Популяції. Структура та динаміка популяцій
Під популяцією розуміють сукупність особин одного виду з єдиним генофондом, в результаті взаємодії потоку генів (схрещення, міграції, запилення, запліднення, поширення зачатків спор, клітин, насіння, личинок, яєць) та умов довкілля.
Популяція - це елементарна одиниця існування виду й та одиниця, з якою „ працює” природний добір.
Порівняно з видом, популяція фенотипно й генотипно зазвичай однорідніша. Наприклад, у популяцій берези, що росте на болоті, дерева тонші, слабші, чутливі до грибкових захворювань, ніж у популяції берези того самого виду, яка росте на сухих місцях.
Популяції, як і біогеоценози, характеризуються багатьма показниками. З погляду екології, найсуттєвішим є показник мінімальної чисельності популяції, тобто такої чисельності, за якої в популяції ще підтримується необхідний рівень генетичної неоднорідності, завдяки чому вона не вироджується. Наприклад, у популяціях із великою чисельністю схрещення відбуваються здебільшого між особинами, що не є близькими родичами. Завдяки цьому в популяції не накопичуються шкідливі мутації й вона процвітає. В гіршому випадку переважають близькоспоріднені схрещування, збільшується фонд генетичних захворювань, популяція вироджується й у подальшому зникає. Зазвичай (принаймні у тварин) мінімальна чисельність популяції становить кілька сотень особин. Послідовно підводячи популяції до мінімальної чисельності, людина знищує їх, навіть не вбиваючи останнього представника.
Популяція, зумовлена як група представників одного виду (або інші групи, у яких організми можуть обмінюватися генетичною інформацією), що займає визначений простір, має багато ознак. Ці ознаки хоч і виражаються найкраще у виді статистичних функцій, характеризують групу як ціле, а не окремих представників у групі. До таких ознак відносять: щільність, народжуваність, смертність, розподіл організмів за віком, біотичний потенціал, характер розподілу в межах території і тип росту.
Популяції мають також генетичні характеристики, які безпосередньо зв'язані з їх екологією, здатність до адаптації, репродуктивність (дарвінівська), пристосованість і стійкість, тобто здатність протягом тривалого часу відтворювати потомство.Популяція, має „біологічні особливості”, які є спільними для усіх організмів, що входять до її складу і „групові особливості”, що є унікальними характеристиками групи. „Біологічними
особливостями” варто називати наявність життєвого циклу популяції, її здатність до росту, диференціації і самопідтримки. Популяція має визначену організацію і структуру, які можна описати. До „групових особливостей” відносяться такі, як народжуваність, смертність, вікова структура популяції і генетична пристосованість. Ці ознаки стосуються тільки популяції. Особина народжується і вмирає, має той або інший вік, але стосовно особини не можна говорити про народжуваність, смертність або вікову структуру - характеристики, що визначаються тільки на рівні групи.
Щільність популяції - це її величина стосовно одиниці простору. Як правило, її визначають і виражають числом особин, або біомасою популяції на одиницю площі, або обсягу (наприклад 200 дерев на 1 га; 5 млн. діатомових водоростей на 1 м3 води; 200 кг риби на 1 га поверхні водойми). Одиницями біомаси можуть слугувати різні показники: від сухої ваги до змісту ДНК і PHK. Часто важливіше знати, чи змінюється (збільшується або зменшується) популяція, ніж її величина в кожен окремий момент. У таких випадках корисно використовувати показники відносної чисельності; вони можуть відноситися до визначених проміжків часу (наприклад, число птахів, замічених протягом години) або виражатися у відсотках (скажімо, відсоток пробних ділянок, зайнятих визначеним видом рослини).
Співвідношення чоловічої і жіночої статей в популяції має важливе екологічне значення, оскільки воно безпосередньо пов'язане із потенціалом її розмноження, а отже, впливом на життєдіяльність усієї екосистеми. Причому стосується лише роздільностатевих організмів.
