Вивчення популяції

Вступ

Популяція є фундаментальним поняттям в екології. Під нею розуміють групу особин одного виду, що протягом багатьох поколінь населяє певну територію, де вони вільно схрещуються. Зазвичай така група ізольована від подібних груп природними перешкодами, як-от гори чи водойми. Ключова особливість популяції — здатність підтримувати власну чисельність упродовж тривалого часу.

Отже, популяція — це спільнота особин одного виду, які взаємодіють і спільно освоюють певну територію. Як зазначав С.С. Шварц, популяція — це елементарне угруповання організмів певного виду, яке має всі необхідні умови для довготривалого підтримання своєї чисельності в умовах середовища, що постійно змінюються.

Термін «популяція» має латинське коріння: populus — народ або населення. Для популяцій характерні ріст, розвиток і здатність виживати в мінливих умовах, що забезпечується їхніми генетичними та екологічними особливостями.

Щільність популяції визначається як кількість особин або їхня біомаса на одиницю площі чи об'єму простору. Наприклад, 500 дерев на гектарі лісу, 5 мільйонів клітин хлорели в кубометрі води або 200 кг риби на гектарі водної поверхні. Показник щільності використовують, коли важливо відстежувати не просто загальну кількість, а динаміку змін чисельності в часі.

1. Популяція як структурна одиниця виду

Особини будь-якого виду розподілені в просторі нерівномірно, утворюючи скупчення. Так, кропива дводомна зростає лише у вологих, затінених місцях із багатими ґрунтами. Капустяні білявки трапляються виключно там, де вирощують капусту, — на городах і полях. А горбки землі, які ми бачимо на луках та узліссях, свідчать про поселення європейського крота.

Оскільки придатні для життя ділянки не покривають увесь ареал, марно шукати крота серед болота, а капустяних білявок — у лісі.

Групи особин одного виду бувають різного розміру й можуть існувати як довго (сотні поколінь), так і недовго (лише два-три покоління). Після весняної повені утворюються тимчасові водойми, куди жаби відкладають ікру, а личинки бабок і комарів розвиваються. Проте якщо водойма пересихає під літнім сонцем, ці невеликі групи тварин гинуть.

Для еволюції значно важливіша доля тих груп, які стабільно зберігаються протягом багатьох поколінь. Населення великого озера, то зростаючи, то скорочуючись, може існувати дуже довго. Саме такі довготривалі групи особин одного виду, що мешкають на певній частині ареалу, називають популяціями (від франц. population — населення території).

Популяція — це надорганізмова система. Під час спільного проживання між особинами виникають закономірні зв'язки, особливо помітні в популяціях тварин. Багато з цих зв'язків спрямовані на відтворення: особини різної статі знаходять одне одного за запахами чи звуками, утворюють пари, будують житло, вигодовують і захищають потомство.

Деякі амфібії демонструють унікальні способи турботи про нащадків. Самець жаби-повитухи намотує ікру на задні лапи й близько двох тижнів перебуває з нею в земляній норі, після чого переходить у водойму, щоб звільнитися від ікринок. Самка жаб-пип виношує ікру в спеціальних заглибленнях на спині. Яванські веслоногі жаби, що мешкають на деревах, під час ікрометання виділяють слиз, який збивають у піну. Самка формує з неї яйцеподібну масу й притискає до неї листя. Молодь залишає гніздо вже у вигляді маленьких жабенят.

Найскладніші взаємини спостерігаються в популяціях стайних, стадних і колоніальних тварин. Тут розвинені інстинкти будівництва гнізд і догляду за потомством. Такий спосіб життя дає переваги в нападі та захисті від ворогів, дозволяє ефективніше використовувати кормові ресурси. Особливо своєрідні колонії мурах, термітів і бджіл, де існує чіткий розподіл обов'язків.

Стабільна популяція містить усі вікові групи — від молодих до старих. Розмножуючись, особини забезпечують тривале існування популяції, що відрізняє її від окремих організмів, життя яких обмежене в часі.

Отже, довготривале існування та закономірні зв'язки між особинами свідчать, що популяція — це не хаотичне скупчення, а стійке цілісне утворення, надорганізмова система.

Підвид — структурна одиниця виду. Види з великими ареалами поділяються на підвиди. Підвид — це сукупність близьких популяцій одного виду, особини яких відрізняються однією чи кількома ознаками від інших популяцій. Особини підвидів здатні схрещуватися й давати плідне потомство.

Процвітаючі види складаються з багатьох популяцій і підвидів. Наприклад, у білки звичайної налічують понад 20 підвидів. Види, що зароджуються або вимирають, можуть бути представлені лише кількома або навіть однією популяцією.

Підвиди й популяції — це форми існування виду, які забезпечують його пристосованість до конкретних умов. Це дозволяє виду займати значний ареал, незважаючи на різноманітність умов.

Чисельність популяції — це загальна кількість особин на певній території. Цей показник дозволяє оцінити, наскільки сприятливі умови для виду в цій частині ареалу.

