Лекция 7. Структура и функциональные особенности популяции гидробионтов.

2. Воспроизводство и динамика популяций гидробионтов.

Под популяцией понимают группу взаимодействующих друг с другом особей одного вида, занимающую часть ареала этого вида, обладающего определенной структурой, способностью к самовоспроизводству и адаптивной реакцией на изменение внешней среды. Это открытая саморегулирующаяся система, элементарная форма существования вида в тех или иных конкретных условиях среды.

Биологическое значение популяции состоит в наиболее рациональном использовании жизненных ресурсов, в первую очередь энергетических.

При половом размножении в каждом поколении организмов происходит смешение генетического материала. Это—генофонд популяции, т. е, совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию.

Организмы, размножающиеся не половым путем (делением, почкованием), партеногенетически или с использованием самооплодотворения, не образуют популяции. В этом случае потомство генетически в значительной степени идентично. Это характерно для бактерий, сине-зеленых водорослей - цианобактерий, низших червей и ракообразных. Но и они образуют группировки со свойствами типичных популяций, тем более, что через определенное время у этих группировок организмов наступает фаза полового размно-жения.

Кроме видовой принадлежности и особенностей местообитания, популяция характеризуется свойственной ей структурой. Ее основные количественные признаки: обилие, или плотность, т. е. число или биомасса всех особей на единице площади (или объема); распределение особей в пространстве; половой индекс—процент самок н популяции; плодовитость — количество потомства от одной самки; смертность популяции; возрастной состав—соотношение групп особей различного возраста.

Структура популяции непрерывно меняется под влиянием внутренних, популяционных, и внешних по отношению к ней процессов. В динамике популяции следует учитывать изменение всех ее структурных признаков.

Изменение обилия является следствием неуравновешенности процессов рождаемости и смертности, которые обычно приурочены к определенным сезонам. Связанные с этим кратковременные и не сильно выраженные изменения численности часто называют осцилляциями (лат. oscillo—качаюсь), а такие колебания численности, когда происходят ее резкие изменения, например, вспышки массового размножения, флуктуациями (лат. fluctualio—колебание).

Популяция не гомогенна по качеству составляющих ее элементов (организмов)и их распределению в пространстве. Образующие ее особи отличаются по возрасту, полу половозрелости и другим биологическим показателям.

Характерна и биологически важна морфофизиологическая разнокачественность особей одного возраста, пола в каждый из моментов существования популяций. Все параметры структуры динамичны, взаимосвязаны между собой и обеспечивают каждым конкретным сочетанием оптимальный вариант состояния популяций применительно к меняющимся условиям среды.

Величина популяции определяется числом и суммарной массой (биомассой) образующих ее особей без учета величины занимаемого ими пространства. Соотношение между численностью и биомассой популяции – один из ее характерных признаков.

Чем больше особей в популяции, тем богаче ее генофонд и шире диапазон каждого фактора, в пределах которого могут существовать те или иные особи. Поэтому резкие изменения среды, не всегда переносимые малой популяцией, легче выдерживаются большой.

Плотность популяции выражается числом. особей (или их биомассой) на единицу площади или объема. Биомасса может быть представлена в единицах сырой или сухой массы, выражена эквивалентным содержанием органического углерода и в величинах по- тенциальной энергии — в калориях, джоулях и т. д. По числу свойственных той или иной популяции особей различают малочисленные (например, некоторых реликтовых видов) и многочисленные популяции (например, широко распространенных видов).

Плотность популяции не беспредельна. Верхний ее предел зависит от потока энергии в экосистеме, т. е. от наличия энергетических ресурсов, нижний—от гомео-статических механизмов популяции. Плотность популяции изменяется с течением времени как за счет биологических причин, так и действия совокупности факторов абиотической среды.

Плотность популяции представляет собой один из важнейших параметров ее существования. От плотности зависят дыхание, питание, размножение и др. Чрезмерная плотность ухудшает условия ее существования, снижая обеспеченность особей пищей и другими средствами жизни.

Отрицательно влияет на популяцию и недостаточная плотность ее, затрудняющая отыскание особей противоположного пола, создание нужной концентрации половых продуктов в воде во время размножения, выработку защитных свойств популяции и др.

1. Воспроизводство и динамика популяций гидробионтов.