Справа в тому, що у популяціях розрізняють одностатеві і двостатеві структури. Одностатеві популяції складаються лише з жіночих особин і розмножуються партеногенезом (розвиток яйцеклітини відбувається без запліднення: бджоли, тля, коловертки, багато спорових і насіннєвих рослин). У природі поширеніші двостатеві популяції. У тваринному світі переважають роздільностатеві види, зрідка трапляються і в рослин (тополі, мохи). Гермафродитизм (наявність в одного організму чоловічих і жіночих органів розмноження) характерний для безхребетних та вищих рослин. У ссавців, в яких один самець може запліднити декілька самок, для розвитку більше значення має чисельність самок, ніж сумарна кількість особин. Це пов'язане з тим, що лише поодинокі види утворюють на період розмноження окрему пару, яка може зберігатися до кінця життя одного з партнерів.Співвідношення статей - це відношення кількості самців до кількості самок або кількості самців до загальної кількості самців і самок. Завдяки генетичній детермінації кількість самців і самок майже однакова (1:1).
Важливим аспектом структури популяції є також віковий розподіл, тобто співвідношення чисельності особин різних вікових класів і поколінь. Такі популяції називають поліциклічними (деревні рослини, багаторічні трави, хребетні та безхребетні, життя яких триває понад один рік). Популяції, які складаються з особин одного віку, називають моноциклічними (більшість трав'яних рослин, комах).
Вікова структура популяції характеризує її здатність до розмноження. Американський еколог А. Боденхеймер виділив три екологічних віки популяції (три вікові стадії популяції): передрепродуктивний, репродуктивний і пострепродуктивний. Тривалість цих періодів у різних організмів коливається. У багатьох тварин і рослин особливо тривалим буває передрепродуктивний період. Якщо умови сприятливі, в популяції присутні всі вікові групи, які забезпечують відносно стабільний рівень її чисельності. Облік і аналіз вікової структури має велике значення для раціонального ведення мисливського господарства і прогнозування популяційно -екологічної ситуації.
Густота популяцій може збільшуватись або зменшуватись в залежності від клімату та антропогенного навантаження. Такі зменшення або збільшення називаються динамікою популяції. За динамічними змінами популяцій розрізняють такі типи їх чисельності :
-показниковий - його перша фаза характеризується збільшенням чисельності популяції за геометричною прогресією, після досягнення максимальної кількості особин різко зменшується, тривалість повного циклу розмноження залежить від біологічних особливостей виду;
- гіперболічний - спостерігається в популяціях які щойно заселили нове місце за ресурсами живлення, після істотного збільшення популяції у ній настає фаза рівноваги;
- стабільний - притаманний для популяцій, які перебувають у сталих умовах існування і мають досконалий регуляційний механізм. У природі зустрічається рідко.
Серед поширених екологічних явищ, що впливають на чисельність популяції, важливу роль відіграють так звані міграції (переселення). Існують періодичні і неперіодичні міграції. Сезонні (періодичні) міграції відбуваються в ґрунті в залежності від температури. Неперіодичні виникають внаслідок катастроф (наприклад: лісова пожежа).
Загальні зміни чисельності популяції залежать від народжуваності і смертності, вселення і виселення її особин. Народжуваність і смертність - це основні показники динаміки популяції. Залежність від їх співвідношення говорить про баланс популяції. Народжуваність характеризується кількістю особин, що з’являється в популяції за одиницю часу з розрахунку на певну кількість її членів. Вона залежить від кількості особин, здатних до відтворення, що в свою чергу визначається співвідношенням статево-вікових груп. Для кожної вікової групи характерні свої показники народжуваності. Наприклад, серед людей найвища народжуваність у віці 20-24 роки, найвища смертність протягом першого року життя і віці 60-70 років.
Природжена здатність видів збільшувати свою чисельність називається біологічним потенціалом. У природі біологічний потенціал ніколи не реалізується повністю, його величина дорівнює різниці між народжуваністю і смертністю в популяції. Смертність - це кількість особин, що загинули за певний відрізок часу. Життя має певні межі і в кожного організму свої. Смертність залежить від таких факторів як, несприятливі умови середовища, наявність хижаків, хвороби.