Популяциялар экологиясы – демэкология

Дәріс № 3  Популяциялар экологиясы – демэкология

Дәріс  мақсаты: Популяция ұғымы туралы, популяцияның  негізгі  қасиеттері және оның  құрылымын ұғындыру.

Негізгі сұрақтар және қысқаша мазмұны:

Популяция туралы түсінік. Популяцияның статикалық сипаттамалары: популяцияның саны (тығыздығы) және биомассасы, жастық және жыныстық құрамы. Организмдердің кеңістікте орналасу, орналасудың негізгі типтері: кездейсоқ, біркелкі, топтасып орналасу. Олли принципі. Популяцияның динамикалық сипаттамалары: туылымы, өлім-жітімі, тірі қалу қисық сызықтары, өсуі жылдамдығы. Популяция санының экспотенциалдық және логистикалық өсуі. Популяция санының реттелуі. Популяция тығыздығына тәуелді және тәуелсіз факторлар.

Популяция туралы түсінік. Экологияда популяция дегеніміз – бір бірімен өзара қарым-қатынаста және үлкен территорияда бірігіп тіршілік ететін бір түрге жататын даралар тобы. С.С.Шварцтың берген анықтамасы бойынша: популяция – бұл қоршаған ортаның үнемі өзгеріп отыратын жағдайында санын тұрақты ұстап тұруға қажетті жағдайлармен қамтамасыз етілген белгілі бір түрдің ағзаларының элементарлық тобы.

Популяция ұғымын латын тілінен аударғанда populus – халық, тұрғындар деген мағынаны береді. Популяцияларға өсу, даму, үнемі өзгеріп отыратын жағдайда тіршілігін сақтауға қабілеттілік тән. Яғни популяциялардың белгілі бір генетикалық және экологиялық сипаттамасы болады.

Популяцияның статикалық сипаттамалары: популяцияның саны (тығыздығы) және биомассасы, жастық және жыныстық құрамы.

Популяциялар саны берілген территория немесе көлем бірлігіндегі даралардың жалпы саны. Ол еш уақытта тұрақты болмайды және ол көбею (өнімділік) мен өнімнің  интенсивтілігінің қатынасына байланысты. Көбею процесінде популяцияның өсуі жүреді де, өлім оның санының кемуіне әкеледі.

Популяцияның тығыздығы популяция алып жатқан аудан немесе көлем бірлігіне шаққандағы даралар санымен немесе биомассамен анықталады. Мысалы, ағаштың 150 түбінің 1 гектарда өсуі осы популяцияның тығыздығын сипаттайды.

Жыныстық құрылым популяциядағы жыныстардың қатынасын көрсетеді. Бұл көрсеткіштің негізінен жыныстық көбеюі басым түрлер үшін маңызы зор. Аталықтар мен аналықтардың жасы және жыныстық жетілу жағдайлары популяция санын ұстап тұруға әсер етеді. Аталықтар мен аналықтардың қоректенуі, өмір ырғағы және мінез-құлқы әр түрлі болуы мүмкін. Мысалы, көптеген масалардан байқағанымыздай, кенелердің аналықтары – қансорғыштар, аталықтары  гүлдің тозаңымен қоректенеді немесе сусардың аталығы аналығымен салыстырғанда барлық азық-түлік түрімен де қоректене береді, ал аталығы негізінен тиінмен, ірі құстармен қоректенеді.

Популяцияның жастық құрылымы тек жасы мен әр түрлі топтардың қатынасын ғана емес, бұл қатынастың жыл маусымдағы биогеоценоздардың ауысуы кезіндегі өзгерісінің, популяцияның жаңару жылдамдығын жастық топтардың қоршаған ортамен өзара әсерін көрсетеді: жаңадан туылған; жас - өсіп келе жатқан даралар, жыныстық жетілмеген;

жартылай ересек – жыныстық жетілуге жақын;

1. ересек- жыныстық жетілген жануарлар, көбейетін немесе физиологиялық жағынан көбеюге қабілетті жануарлар;
2. қартайған – көбеюге қабілеті жоқ даралар.

