||
| Россия | ? | |
| Бразилия | ||
| Япония | ||
| Пакистан | ||
| Нигерия |
Соотношение рождаемости тоже изменится: из 10 детей на Юге рождается 9, на севере -1 (9:1), к 2025 году соотношение составит 20:1.
Причины высокой рождаемости на юге: - восточный менталитет: «жизнь не самоценность», вера в загробную жизнь;
-отсутствие гарантий в старости со стороны государства;
-отсутствие расходов на образование и профессиональную подготовку детей (ранние браки, включение детей в труд с 4-5 летнего возраста)
-неучастие женщин в труде;
-запрещение абортов, поощрение религии большой семьи;
-отсутствие противозачаточных средств.
Причины низкой рождаемости на севере абсолютно противоположны.
Россия :- устойчивая депопуляция и прогрессирующее старение населения;
-низкий уровень рождаемости;
-смертность трудоспособного населения (мужчин), высокая младенческая смертность, ухудшение медицинских условий;
-усложнение миграционной ситуации;
-изменение продолжительности жизни (женщины -72 года, мужчины- 58 лет, для сравнения – в Японии 77, США 73, Египте- 65, Иране 68 лет.
Доля русского населения особенно страдает в Псковской, Тульской, Тверской, Новгородской, Ивановской, Рязанской, Ярославской области.