Чисельність популяцій різних видів значно відрізняється. Популяції деяких комах (непарного шовкопряда, сонечок) можуть налічувати мільйони особин. Водночас існують види, представлені однією популяцією з кількох сотень особин (наприклад, уссурійський тигр). Чисельність постійно коливається під впливом багатьох факторів: наявності їжі, площі для проживання, хвороб, кількості хижаків тощо.

Коливання чисельності (динаміка) можуть сягати десятків, сотень, а іноді й тисяч разів. Відомі випадки масового розмноження сарани, яка спустошує рослинність. Зграї комах рухаються по небу, мов хмари, а шум від їхніх крил нагадує завивання вітру. Коливання чисельності характерні й для мікроорганізмів. Наприкінці Першої світової війни спалах грипу охопив майже весь світ, включаючи Гренландію. За різними оцінками, ця пандемія забрала життя близько 100 мільйонів людей.

Людина аналізує дані про коливання чисельності мисливських тварин і птахів, прогнозує їх і на основі цього встановлює строки та норми здобичі.

Точні дані про чисельність зібрати складно, тому часто використовують такий показник, як щільність.

Щільність популяції — це середня кількість особин на одиницю площі чи об'єму (на 1 м² або 1 га, в 1 л або 1 м³ води). Наприклад, можна підрахувати кількість гнізд олуші на 1 га або кількість дафній в 1 л води. Обчислення щільності дозволяє порівнювати різні популяції незалежно від займаної площі.

2. Основні характеристики популяцій

Популяція — це сукупність особин одного виду, які займають обмежений ареал, вільно схрещуються, мають спільне походження та генетичну основу й певною мірою ізольовані від інших популяцій.

З цього визначення випливає ієрархія популяцій:

• елементарна (локальна) — найменша сукупність, що живе на невеликій однорідній ділянці (у лісі, ставку);
• екологічна — складається з елементарних популяцій і займає більшу територію;
• географічна — охоплює велику сукупність особин на значній території з подібними умовами. Відмінності між особинами тут невеликі, але помітні при порівнянні з іншими географічними популяціями.

Популяція відіграє особливу роль у біології, оскільки, змінюючись як ціле, вона є елементарною одиницею еволюційного процесу. Це зумовлено тісною взаємодією та взаємодопомогою членів популяції в боротьбі з ворогами й конкурентами. Окрема особина зазвичай не здатна вижити й забезпечити продовження виду в умовах конкуренції. Популяція ж значно стійкіша до зовнішніх впливів.

Як складна система, популяція має багато характеристик. Основні з них:

• загальна чисельність;
• густота розселення;
• генетична структура;
• ймовірність виживання;
• тип просторового розподілу особин;
• віковий розподіл (демографічна піраміда);
• спосіб розмноження та плодючість;
• соціальна організація.

Найточніші дані людина має про власну популяцію (крім країн, де не проводився перепис населення). Також доступна інформація про свійських тварин.

Підрахувати чисельність великих тварин на відкритих просторах (оленів у тундрі, дельфінів у морі) порівняно легко. Складніше це зробити для дрібних або мікроскопічних істот, які ведуть нічний чи підземний спосіб життя. У таких випадках вимірюють середню густоту заселення та визначають тип і площу розселення. Розрізняють кілька типів розташування особин:

• випадкове (хаотичне);
• впорядковане;
• рівномірне;
• групове (нерівномірне).

Найчастіше живі істоти розташовуються групами. Це стосується й людей: потяг до компактного проживання настільки сильний, що існують міста з населенням понад 10 мільйонів, а деякі мегаполіси досягають 20 мільйонів.

У сприятливих умовах популяція успішно виконує головне завдання живого — розмножуючись, швидко нарощує чисельність.

Однак конкуренти, вороги, несприятливі умови чи брак ресурсів зазвичай утримують чисельність у певних межах. Популяція схожа на стиснену пружину: за найменшого послаблення зовнішнього тиску вона стрімко зростає. Тому популяції багатьох комах, риб, дрібних птахів і ссавців мають дуже мінливу чисельність.

Одне з головних завдань екології — передбачення змін стану популяцій і підрахунок їхньої майбутньої чисельності. Цим займається розділ «Динаміка популяцій».

3. Основні властивості популяцій

Найважливіша властивість популяцій — самовідтворення. Попри просторову роз'єднаність, вони здатні необмежено довго підтримувати своє існування в певному місцеперебуванні. Це стійкі в часі й просторі угруповання особин одного виду. Термін «популяція» не застосовується до зграйок риб чи горобців, оскільки такі групи легко розпадаються або змішуються з іншими. Вони не здатні стійко відтворювати себе. Це під силу лише великим групам, що мають основні властивості виду й представлені всіма категоріями особин. Наприклад, усі особини окуня в озері або всі сосни в лісовому масиві.

Умови в різних місцеперебуваннях можуть відрізнятися. Під їхнім впливом в окремих популяціях виникають і накопичуються властивості, що відрізняють їх одна від одної. Це проявляється в невеликих відхиленнях будови організмів, фізіологічних показниках (явище акліматизації) та інших характеристиках. Отже, популяції, як і окремі організми, мають мінливість. Серед популяцій неможливо знайти дві повністю тотожні.

