Динамика численности животных

Дикие животные находятся в постоянном противоречивом единстве со средой, которую они населяют. В движении численности (ее динамике) отражается суммированный итог взаимодействия с окружающей средой и количественный результат борьбы за существование. Известно (Лэк, 1957), что изменение численности обусловлено меняющимся сопротивлением среды, снижающим плодовитость и увеличивающим гибель особей; взаимодействием хищников и жертв, паразитов и хозяев (возрастание численности врагов и паразитов снижает плодовитость и увеличивает гибель жертв).

Механизм регуляции численности в природе сложен, и пока нет его законченного теоретического обоснования. При изучении устойчивости численности установлено, что ее колебания в природе значительно меньше тех, которые могли бы быть вызваны изменениями плодовитости. То есть роль плодовитости в регуляции численности животных невелика.

Динамика численности у разных видов животных стремится к равновесию, хотя и достигает при этом большой амплитуды. Это свойство популяции обусловлено рождаемостью и смертностью. Даже при периодических подъемах и спадах численности эти два процесса в многолетнем плане достаточно сбалансированы.

Низкая плодовитость - характерное свойство медведя, лося, косули, оленей, ластоногих, высокая присуща волку, лисице, песцу, белке, ондатре. Та или иная плодовитость формировалась в процессе эволюции как приспособление вида к условиям среды. Животные не в состоянии быстро отвечать изменением плодовитости на все временные ухудшения или улучшения в природной обстановке, хотя у них существует механизм популяционной авторегуляции воспроизводства. Снижение плодовитости наблюдается как при повышении плотности населения вида, так и при резком ухудшении условий существования, что считается адаптацией к поддержанию численности вида на оптимальном уровне.

Восстановление численности после резкого ее снижения в результате стихийных бедствий (наводнения, пожары, засухи, гололед и пр.) происходит довольно быстро. Наглядно и восстановление численности животных, взятых под охрану после чрезмерного истребления. В естественных условиях популяции стремятся увеличивать свою численность до тех пор, пока не наступит равновесное состояние с условиями среды обитания. Этот уровень следует считать максимальным, так как даже незначительное ухудшение условий жизни повлечет за собой снижение численности. При высокой плотности гибнет больший процент животных, чем при низкой. Выживаемость молодняка по мере нарастания численности снижается по экспоненциальной кривой (Смирнов, 1967).

Плодовитость.У большинства видов млекопитающих доказан наследственный характер величины выводка (у оленевых - 1-3, свиных - 4-12, волчьих – 4-10, куньих – 3-10, ластоногих - 1-2, грызунов 3-15 и т.д.), но она может меняться в зависимости от внешних условий. Так, у песцов материковых тундр, питающихся леммингами, размер выводка прямо коррелирует с обилием этих грызунов, а у песцов морских побережий, питающихся постоянными выбросами моря, размеры выводка по годам почти не колеблются. У мелких куньих размер выводка коррелирует с наличием кормов. Также установлено, что у молодых (размножающихся впервые) и старых особей размер выводка обычно меньше, чем у средневозрастных животных.

Главным фактором выживаемости молодняка является обеспеченность их и родителей пищей. При благоприятных условиях (хорошая погода, достаточно пищи, малое число хищников) смертность молодняка невелика. При неблагоприятных – смертность в больших выводках выше, чем в малых, что наиболее характерно зрелорождающимся (зайцеобразные, копытные). У незрелорождающихся видов (рождающихся голыми, слепыми и с закрытым слуховым проходом), у особей с малочисленным выводком выживаемость малышей выше, а у особей с большим выводком детеныши развиваются медленнее и вырастают менее жизнеспособные (грызуны, медведи, куньи).

Поскольку у большинства видов млекопитающих половозрелая стадия (период деторождения) продолжается несколько лет, в течение которых они размножаются (некоторые и по несколько раз в год, другие – ежегодно, а третьи – через 1-2 года), то в период родов и выкармливания молодняка они должны расходовать резервы организма не ниже физиологического предела, позволяющего им выжить до следующего сезона размножения. В этой связи у каждого вида выработалась своя стратегия размножения и приспособительные модификации, связанные с количеством пищи. Количество рождающихся детенышей обусловлено физиологическим ресурсом организма и складывающимися условиями жизни (наличие пищи, убежищ, погодные условия), что предваряется рассасыванием всех или части эмбрионов, а сохранность родившихся детенышей – упитанностью матери, погодными условиями и численностью хищников.

