Понятие популяции. Разнообразие популяций

Статья любезно предоставлена кафедрой экологии Ассоциации победителей олимпиад

Автор — Резанова Татьяна Андреевна

Текст статьи проверен коллективом кафедры

Следующий после организменного уровня объект изучения экологической науки – популяционно-видовой уровень, который является первым надорганизменным уровнем организации жизни. Любой вид приспосабливается к внешней среде, не как сумма отдельных особей-организмов, а как единое функциональное целое – популяции. Для популяции характерна эмерджентность – появление новых в системе свойств, нехарактерных для простой суммы ее компонентов. Науки, занимающиеся изучением популяций: систематика, популяционная биология, экология растений и животных. Раздел общей экологии, изучающий закономерности изменения популяций – демэкология (экология популяций, популяционная экология).

Демэкология изучает:

• Условия формирования популяций;

• Внутрипопуляционные группировки и их отношения между собой;

• Структурные и функциональные характеристики популяций (в основном – статистические показатели);

• Изменения, происходящие в популяции (в основном - динамические показатели);

В центре изучения демэкологией находятся популяция, как единица вида. Необходимо четко понимать отличие вида от популяции.

Вид – основная структурная единица биологической систематики живых организмов, совокупность особей схожих по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.

Вид представляет собой одну из основных форм организации живого. Однако определить, принадлежат ли данные особи к одному виду или нет, иногда бывает трудно. Поэтому для решения вопроса о принадлежности особей к данному виду используется целый ряд критериев:

1. Морфологический критерий – схожесть по внешним и внутренним морфологическим признакам;

2. Географический критерий – обитание в пределах определенного пространства – ареала распространения вида;

3. Экологический критерий – определенный тип питания, место обитание, определенная экологическая ниша;

4. Генетический критерий – генетическая изоляция вида;

5. Физиолого-биохимический критерий – схожесть физиологических и биохимических процессов приспособления к среде обитания.

Для причисления организма к какому-то виду, необходимо соответствие большинства или всех критериев. Вид распадается на относительно изолированные группы особей – популяции.

Популяции состоят из сходных особей, которые, тем не менее, отличаются друг от друга. Они точно так же непохожи, как непохож один человек на другого, тоже относящиеся к одному виду. Всех особей вида объединяет единый генофонд, обеспечивающий их способность к размножению. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, не говоря уже о семействе и более крупных таксонах, объединяющих еще более «далеких родственников». Поэтому генетики обычно добавляют, как обязательный момент в определении популяции способность к самовоспроизводству. Однако генетическое понимание популяции достаточно неудобно для экологов, так как установить действительно ли особи, обитающие на определенной территории, имеют общий генофонд и могу скрещиваться достаточно трудно или просто невозможно. Поэтому в экологии чаще используется понятие локальной популяции, где на первое место выносится территориальный признак: относительная географическая обособленность группы особей одного вида в пространстве. Так А.М. Гиляров определяет популяцию следующим образом: «Популяция – любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей того же вида». При этом очень часто популяции изолированы друг от друга «относительно» или «более или менее» - это значит, что границы популяций установить чрезвычайно сложно, так как популяции переходят друг в друга или частично перекрываются. В таких случаях экологи устанавливают границы условно. Во многих случаях особи, входящие в состав локальной популяции все-таки имеют общей генофонд, что делает различия между генетической и локальной популяцией незначительными.

Таким образом, наиболее полное определение понятия «популяция» это:

Популяция (от лат. populus – народ, население) – совокупность особей одного вида, длительное время обитающих на одной территории (занимающая один ареал) и частично или полностью изолированная в пространстве и времени от особей других так же групп.

Еще раз резюмируем признаки популяции:

• Общий генофонд;

• Способность к самовоспроизводству;

• Относительная обособленность (географическая, временная и репродуктивная) от особей других групп (других популяций), с которыми потенциально возможен генетический обмен; Репродуктивная изоляция подчеркивает, что популяция – это группа особей, в пределах которой вероятность скрещивания во много раз превосходит вероятность скрещивания с другими подобными группами.

Изучение популяций осложняется их значительным разнообразием, которая во многом зависит от биологии организмов, составляющих популяцию. Например, по-разному устроены популяции унитарных и модулярных организмов. У первых появлению каждого организма предшествует половой процесс, тогда популяция превращается в относительную целостную генетическую систему. У вторых из одного организма возможно появление многих десятков и тысяч генетических копий, которые получаются путем простого деления, популяция представляет собой систему клонов или чистых линий, которые совместно используют среду обитания. К модулярным организмам относятся некоторые животные (мшанки, кораллы, губки, гидроиды, колониальные асцидии) и большинство растений, у которых модулем является часть побега (стебель с листом и почкой) или целый побег (у клональных растений – злаков, осоковых и некоторых других).

Ряд существенных различий, которые нужно учитывать при популяционных исследованиях, имеют популяции растений и животных. Главное отличие заключается в том, что обладающие подвижностью животные могут более активно реагировать на складывающиеся условия внешней среды, избегая неблагоприятных стечений обстоятельств или рассредоточиваясь по территории для компенсации снижения запаса ресурса на единицу площади. Подвижность облегчает им и защиту от хищников. Растения прикреплены («заякорены») к почве и должны реагировать на меняющиеся абиотические (засуха, засоление и т.д.) или биотические (хищники, паразиты, конкуренция с более сильным партнером) условия за счет морфологических и физиолого-биохимических адаптаций.

Популяции разных видов существуют в разном биологическом пространстве и биологическом времени, что тоже определяет популяционное разнообразие. Например, два фитофага – тля и слон – занимают несопоставимые по площади пространства и длительность их жизни также несопоставима. Для того, чтобы изучить популяцию тли, достаточно исследовать состояние ее особей на площади в несколько квадратных сантиметров; для оценки популяций одноклеточных водорослей или простейших животных зоопланктона достаточно взять пробу объемом несколько литров воды. Но для того, чтобы изучить популяцию слона или кита, необходимо провести учеты на площади в десятки квадратных километров. Аналогично для того, чтобы изучить как популяция изменяется во времени, наблюдения за короткоживущими и долгоживущими видами также будут проводиться в разном временном масштабе. Для мелких насекомых и планктонных водорослей достаточно оценить изменение их популяций в течение одного лета, а для того, чтобы установить закономерности популяций лосей нужно вести наблюдения десятки лет.

Изучение популяционного разнообразия имеет большое значение в сельском хозяйстве, селекции.

Литература:

1. Степановских А.С. Биологическая экология. Теория и практика: учебник для студентов вузов, обучающихся по экологическим специальностям. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. 791 с.

2. Радкевич В.А. Экология. Минск: Вышэйшая школа, 1998. 159 с.

3. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества / Пер. с англ. М.: Мир, 1989. Том. 2..

4. Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 2003. 512 с.