Демографические характеристики популяции

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Демографические  характеристики  популяции

 

Популяцию в целом характеризуют демографические характеристики: рождаемость; смертность; структура популяций по возрастному составу; численность особей (их обилие) [1, С. 88].

Демографические характеристики отражают скорость процессов, происходящих в популяции. Они имеют смысл только для группы особей: нельзя говорить о рождаемости и смертности применительно к отдельной особи. Знание демографических характеристик популяции важно для прогнозирования возможных изменений, как в самой популяции, так и во всем сообществе в целом.

Численность популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В период размножения происходит рост популяции. Смертность же, наоборот, приводит к сокращению ее численности [2, С. 37].

Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема, например: 400 деревьев на 1 га, 0,5 г циклопов в 1 м3 воды. Нередко важно различать среднюю плотность, т. е. численность или биомассу на единицу всего пространства, кудельную или экологическую плотность – численность или биомассу на единицу обитаемого пространства, доступной площади объема, которые фактически могут быть заняты популяцией.

Плотность популяции отличается изменчивостью и зависит от ее численности. При возрастании численности не наблюдается увеличение плотности лишь в том случае, когда возможно распределение популяции, расширение ее ареала. Особи, составляющие популяции, имеют различные типы пространственного распределения, выражающие их реакции на различные влияния, например, добычу и благоприятные физические условия или конкурентные реакции. Различают три типа распределения или расселения особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое [2, С. 38].

Динамика численности и плотности популяций находится в тесной зависимости от рождаемости или плодовитости и смертности.

Рождаемость – это способность популяции к увеличению численности. Характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени. Удельная рождаемость выражается в числе особей на особь в единицу времени [4, С. 245].

Так, для популяций человека как показатель удельной рождаемости используют число детей, родившихся в год на 1000 человек. В живых организмах заложена огромная возможность к размножению и подтверждается правилом максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей. Оно достигается в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы и размножение ограничено лишь физиологическими особенностями вида.

Численность и плотность популяции зависит и от ее смертности. Смертность популяции – это количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная (общая) смертность – это число особей, погибших в единицу времени. Удельная смертность выражается отношением абсолютной смертности к численности популяции. Абсолютная и удельная смертность характеризуют скорость убывания численности популяции вследствие гибели особей от хищников, болезней, старости и т. д. [4, С. 246]

Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения возрастных групп. На эти соотношения влияют общая продолжительность жизни, время достижения половой зрелости, интенсивность размножения – особенности, вырабатываемые в процессе эволюции как приспособления к определенным условиям. По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный.

Возрастная структура ценопопуляции в значительной степени определяется биологическими особенностями вида: периодичностью плодоношения, числом продуцируемых семян и вегетативных зачатков, способностью вегетативных зачатков к омоложению, скоростью перехода особей из одного возрастного состояния в другое, длительностью возрастного состояния, способностью образовывать клоны и др. [3, С. 98]

 

2. Свет как абиотический фактор  и адаптация к нему организмов

 

Свет – лучистая энергия солнца, которая складывается из нескольких составляющих: видимое излучение (50%); ультрафиолетовое излучение (1%); инфракрасное излучение (45-47%); рентгеновское излучение (излучение с длинами волн в области радиодиапазона). Все эти виды излучения оказывают влияние на живые организмы. Инфракрасное излучение воспринимается всеми организмами, а лучи с длиной волны 1,05 мкм принимают участие в теплообмене растений. Ультрафиолет с длиной волны 0,25-0,3 мкм стимулирует образование витамина D у животных; с длиной волны 0,2-0,3 мкм губительно действует на некоторые микроорганизмы, в том числе болезнетворные; с длиной волны 0,38-0,4 мкм необходимо для фотосинтеза у растений. В целом видимый свет влияет на скорость роста и развития растений, на интенсивность фотосинтеза, на активность животных, вызывает изменение влажности  и температуры среды, является важным сигнальным фактором, обеспечивающим суточные и сезонные биоциклы [1,  С. 45].

Световой режим – один из ведущих абиотических факторов, определяющий особенности распределения и изменения интенсивности солнечной радиации, которая поступает к природным и искусственным экосистемам. Световой режим любого места обитания определяется различными факторами.

Показатели светового режима – интенсивность света, его количество и качество. Интенсивность (сила света) – определяется количеством солнечной энергии, приходящейся на 1 см2 горизонтальной поверхности в 1 минуту. Для прямых солнечных лучей этот показатель почти не зависит от географической широты, однако на него влияют особенности рельефа местности. Например, на южных склонах интенсивность света всегда больше, чем на северных.

Количество света – суммарная солнечная радиация, измеренная за астрономический год. Увеличивается от полюсов к экватору, сопровождается изменением его качества. Для светового режима также имеет значение количество отражаемого света. Альбедо земной поверхности – величина, характеризующая ее способность отражать (рассеивать) падающее на нее излучение и равное отношению количества отраженного света к общему количеству падающего. Выражается в процентах (%) и зависит от угла падения солнечных лучей и свойств отражающей поверхности [4, С. 51].

Относительное световое довольствие – освещенность в данном месте, выраженная в процентах от общего количества света, поступающего извне. Минимальное световое довольствие – среднее световое довольствие на границе облиствения во внутренней части кроны. Используется для оценки потребности растения в свете, для фотосинтеза и обмена веществ. Например, минимальное световое довольствие для лиственницы, сосны, березы – 10-20%; для ели, пихты, бука – 1-3%.

У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму местообитаний.