Әдетте популяцияда барлық жастық топтар болады. Олар біртіндеп бір – біріне өтіп отырады және үнемі жаңарып отыруы популяцияның оптималды санын ұстап тұруды қамтамасыз етеді. Кей жағдайда бұл қатынас бұзылуы да мүмкін: қандай да бір жастық топтың санының кемуі популяцияның деграциясына немесе керісінше, шектен тыс артуына әкеліп соқтыруы мүмкін. Жастық топтардың сандық қатынасы популяция күінің және оның биогеоценоздың болашағының көрсеткіші болып табылады. Жастық пирамидалардың негізгі типтерінің мысалы  3.1-суретте көрсетілген.

артып келеді. 1950 жылы ол жалпы алғанда 50 жас болса, 1990 жылы 63 жас болғаны.

Әр түрлі жастық топтардағы даралардың салыстырмалы саны (%)

а) жас даралардың санының көп болуы (балықтар);

ә) жас даралар санының орташа болуы (бұғы);

б) жас даралардың санының аз болуы (піл).

 Адам популяциясын  да жыныстық-жастық құрылыммен сипаттауға болады. Неғұрлым жыныстық-жастық құрылым күрделі болса, соғұрлым популяцияның бейімделушілік мүмкіндіктері жоғары болады.

Ғалымдар түр ретінде адамға тән өмірінің орташа ұзақтығы 110-120 жас деп есептейді. Ертедегі Рим мен Грецияда орташа жас, бар болғаны 25 жас ғана болғаны туралы дерек бар. Орта ғасырларда  ол 30 жасқа дейін көтерілді. Қазір өркениеттің дамуына байланысты дүние жүзіндегі орташа жас көрсеткіші.

Организмдердің кеңістікте орналасу, орналасудың негізгі типтері: кездейсоқ, біркелкі, топтасып орналасу. Олли принципі. Популяциялардың күйі мен тіршілігі популяцияның жалпы санына және олардың кеңістікте орналасуына байланысты болады.

Популяцияны құрайтын даралардың кеңістікте таралуы әр түрлі болуы мүмкін. Ол даралардың қолайлы және қолайсыз физикалық жағдайларға немесе бәсекелестік қатынастарға реакциясын көрсетеді. Даралар мен олардың топтарының таралуы кездейсоқ, біркелкі және топтық болып бөлінеді. Ағзалардың таралу типін білудің популяцияның тығыздығын іріктеп алу әдісімен бағалаудың маңызы зор.

Іріктеп алу деп популяция тығыздығын бағалауға арналған эксперименттер қатарын атаймыз.

Іріктеу санын n белгілейміз. Егер әр іріктеудегі даралардың оташа санын m деп белгілесек, онда даралардың кеңістікте таралу сипатын көрсететін s² дисперсияны мына формула бойынша анықтайды.

s²=∑(m-x)²/(n-1)

мұндағы s² - таралу шамасы;

х – шамасының орташа m ауытқуы (дисперсия);

n - әр эксперименттегі даралар саны.

Біркелкі таралу жағдайында s² нөлге тең болады. Себебі әр іріктеудегі даралар саны тұрақты және орташаға тең.

Даралардың біркелкі таралуы табиғатта өте сирек кездеседі. Ол көбінесе әр түрлі даралар арасында бәсекелестікке байланысты болады. Мұндай таралу типі жыртқыш балықтар мен территориялық инстинкті анық байқалатын балықтарда болады. Бірқалыпты таралуға мысал ретінде Ла- Манш құмды жағалауларында тіршілік ететін тақта желбезек былқылдақденелілер де мысал бола алады.

Кездейсоқ таралу тек біртекті ортада және жиналуға қабілеті жоқ түрлерде байқалады. Мысалы, ұн құртының ұнның ішінде таралуы кездейсоқ болады.

Топтасып таралу – табиғатта жиі кездеседі. Топтардың өзі кездейсоқ немесе жиналып таралуы мүмкін. Әсіресе ағаштардың орман кеңістігіндегі таралуы жататын бастапқыда олар әдетте жинақталып топтанып таралады да, уақыт өте келе олардың таралуы бірқалыпты бола бастайды. Ал орманның калыңдығы түрішілік бәсекелестік нәтижесінде кемиді. Аралас өсімдіктер бірлестігінде басылатын түрлер әдетте топтанып, ал доминатты түрлер бірқалыпты таралады.

