Модели динамики популяций.

1. J-образная кривая.

При неограниченных ресурсах и идеальных природных условиях виды реализуют максимальную рождаемость. Такой рост популяции начинается медленно и затем стремительно нарастает по экспоненте, то есть кривая роста популяции принимает J-образный вид.

 

Рис. 19

 

 

 dN/dt = rN

 

r – выраженная скорость роста численности популяции, связана с максимальной скоростью размножения; чем выше скорость размножения, тем выше r.

r > 0, N ↑ экспоненциально (бум и крах популяции)

r < 0, N ↓ экспоненциально (бум и крах популяции)

размеры не стабилизируются

 

2. S-образная кривая.

При ограниченных ресурсах размеры популяции того или иного вида также ограничены, и смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Когда это случается, J­-образная кривая роста популяции начинает плавно изгибаться и принимает вид S-образной кривой.

 

Рис. 20

 

 

dN/dt = rN · (K – N)/K

 

K – максимальное число организмов, которое может поддерживаться в данных условиях среды (емкость экосистемы); отражает влияние среды на снижение роста.

N > K, скорость роста отрицательна

N < K, скорость роста положительна

N = K, скорость роста равна нулю – стабилизация популяции.

 

 

Стратегии выживания.

Основные виды кривых численности популяций в природе:

- относительная стабильность;

- скачкообразный рост;

- циклические колебания.

 

R и K – стратегии популяций.

 

r-виды

К-виды

Размножение быстро (высокая плодовитость, короткое время генерации)   Скорость размножения не зависит от плотности популяции   Энергия и вещество распределяются между многими потомками     Размеры популяции некоторое время могут превышать емкость среды   Вид не всегда устойчив на данной территории   Расселяются быстро   Размножение идет с относительно большими затратами энергии и вещества       Малые размеры особей   Малая продолжительность жизни особей   Местообитания сохраняются недолго   Слабые конкуренты   Защитные приспособления развиты слабо   Лучше приспособлены к изменениям окружающей среды (менее специализированы) Например: бактерии, тли, одуванчики

Размножение медленно (низкая плодовитость, продолжительное время генерации)   Скорость размножения зависит от плотности популяции   Энергия и вещество концентрируются в немногих потомках, родители заботятся о потомках   Размеры популяции близки к равновесному уровню   Вид устойчив на данной территории   Расселяются медленно   Размножение идет с относительно небольшими затратами энергии; много энергии расходуется на рост и поддержку жизнеспособности отдельной особи   Крупные размеры особей   Большая продолжительность жизни особей   Местообитания устойчивые   Сильные конкуренты   Хорошие защитные механизмы   Высокая специализация для жизни в устойчивых местообитаниях Например: крупные тропические бабочки, альбатрос, деревья, человек.

 

Рис. 21

 

Образование и вымирание видов.

Видообразование и вымирание видов – реакция на изменение условий окружающей среды.

Полагают, что 94-99% когда-либо существующих на земле видов вымерли (за 5 млрд. лет).

Для сохранения вида необходимо несколько десятков раздельно-половых особей:

Примеры вымерших видов:

- странствующий голубь (из-за охоты на них человека);

- динозавры (из-за изменения условий окружающей среды).

Видообразование:

- путем естественной селекции по одной генетической линии (лошадь);

- за счет расщепления исходного вида (в результате по ареалам с различными условиями, за счет 

  географической изоляции или миграции, например лисица: север – арктическая лисица (белая)

  юг – серая лисица).

Изоляция в течение 10³ – 10⁵ поколений.

Арктическая лисица – приспособлена к холодному климату (густой мех, короткие уши, лапы и нос, белая окраска). Серая лисица – приспособлена к жаркому климату (редкий мех, длинные уши, лапы и нос). Арктическая и серая лисица вместе не скрещиваются в естественных условиях.

Коэволюция – под взаимным влиянием различных организмов: один вид оказывает влияние на другой.

Наиболее ценные ресурсы земли:

Биоразнообразие  - включает два взаимосвязанных понятия: генетическое разнообразие и видовое разнообразие.

Видовое разнообразие – число различных видов внутри одного сообщества.

Генетическое разнообразие – многообразие генетических свойств у особей одного вида.

 

Изменения экосистем в ответ на крупномасштабный стресс.

С течением времени экосистемы меняются (зарастание водоема или вырубки)

Экологическая сукцессия – процесс, при котором одни сообщества видов растений и животных заменяются серией других, и обычно более сложных сообществ.

Экологическая сукцессия продолжается до тех пор, пока сообщество не станет максимально стабильным и самообеспечивающимся для данных условий (т.е. зрелым).

Зрелые сообщества – пустыни, травянистые системы и леса (в зависимости от климата)

Первичная сукцессия – последовательное развитие сообществ на участках, лишенных почв (скалы и глины после прохождения ледника, вулканическая лава и пепел, участки открытой добычи полезных ископаемых).

Голая природа               à               зрелый лес

                           несколько тысяч лет

 

Вторичная сукцессия – последовательное развитие сообществ в ареале, где естественная растительность уничтожена или сильно нарушена, но почва и донные отложения сохранены (заброшенные с/х угодья, вырубка, сильно загрязненные водоемы, земли, затопленные при строительстве водохранилища) – десятки и сотни лет.

 

1) поле à однолетние      à многолетние   à кустарники à   молодой    à  зрелый дубовый лес.

                 дикие растения     дикие растения                             сосновый лес

 

 Северная Каролина; время 150 лет.

 

2) вырубки à травы à  кустарники и     à  лиственный лес à зрелый хвойный лес.

                                       молодые деревья      (березовая роща)

 

Средняя полоса; время 100 лет.

 

3) пруд à болото à луг à лес   (сотни лет).

 

Сопоставление зрелых и незрелых экосистем.

 

Характеристика	Незрелая экосистема	Зрелая экосистема
Размер растений   Видовое разнообразие   Трофическая структура     Экологические ниши     Уровень организации (количество внутренних связей)   Пищевые цепи и сети     Эффективность использования энергии   Соотношение продуктивности и дыхания   Количество биомассы	Небольшой   Низкое   В основном продуценты, мало редуцентов   Преобладают виды с R – стратегией     Низкий     Простые, в основном пастбищного типа   Низкая     P/R > 1      Малое	Большой   Высокое   Сочетание продуцентов, консументов и редуцентов   Виды с К – стратегией       Высокий     Сложные, с преобладанием детритных   Высокая     P/R à1     Большое

 

 

Рис. 22