Мінливість — найважливіший фактор еволюції. Популяційна мінливість підвищує внутрішнє різноманіття виду, що, своєю чергою, підвищує його стійкість до локальних змін умов, дозволяє проникати в нові райони й закріплюватися там. Існування у формі популяцій збагачує вид, забезпечує його цілісність і постійну самопідтримку видових властивостей.

Популяції, що живуть у різних частинах ареалу, не ізольовані повністю. Вони взаємодіють із популяціями інших видів, утворюючи біотичні співтовариства — цілісні системи вищого рівня організації. У кожному співтоваристві популяція відіграє свою роль, займаючи певну екологічну нішу й забезпечуючи разом з іншими видами стійке функціонування співтовариства.

Екологи розглядають популяції як основні елементи екологічних систем. Саме завдяки їхньому функціонуванню створюються умови для підтримки життя.

Не окремі організми, а популяції визначають характер і ступінь використання ресурсів. Від них залежить кругообіг речовин та енергетичний обмін між живою й неживою природою. Спільна діяльність популяцій визначає важливі властивості біотичних співтовариств та екосистем.

На основі цього можна дати ширше визначення: популяція — це відносно ізольоване угруповання організмів одного виду, здатне до самопідтримки видових властивостей і виконує певну роль у співтоваристві.

Популяція має не лише біологічні властивості своїх організмів, а й власні, притаманні лише цій групі загалом. Як і окремий організм, популяція росте, розвивається й підтримує себе. Однак групові властивості — достаток, народжуваність, смертність, віковий склад — характеризують лише популяцію в цілому й не застосовні до окремих особин.

Особини в популяції пов'язані різними взаєминами: спільно беруть участь у розмноженні, конкурують за ресурси, можуть поїдати одна одну або разом оборонятися від хижаків. Внутрішні взаємини дуже складні, тому реакції окремих особин на зміни факторів і популяційні реакції часто не збігаються. Загибель окремих організмів (наприклад, від хижаків) може поліпшити якісний склад популяції (гинуть слабкі, залишаються сильні) і підвищити її здатність до самопідтримки. Тут діє важливе правило: про стан екологічного об'єкта (популяції, співтовариства чи екосистеми) не завжди можна судити за станом його окремих елементів.

Демографічні показники. Такі характеристики, як достаток, народжуваність, смертність, віковий склад, називаються демографічними. Їхнє знання необхідне для розуміння законів життя популяцій і передбачення змін у них.

Вивчення демографічних показників має практичне значення. При заготівлі деревини важливо знати швидкість відновлення лісу для планування інтенсивності рубок. Деякі популяції тварин використовуються для отримання харчової чи хутрової сировини. Вивчення популяцій дрібних гризунів, серед яких циркулюють збудники небезпечних хвороб, важливе з медичної точки зору.

У всіх цих випадках нас цікавлять зміни популяції загалом, їхнє прогнозування та регулювання (наприклад, зниження чисельності шкідників). Для цього необхідне знання причин і швидкості популяційних змін, а також уміння вимірювати ці природні об'єкти.

Висновки

Для стійкого існування видів тварин і рослин потрібні певні екологічні умови та ресурси. При переміщенні з однієї місцевості в іншу ці умови й ресурси змінюються, причому не завжди узгоджено. Одні фактори змінюються плавно (температура з півдня на північ), інші — не змінюються зовсім (вміст вуглекислого газу в повітрі) або змінюються стрибкоподібно (склад і структура ґрунтів).

Усе це призводить до того, що придатні для виду місцеперебування формуються у вигляді окремих «острівців». Види заселяють їх своїми популяціями. Біологічний вид поширений не рівномірно, а окремими групами особин — популяціями. Особини популяції, розмножуючись, освоюють придатні території. У цьому полягає своєрідність біологічних видів — вони існують у формі популяцій.

Популяції одного виду можуть бути відділені чіткими межами. Для водних організмів такі межі зазвичай проходять по берегових лініях. У деяких видів межі нечіткі, розмиті (наприклад, у видів із широким географічним поширенням у наземно-повітряному середовищі). Такі сіра ворона або заєць-русак, що трапляються в різних місцеперебуваннях.

Список використаної літератури

1. Борисова О. Соціально-історична антропологія: навч. посібник / Луганський національний педагогічний ун-т ім. Тараса Шевченка. — Луганськ : Альма-матер, 2007. — 328с.
2. Леві-Строс К. Структурна антропологія / Зоя Борисюк (пер.з фр.). — 2.вид. — К. : Основи, 2000. — 391с.
3. Сегеда С. Антропологія: Навч. посіб. для студ. гуманіт. спец. вищ. навч. закл. — К. : Либідь, 2001. — 335с.
4. Шмалєй С. В. Антропологія: Для студ. природничих спец. вищих навч. закл. / Херсонський держ. ун-т. — Херсон, 2006. — 46с.
5. Юрій М. Антропологія: навч. посібник. — К. : Дакор, 2008. — 421с.