По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:

1) светолюбивые (световые), или гелиофиты, – растения открытых, постоянно  хорошо освещаемых местообитаний;

2) тенелюбивые (теневые), или сциофиты, – растения нижних ярусов тенистых  лесов, пещер и глубоководные  растения; они плохо переносят  сильное освещение прямыми солнечными  лучами;

3) теневыносливые, или факультативные  гелиофиты, – могут переносить  большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету; они легче других растений  перестраиваются под влиянием  изменяющихся условий освещения [5, С. 64].

Световой режим как экологический фактор приводит к возникновению многоярусности растительного покрова, так как это позволяет лучше использовать солнечную радиацию. У растений ориентация на свет осуществляется в результате фототропизмов – направленных ростовых движений органов растений. Если движение направлено в сторону светового раздражителя, то это – положительный фототропизм; если в противоположную – отрицательный.

У животных ориентация на свет осуществляется в результате фототаксисов – двигательных реакций животных в ответ на одностороннее световое излучение. При положительном фототаксисе животное перемещается в сторону наибольшей освещенности, при отрицательном – в сторону наименьшей освещенности. Свет необходим животным для зрительной ориентации в пространстве. Начиная с кишечно-полостных животных, у них развиваются сложные светочувствительные органы, имеющие различное строение – глаза. По отношению к световому режиму среди животных различают ночные и сумеречные виды и виды, живущие в постоянной темноте и не выносящие яркого солнечного света. Световой режим оказывает влияние и на географическое распространение животных. Сигнальное значение в жизни животных имеет биолюминесценция – видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности. Возникает в результате окисления сложных органических соединений (люциферинов) при участии ферментов (люциферазов) в ответ на раздражение, поступающее из внешней среды. Энергия, выделяющаяся в результате этих реакций, не рассеивается в виде тепла, а превращается в энергию электронного возбуждения молекул, способных выделять ее в виде фотонов. Свечение может испускать вся поверхность тела или специальные органы свечения. Используется животными для освещения и приманки добычи (глубоководные рыбы), для предостережения, отпугивания или отвлечения хищников (некоторые креветки), для привлечения особей другого пола в брачный период (светлячки), для ориентации в стае. Некоторые животные светятся в ответ на механическое раздражение (светящиеся иглокожие на мелководьях коралловых рифов Карибского моря) [5, С. 68].

Таким образом, растениям свет необходим прежде всего для фотосинтеза, благодаря которому в биосфере создается органическое вещество и накапливается энергия, для животных он имеет в основном информационное значение.

 

3. Функции живого вещества биосферы

 

Живое вещество в биосфере выполняет такие планетарные функции:

1. Энергетическая функция живого  вещества заключается в трансформации  более 99% энергии, поступающей на  поверхность Земли, от Солнца. Преимущественно  эта энергия идет на химические  и физические процессы в гидросфере, литосфере и атмосфере. На Земле  существует только один процесс, когда энергия Солнца связывается  и запасается (иногда на довольно  продолжительное время) в виде  энергии органических соединений. Это фотосинтез. Сжигая уголь, мы  используем солнечную энергию, которую  запасли растения сотни миллионов  лет назад. Для современной биосферы  характерны залежи угля и других  органических веществ, которые образовались  в палеозое, мезозое и кайнозое [2, С. 15].

2. Редуцентная функция заключается  в том, что за счет жизнедеятельности  огромного количества гетеротрофов, в основном грибов, животных и  микроорганизмов, происходит работа  по разложению органических остатков. Органические соединения разлагаются до углекислого газа, аммиака, воды, а в анаэробных условиях – еще и к водорода и углеводов. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Так осуществляется круговорот веществ в природе. Кроме того, в почве часть веществ ароматической природы, которые высвобождаются, под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, опять сконденсируется с образованием сложного комплекса соединений – почвенного гумуса. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой плодородия почвы.

3. Газовая функция живого вещества  связана с тем, что многие газов  планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами  жизнедеятельности живых существ. Так, кислород в атмосфере, на  долю которого приходится 21%, выделяется  в результате фотосинтеза зелеными  растениями. Накопление кислорода  в атмосфере началось еще с  докембрия. До наступления палеозоя  содержание его, по некоторым  данным, не превышает 10% современного. Весь имеющийся свободный кислород  в атмосфере оценивается в 1,6 •  1016 г, зеленые растения могут воспроизвести его за 10 000 лет. В верхних слоях тропосферы под действием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также является следствием деятельности живого вещества, которое, по выражению В. И. Вернадского, «словно сама создает себе сферу жизни» [2, С. 15].

Углекислый газ является также продуктом дыхания всех живых существ планеты. Современная атмосфера содержит 0,3% СО2. Содержание СО2 в атмосфере раннего периода развития жизни был значительно выше. В течение фанерозоя он менялся в достаточно широком диапазоне. В девоне в начале карбона, а также в Перми он превышал современный уровень в 6-10 раз, а начиная с середины мела неуклонно снижается.

Азот может поступать в атмосферу за счет процесса денитрификации (восстановление окислов азота до свободного азота). Этот процесс происходит под действием микроорганизмов в почвах в анаэробных условиях.

К газам органического происхождения принадлежит также сероводород, метан и множество других летучих соединений, созданных живым веществом. В течение одного дня 1 га ялинцевого леса может выделить в атмосферу до 30 кг летучих веществ – фитонцидов.

4. Окислительно-восстановительная функция  заключается в том, что за счет  жизнедеятельности микроорганизмов  в биосфере осуществляются такие  химические процессы, как окисление  и восстановление элементов с  переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). К таким  микроорганизмов относятся денитрифицирующие  и сульфатредукуючи бактерии, которые  восстанавливают из окисленных  форм азот до металлов и  серу из сероводорода. Микроорганизмы-окислители  могут быть как автотрофами, так  и гетеротрофами. Это бактерии, которые  окисляют сероводород и серу, нитро – и нитрофикуючи микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующих эти металлы в своих клетках.