Плодовитость животных определяется не только размерами выводка, но и числом приплодов в год. У большинства видов в году бывает по одному выводку (копытные, ластоногие, бобры, сурки, суслики, большинство куньих, все представители волчьих и др.), некоторые размножаются не каждый год (киты, иногда медведи и др.), а представители мышиных, хомяковых, зайцеобразных и отдельные виды других таксонов ежегодно дают по 2-3 и более пометов. Чем крупнее животное и больше продолжительность его жизни, тем меньше его плодовитость, и наоборот.

Сезонность размножения.Сезон размножения каждого вида приурочен ко времени года, когда выращивание молодняка может быть наиболее продуктивным. Обычно это происходит весной и летом, когда появляется достаточно разнообразных кормов. У большинства незрелорождающихся (норники, логовники) малыши появляются зимой (медведи) или ранней весной (волки, лисицы, барсуки, мелкие куньи, сурки, бобры и др.). У этих животных продолжительная лактация, которая совпадает с неблагоприятным весенним периодом. Малыши начинают выходить из своих убежищ в благоприятный период активной вегетации растительности.

У зверей, не устраивающих убежищ для родов, сроки рождения молодняка плотнее увязываются с фенологией растительности и чаще приходятся на середину и конец весны - время активного роста травянистых растений.

Периоды спаривания, беременности, выкармливания детенышей у одних видов быстро сменяют друг друга (мышиные, хомяковые). У других беременность значительно длиннее (до 270-360 и более дней), а спаривание и рождение потомства происходит в разные сроки. У большинства копытных течка происходит летом или осенью, а детеныши рождаются весной. У ластоногих спаривание происходит вскоре после родов на родильных лежбищах, а беременность может достигать почти года, то есть весь период жизни вне суши.

У многих млекопитающих, рожающих весной, истинная беременность длится 2-4 месяца. Чтобы избежать течки в суровое время года у таких видов развилась задержка имплантации (латентная стадия). После оплодотворения яйцеклетки бластула не прикрепляется к плаценте и не развивается до тех пор, пока не произойдет имплантация, после которой зародыш развивается (истинная беременность). Так, у косули течка бывает в июле-августе, детеныши рождаются в мае. У барсука точно также спаривание в июле-августе, детеныши появляются в марте-апреле. Латентная стадия отмечена у медведей, сибирского крота, всех ластоногих, у куньих, за исключением выдры, колонка, ласки, солонгоя, хорьков и европейской норки.

Плодовитость и плотность популяции.Плодовитость и скорость размножения животных находятся в обратной зависимости от плотности их популяции. У многих видов млекопитающих (крысы, мыши, сурки, бобры, ондатры, олени и др.) резко сокращаются воспроизводственные способности при возрастании плотности популяции, что обусловлено повышенной частотой прямых и опосредованных контактов особей, увеличивающих адрено-кортикальную активность в организме, в результате чего происходит задержка развития, роста и снижается процент беременных самок. Высокая плотность оказывает существенное влияние на уменьшение кормовых ресурсов, поэтому при низкой обеспеченности пищей снижается и плодовитость животных. Падение обеспеченности кормом ведет к увеличению гибели молодняка, ослаблению болезнями и к смертности взрослых особей. Уменьшение рождаемости в сочетании с увеличением смертности молодняка может заметно менять численность популяции. Другим результатом влияния плотности популяции являются кочевки животных.

Казалось бы, животные с высокой плодовитостью должны быть более многочисленными, чем с низкой плодовитостью. Плодовитость, несомненно, влияет на численность вида, однако это влияние существенно меняется в зависимости от того, каким образом регулируется рост популяции. Причем эта зависимость может быть очень сложной.

Животные с низкой плодовитостью меньше влияют на снижение кормовой и гнездовой емкости местообитаний, меньше страдают от бескормицы и благополучно переживают влияние других неблагоприятных (биотических и абиотических) факторов среды.