Скорость роста популяции в некоторый период—это величина, на которую ее плотность изменяется за этот период. Ее рассчитывают путем деления величины прироста плотности популяции па протекший отрезок времени. Удельная скорость роста— скорость изменения плотности в расчете на 1 единицу плотности в единицу времени. Чем меньше отрезок времени, чем ближе он к нулю, тем ближе величина скорости роста к гипотетической мгновенной скорости роста. Скорость роста популяции (абсолютная, удельная или мгновенная) может быть положительной, отрицательной и нулевой, что зависит от соотношения величин рождаемости и смертности.

Рождаемость — способность популяции к увеличению численности за счет размножения, т. е. появления новых особей в тот или иной отрезок времени. Рождаемость не может быть отрицательной. Потенциальная (абсолютная, максимальная, физиологическая) рождаемость—теоретически максимально возможное количество появившихся новых особой в идеальных условиях. Экологическая (реализуемая) рождаемость—увеличение численности популяции в реальных условиях ее обитания.

Смертность, или элиминация, — гибель особей в популяции. Смертность — антитеза рождаемости и представляет собой число особей, погибших за рассматриваемый период времени. Экологическая, или реализованная, смертность — гибель особей в условиях данной среды; ее величина меняется в зависимости от изменчивости условий обитания. Минимальная смертность—гибель особей в идеальных условиях, не зависящих от лимитирующих факторов среды. Она определяется максимальной физиологической продолжительностью жизни.

Соотношения различных возрастных групп в популяции определяют ее способность к размножению, т. е. величину рождаемости, и в конечном итоге—продукцию популяции.

Для популяции каждого вида характерна своя «нормальная», или стабильная в определенных пределах, возрастная структура. Коренное изменение возрастной структуры—свидетельство неблагополучного состояния популяции. В быстрорастущих популяциях значительную часть численности составляют молодые особи; в стабильных популяциях распределение возрастных групп относительно равномерно; в популяциях с сокращающейся численностью преобладают старые особи.

При описании возрастной структуры популяции различают 3 возрастные группы:

пререпродуктивную, состоящую из неполовозрелых особей;

репродуктивную - взрослых самок и самцов;

пострепродуктивную (у некоторых видов, например, насекомых поденок, отсутствует).

Возраст особей, слагающих популяцию, определяют по морфологическим признакам (стадии развития у ракообразных и насекомых, ширина створок у диатомовых водорослей, чешуя у рыб), а наиболее часто по размерно-весовым характеристикам особей, слагающих популяцию.

2. Гидробиоценозы.

Под биоценозом (гидробиоценозом) понимают биологическую систему, состоящую из популяций нескольких видов, населяющих определенный участок (биотоп), образующих функциональное единство и осуществляющих во взаимодействии с неживой природой круговорот веществ с использованием энергии, поступающей извне.

Обычно биоценозы состоят из автотрофов и гетеротрофов. Особую и очень важную функциональную группу в биоценозах составляют азотфиксаторы, относящиеся к автотрофам (цианобактерии), сапротрофам (свободноживущие бактерии) и биотрофам (симбиотические бактерии и актиномицеты).

Чем шире границы биотопа, тем крупнее соответствующий биоценоз. Свое название биоценозы получают по характеру биотопа или по доминирующему виду.

Элементы одного биоценоза обычно проникают в соседние сообщества. В связи с этим граница между отдельными биоценозами не бывает резкой. Часто она характеризуется населением более разнообразным и обильным, чем в смежных биоценозах.

Самовоспроизводство гидробиоценозов осуществляется в форме круговорота веществ и самовосстановления системы из продуктов ее разрушения с использованием энергии, поступающей извне

Чем больше энергии проходит через биоценоз, тем выше его устойчивость. Под ней понимают сохранение биоценозами структурно-функциональной организации, включая и циклическую смену состояний сообщества, в частности, в соответствии с геофизическими циклами. Один и тот же биоценоз, оставаясь самим собой, выглядит и функционирует по-разному весной, летом, осенью и зимой, днем и ночью.

Вопросы для самоконтроля:

1. Организация напопуляционном уровне.

2. Свойства популяции.

3. Воспроизводство и динамика популяций гидробионтов.

4. Возрастная структура популяции.

5. Причины колебания численности популяции.

6. Гидробиоценозы.