Көптеген бунақденелердің топта жеке тіршілік етуге қарағанда зат алмасуы, өсуі мен дамуы жылдам жүреді.

Көптеген жануарлардың түрлері тек үлкен топқа біріккенде ғана қалыпты дамиды. Мысалы, Африка пілдерінің өмір сүруі үшін үйірде 25 дарадан кем болмауы керек, ал сол түстік бұғыларының өнімділігі жоғары үйірлері 300-400 дарадан кем емес. Топтанып өмір сүру жануарлардың азығын іздеуі мен табуын, жауларынан қорғануын оңайлатады. Қасқырлар үйірі ірі жануарларға шабуыл жасайды, ал даралар мұны жасай алмайды. Бірқазандардың үйіріне балықтарды таяз суға айдап ұстау оңай.

Бірігіп тіршілік ету кезінде өмір сүру қабілетінің артуына әкелетін физилогиялық процестердің тиімділігін «топтық эффект» деп атайды. Ол жеке дараның өзінің түріне жататын дараның қасында болуына психо-физиологиялық реакциясы түрінде көрінеді. Мысалы, қой жеке болса тамыр соғуы, тыныс алуы жиілейді, ал жақындап келе жатқан үйірді көргенде бұл процестер қалпына келеді. Жалғыз қыстайтын жарқанаттардың зат алмасу деңгейі колониямен салытырғанда жоғары болады. Бұл энергияны көп жоғалтуға, нәтижеде өліммен де аяқталуы мүмкін. Көптеген жануарлардың топтан тыс өнімділігі іске аспайды. Көгершіндердің кейбір түрлері егер басқа құстарды көрмесе жұмыртқа салмайды.

Топтық эффект жеке тіршілік ететін түрлерде байқалмайды. Егер мұндай жануарларды бірге тұруға мәжбүр етсе, олардың көптеген көрсеткіштері қалыпты шамадан ауытқиды. Мысалы, құлақты кірпілерді топта ұстаса жеке кірпімен салыстырғанда 134% -ға отттегіні көп пайдаланады.

Даралар санының шектен тыс артуы мен популяция тығыздығының артуы арқылы массалық  эффект қоршаған ортаны өзгертеді. Масса эффектісі өнімділік, өсу жылдамдығы жануарлардың өмір сүру жасына кері әсер етеді. Мысалы, ұндағы ұн құртының популяциясының дамуы барасында эксперименттер, түрлеу өнімдері жиналып, ұнның мекен ету ортасы ретіндегі қасиетін нашарлатады. Бұл осы бунақденелілер популяциясындағы өнімділіктің төмендеуі мен өлімнің артуына әкеледі.

Табиғатта топтық эффект пен массалық эффект бір уақытта байқалып отырады.

Әрбір жануардың түр бойынша түрдің оптималды мөлшері мен популяцияның оптималды тығыздығы болады  (Олли принципі).

Популяцияның динамикалық сипаттамалары: туылымы, өлім-жітімі, тірі қалу қисық сызықтары, өсуі жылдамдығы.

Популяцияның саны негізінен бір-біріне қарама-қарсы екі құбылыспен анықталады – туу және өлім.  

      Туылу – көбею нәтижесінде уақыт бірлігінде пайда болған жаңа даралар саны. Тірі ағзаларға көбеюге деген мүмкіндік берілген. Бактериялар әрбір 20 минут сайын бөлінеді.   Мұндай жылдамдықпен көбейгенде бір жасуша 36 сағатта бүкіл планета бетін жауып шығатын ұрпақ бере алады. Бір бақ-бақ өсімдігінің барлық тұқымдары өнетін болса 10 жылда өзінің ұрпақтарымен бүкіл дүние жүзін алып кетер еді. Іс жүзінде үлкен өнімділік еш уақытта жүзеге аспайды.

Өлім – белгілі бір кезеңде өлген даралардың саны. Өлімнің үш типін бөліп көрсетуге болады. І барлық жастағы өлімді сипаттайды (гидра); ІІ дралрдың дамуының ең ерте кезеңде өлімінің жоғары болуымен (айқұлақ); ІІІ ересек (қарт) даралардың өлімінің жоғары болуымен сипатталады (адам).