Емкость среды –совокупность биотических условий и различных типов ресурсов, обеспечивающих благополучное существование популяций животных в процессе реализации их жизненного цикла.

Плотность популяции ограничивается двумя типами ресурсов. Первый – невозобновляющиеся – пространство или места гнездования. Использование этого ресурса реализуется через территориальность животных. Территориальность – поведенческий механизм активного саморазобщения в пространстве особей и групп (семей, стай) животных в пределах территории данной популяции. То есть продолжительное пребывание особей в пределах определенной фиксированной территории, включающее агонистические отношения между особями с взаимным избеганием, демонстрацией угрозы на границах своего участка (семьи) или активной агрессии по отношению к нарушителю границ.

Территориальные отношения складываются в результате внутривидовой конкуренции за все ресурсы на территории: пища, вода, минеральные источники, убежища, территория и т.п. В некоторых случаях агонистические отношения приводят к травмам и уничтожению соплеменников, но чаще применяются ритуализированные формы выразительных поз, комплекс сигнальных средств, используемых животными (звуковые и визуальные сигналы, хемокоммуникация и др. способы мечения индивидуального или семейного участка). Групповую территорию охраняют от соседей либо отдельные доминантные члены, либо все члены группы (семьи).

Для обозначения границ участка используется помет, моча, поскребы на земле в местах уринации и дефекации (кошки, лисицы, волки) или на деревьях (медведи), покопки (сурки).

Территориальное поведение может наблюдаться в течение всего периода активности (сурки, бобры, медведи, волки) или только в определенный период (в период размножения у ластоногих, копытных).

Видовые особенности территориального поведения определяют пространственную структуру популяции, ее динамику во времени. В популяции всегда существуют особи, связанные с определенной территорией, и экстерриториальные, бродячие индивиды. Особи, не способные удерживать территорию, зачастую исключаются из размножения или его вероятность для них резко уменьшается. Территориальное поведение снижает количество реально размножающихся особей, поддерживая оптимальную плотность популяции. Если невозобновляющиеся ресурсы полностью использованы популяцией, тогда образуется наивысшая численность поголовья.

Второй тип – возобновляющиеся ресурсы(пища, вода, свет), которыми популяция снабжается непрерывно. Многочисленная популяция может понизить возобновляющиеся ресурсы до самого низкого уровня - их станет трудно находить, и они не будут обеспечивать рост поголовья. Однако эти ресурсыникогда не истощаются полностью.

Возобновляющиеся ресурсы поддерживаются на некотором равновесном уровне благодаря их сбалансированности между эксплуатацией и продукцией. То есть при достижении численности, соответствующей емкости среды, потребности ее в ресурсах становятся равны скорости их возобновления. Если численность превышает емкость среды, то эксплуатация превышает продукцию, ресурсы истощаются, члены популяции голодают, и их численность начинает сокращаться. И наоборот, если возобновляющиеся ресурсы увеличиваются, создаются условия для существования более многочисленной популяции.

Классическим примером зависимости численности популяции от емкости среды был эксперимент с выпуском благородного оленя на о. Бирючий в Азовском море. Выпущенные 60 особей прекрасно размножались, увеличили свою численность почти в 20 раз. Из-за истощения кормовых ресурсов снизилось воспроизводство, начались болезни, и почти все олени погибли. Впоследствии растительность восстановилась, и численность оленей вновь начала расти.

Смертность и продолжительность жизни животных.Дикие животные, которых содержат в зоопарках, могут жить довольно долго, значительно дольше, чем в дикой природе (табл. 2). Средняя продолжительность жизни особей составляет примерно 50% максимальной, и до естественной старости в естественных условиях доживают единицы. Наибольшие долгожители – крупные животные. Продолжительность жизни мелких животных короче.

У мелких животных (мышевидные грызуны) с увеличением возраста число особей постоянно и довольно резко уменьшается, давая экспоненциальную кривую. Особенно резко кривая падает в первый год жизни, что вызывается высокой детской смертностью. Аналогичная картина кривой смертности отмечается в первые годы жизни у долгоживущих животных. Но в группе животных зрелого возраста кривая стабилизируется и падает нерезко, а в секторе стариков – очень быстро.

У большинства млекопитающих в детском возрасте смертность различных полов примерно одинакова. После наступления половой зрелости более высокая смертность самцов у большинства обусловлена территориализмом и активной ролью в охране территории, а также более высокой подвижностью самцов в период размножения.

Факторами, лимитирующими численность зверей, являются:

Энергетическая емкость (наличие воды и кормов, их микроэлементный состав и калорийность) местообитаний вида.

Доступность пищевых ресурсов для животного (глубокий снежный покров сокращает доступность кормов, особенно страдает молодняк).

Плотность населения зверей (большое число прямых и опосредованных социальных контактов вызывает изменение гормонального баланса у зверей и через психоэндокринные реакции подавляет репродуктивные функции и задерживает половое созревание, а малое число контактов между особями стимулирует размножение и раннее половое созревание).

Низкая температура воздуха (очень холодная зима усугубляет ситуацию), поскольку расход энергии при поедании копытными промороженных кормов и их согревание организмом животного до температуры тела, не покрывается энергией от их переваривания (усвоения). Климатические факторы могут оказывать важное косвенное влияние на регуляцию численности животных, особенно при недостатке кормов и зараженности зверей паразитами, увеличивающих опасность гибели ослабленных особей.

Роль хищников велика в снижении численности молодняка. Заражение паразитами ослабляет и также увеличивает опасность гибели от хищников.

Болезни (эпидемии чесотки, бешенства, чумы плотоядных, туляремии, ОГЛ, дикования и др.) играют роль вторичного фактора снижения численности. Они, как и паразиты, могут играть вспомогательную роль для увеличения гибели от хищников и бескормицы.

Кочевки – это следствие переуплотнения населения вида в условиях недостатка кормов. Они вынуждают животных смещаться в не свойственные виду участки, чаще всего не обладающие необходимым набором благоприятных экологических условий. Результатом является массовая гибель животных.

У ряда видов животных существуют 4,6,10,12,30,60-летние и т.д. циклы изменения численности (лемминги, зайцы, белки и др.). Массовые виды грызунов, взаимодействуя со своей кормовой растительностью, проявляют изменения численности, аналогичные взаимодействию хищник-жертва. При падении численности грызунов (жертв) сокращается численность и хищников. Регулярность циклов объясняется тем, что действие основного фактора – взаимодействия хищник-жертва – лишь в незначительной степени осложняется влиянием других факторов, а тенденция к независимым изменениям численности в разных районах устраняется миграциями.

Нашествия и миграции.Помимо недостатка пищи, гибели от хищников и болезней существенное влияние на численность животных оказывают массовые перемещения. Первичным фактором, определяющим нашествия, служит недостаток пищи (белки, лемминги и др.), а иногда и реакция на высокую численность. В нашествиях участвует значительно большее число молодых животных, чем взрослых и старых.

Термин «миграции» связан с тремя видами перемещений:

У многих немигрирующих видов животных наблюдается сезонная смена местообитаний. От чисто местных кочевок миграции отличаются значительно большей длиной пути и тем, что зимовки находятся в определенном месте, куда целенаправленно и регулярно направляется животное. Сезонные вертикальные кочевки в горной местности образуют промежуточную категорию.

Существуют перемещения, представляющие собой непосредственную реакцию на суровую погоду и поэтому происходящие не ежегодно. От этих перемещений миграции отличаются своей регулярностью и тем, что они происходят до наступления плохих условий.

Нашествия – это также нерегулярные перемещения.

Миграции можно считать результатом деятельности естественного отбора. Наблюдаются миграции усатых китов на летний период в южные, либо в северные, богатые пищей бореальные и арктические воды и возвращение на зиму в тропические и субтропические районы, где киты мало и даже совсем не питаются. Отмечаются также регулярные миграции северных морских котиков с мест размножения на островах в бореальные воды Тихого океана, ластоногих (гренландский тюлень, тюлень-хохлач). Некоторые виды летучих мышей совершают далекие миграции (подобно птицам) с севера на юг и обратно. Северный олень мигрирует из тундры на сотни километров в леса и т.д.