Популяцияның өсімі – туылу мен өлімінің арасындағы айырма; өсім оң немесе теріс болуы мүмкін.

Өсу жылдамдығы – уақыт бірлігінде орташа өсім.

Егер R0 арқылы берілген түрдің бір дарасының өмірідегі беретін ұрпақтарының орташа санын белгілесек (таза көбею жылдамдығы), онда:

R0>1 –популяция өседі (ұсақ жануарларға тән);

R0 =1 – популяция саны тұрақты;

R0 <1 – кеміп бара жатқан популяция (кәсіптік жануарлар).

Популяция санының экспотенциалдық және логистикалық өсуі . Популяцияның жалпы саны маусымдық, көп жылдық периодты емес (мысалы, зиянкестердің санының шектен тыс күрт артуы) өзгерістерге ұшырап отырады.

Популяция санының осындай өзгерістері оның санының динамикасы болып табылады.

Популяция санының ауытқуының төмендегі шартты себептерін атап көрсетуге болады:

1) азық мөлшерінің жеткілікті болуы популяция санының  артуына  әкеледі, бірақ  өсудің  максималды  шамасында  азық  шектеуші  фактор   болады. Азық қорының жетіспеуі популяция санының  кемуіне әкеледі;

2) популяция санының артуы мен кемуі  мекен ету онтасы үшін бірнеше  популяциялардың  бәсекелесу процесінде байқалуы мүмкін;

3) жыртқышпен, жемтік паразиттен  иесі арасындағы күрделі өзара  қатынастар  популяция санының  ауытқуының бір себебі бола алады;

4) абиотикалық  факторлар  (температура, ылғалдылық, ортаның  химиялық  құрамы және т.б.)популяциялар санына  көп  әсер етеді және  олардың едәуір ауытқуларын туғызады.

Популяциядағы даралар санының көбею процесі теориялық жағынан алғанда шексіз өсуге қабілетті – биотикалық потециалдық (экспоненциалдық қисық) (А), бірақ қоршаған орта жағдайлары бұл өсуді шектейді, ісжүзіндегі өсу логистикалық қисықпен (Б) сипатталады. Теориялық және іс жүзіндегі өсудің арасындағы айырмашылық ортаның қарсылығын сипаттайды.

Популяция санының реттелуі. Популяция тығыздығына тәуелді және тәуелсіз факторлар. Популяция тығыздығының  белгілі бір  оптимумы  болады. Осы оптимумнан ауытқу пайда болғанда оны  реттеудің  популяция   ішілік  механизмдері іске қосылады.

Популяция тығыздығының өсуі  көптеген бунақ денелердің  дараларының  мөлшерінің кішіреюімен,  өнімділігінің  төмендеуімен, дернәсілдері  мен  қуыршақтардың  өлімінің артуымен, даму жылдамдығының  өзгеруі, жыныстық қатынастың  өзгеруіне әкеледі де, популяцияның белсенді бөлігін  кемітеді.

Популяция  тығыздығының  шектен   тыс  артып кетуі  каннибализм (француз  тілінен аударғанда cannibale – адам жегіш) құбылысын  туғызуы мүмкін. Мысалы, ұн  құрттарының өздерінің  жұмыртқасын жеуі. Каннибализм  кейбір балықтарда, қосмекенділерде  және т.б. жануарларда байқалады.

Популяция  ішілік реттеуші  механизмге  эмиграция  жатады. Эмиграция- берілген  ареалдың  қолайсыздау бөліктеріне  популяцияның бір бөлігінің орнын ауыстыруы. Тіләннің кейбір түрлерінде популяция тығыздығының артуы қанатты даралардың пайда болуына әкеледі де, олар басқа территорияға орын ауыстыра алады. Тығыздық артып кеткен жағдайда бірқатар сүтқоректілер (әсіресе тышқан тәрізді кемірушілер) мен құстарда да эмиграция байқалады.

Популяция тығыздығы оптималды деңгейден төмендеген жағдайда олардың көбеюі кезіндегі өнімділігі артып, ерте жыныстық жетілуге әкеледі.