Исторически миграции возникали в тех случаях, когда они обеспечивали либо большую скорость размножения, либо более низкую смертность, чем оседлый образ жизни. Они характерны для мест с резким сезонным изменением условий обитания.

Расселение.В сезон размножения или другое время года определенный вид животного обнаруживает тенденцию к расселению по подходящим местообитаниям в пределах своего ареала. Распределение животных неравномерное: на участках с обильной пищей - с высокой плотностью, на бедных участках – с низкой. Расселение обозначает передвижение молодых животных с мест их рождения. Расселение свойственно как видам с одиночным образом жизни, так и видам, живущим группами (стада, колонии). Переселения и нашествия – это расселение животных на большие расстояния. При благоприятных условиях среды в некоторых случаях расселение ведет к расширению ареала вида, что наблюдалось в 30-е годы ХХ века, когда белка, рысь и лось в процессе естественного расселения проникли на территорию Камчатки.

Территориальные животные в поисках подходящих местообитаний узнают занятые участки по системе опознавательных знаков (сигналов): химических, оптических, звуковых и по соответствующему поведению их владельцев. Следовательно, территориальное поведение оказывает известное вспомогательное влияние, способствующее расселению животных (мигрантов).

Хорошо известно, что борьба за участки почти всегда сопровождается угрозами. Они редко приводят к увечьям или смерти. Обычно нарушитель границы отступает после угрожающих демонстраций и действий. То есть отступление захватчика так же важно для сохранения территории вида, как и оборона владельца. Наиболее активны в охране своих границ (участков) те виды животных, у которых иерархия в группе наименее строгая или которые живут семьями.

Подводя итог, можно сказать, что на число животных в природе оказывают регулирующее влияние абиотические (климатические), биотические (враги, конкуренты, паразиты, болезни, урожай кормов, наличие убежищ, внутривидовая коммуникативная активность) и антропогенные (разнообразная деятельность человека) факторы. Регулирующее действие факторов, как правило, сильнее при высокой плотности населения. За исключением нескольких видов (белки, мышевидные грызуны, зайцы и ряд др.), обнаруживающих циклические колебания численности, у других изменения численности нерегулярны, что указывает на сложность взаимодействия управляющих ими факторов.

В результате действия естественного отбора плодовитость каждого вида устанавливается на таком уровне, при котором обеспечивается выживание наибольшего числа молодых до такого возраста, когда они способны к независимому существованию. Предел устанавливается величиной выводка, так как смертность выше там, где пища делится между большим числом потомков.

У животных в природе смертность настолько высока, что их средний возраст значительно ниже возраста, до которого они потенциально способны дожить. Высокая смертность является неизбежным следствием высокой плодовитости. Высокая плодовитость есть приспособление, компенсирующее большую гибель. Приобретение видом большей стойкости и долговечности сопровождается уменьшением плодовитости. Прирост и смертность должны соответствовать кормовой и гнездовой емкости свойственных виду местообитаний. Гармоничное сочетание и взаимовлияние каждой из сторон этой триады обеспечивает долговременное благополучное существование вида. Механизм взаимовлияния очень сложен, и на разных фазах существования роль и сила влияния различных факторов на популяцию может существенно меняться. Различные факторы не обязательно взаимно исключают друг друга, а напротив, могут действовать совместно либо нивелировать друг друга.

В этой связи, широко употребляемое в охотоведении понятие «оптимальная численность» популяции следует применять на различных фазах динамики численности рассматриваемой популяции в определенном месте. Каждая численность животных (низкая, средняя, высокая) соответствует емкости среды, то есть она оптимальна емкости среды в определенный период времени. Емкость среды динамично меняется по годам, поэтому абсурдна формулировка «оптимальная численность» вида или какой-либо популяции, что аналогично определению «средняя температура тела всех больных в одной больнице».

Кратко изложенные здесь факторы существования и динамики популяций составляют биолого-экологическую основу существования видов в природных экосистемах. Их знание и годичные изменения составляют биологические основы мониторинга, существенным дополнением к которому служат количественные учеты численности популяций и видов охотничьих животных, позволяющие быстро уловить тенденцию изменения ресурсов.