Правило объединения в популяции было сформулировано в 1903г. С.С. Четвериковым:

индивиды любого вида живого всегда представлены в природной среде на изолированными отдельностями, а только их определенным образом организованными совокупностями.

Особи любого живого вида распределены в пределах ареала неравномерно, образуя сгущения и относительно разреженные участки. «Центры плотности « каждого вида и образуют, как правило, популяции, которые являются элементарной структурой вида, формой в которой вид существует в природе.

По определению академика С.С. Шварца , популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

В современном представлении популяция - это минимальная самовоспроизводящаяся совокупность особей одного вида, длительно существующая на определенной территории (ареале), отделенная от других популяций той или иной формой изоляции, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу. У растений совокупность особей одного вида среди особей другого вида называют ценопопуляцией .

При половом размножении обмен генами превращает популяцию в относительно целостную генетическую систему. Если перекрестное оплодотворение отсутствует и преобладает вегетативное размножение, генетические связи слабее и популяция представляет собой систему клонов или чистых линий, совместно использующих среду. Такие популяции объединены в основном экологическими связями. Генетическая цель популяции – оставление жизнестойкого потомства при максимальном использовании ограниченных ресурсов среды.

Популяция является элементарной микроэволюционной структурой . Под действием факторов окружающей среды в популяции постоянно происходят наследственные изменения (мутации). Поскольку мутации передаются потомству, в результате скрещивания они распространяются в популяции и насыщают ее, популяция становится неоднородной. В результате действия факторов эволюции выживают и оставляют потомство те особи, которые приобрели наследственные изменения, полезные в данных условиях среды. Так формируется экологический критерий популяции и вида в целом.

Основным экологическим свойством популяции является способность к беспрерывному изменению, движению, динамике,что сильно влияет на другие экологические характеристики популяции:

структурно-функциональную организованность;

численность и ее динамику;

биологическое разнообразие;

величину занимаемого пространства;

устойчивость системы.

Характеристики популяции, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения, условия при которых формируются популяции изучает раздел экологии, называемый демэкология (от греч. демос – народ). При этом приоритетной для демэкологии проблемой являются биотические взаимоотношения.

1. Показатели популяций.

Являясь групповыми объединениями особей, популяции обладают рядом специфических показателей, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Основными количественными характеристиками популяции являются:

плотность,

численность,

рождаемость,

смертность,

возрастной состав,

характер распределения в пределах территории,

темп роста.

При этом выделяют 2 группы показателей – статические и динамические (эмерджентные).

Состояние популяции в данный момент времени характеризуют статические показатели . К ним относятся следующие.

Численность - это общее число особей на выделяемой территории или в данном объеме. Этот показатель популяции никогда не бывает постоянным, а изменяется в пределах определенного диапазона. В соответствии с правилом максимума размера колебаний численности (плотности) популяционного населения Ю Одума , существуют определенные верхние и нижние пределы для размеров численности (плотности) популяции, которые соблюдаются в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длительного отрезка времени в условиях стабильности среды обитания.

Численность различна у разных видов и в значительной мере зависит от стабильности экологической ситуации, что сказывается на соотношении интенсивности размножения (плодовитости) и смертности.

К. Фридерихсом в 1927 г. была сформулирована теория биоценотической регуляции численности популяции : регулирование численности популяции есть результат комплекса воздействий абиотической и биотической среды в местообитании вида.

Размеры популяции возрастают за счет иммиграции из соседних популяций и за счет размножения особей. Общая численность (и плотность) населения популяции регулируется правилом максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей.

Максимальная рождаемость возможна только в идеальной системе, т.е. при отсутствии факторов среды, сдерживающих рост численности и размножение ограничено только физиологическими особенностями вида. В реальных условиях существует экологическая или реализуемая рождаемость.

Уменьшение размеров популяции происходит в результате смертности и эмиграции особей.

Таким образом (слайд),

Изменение численности популяции

Численность не может быть ниже определенных пределов, сокращение численности за эти пределы может привести к вымиранию популяции. Во всех случаях в популяциях действуют законы, позволяющие использовать даже ограниченные ресурсы среды для оставления потомства.

У растений, как правило, учитывают не число особей, а биомассу , т.е. общее количество органического вещества всей совокупности тех или иных организмов с заключенной в нем энергией, выражаемое в единицах массы или энергии в пересчете на живое или сухое вещество, а также отнесенное к единице площади или объема.

Плотность популяции определяется числом особей, приходящихся на единицу площади или объема, занимаемого популяцией пространства. Плотность популяции также изменчива, она зависит от численности, что отражено в правиле максимума размера колебаний численности (плотности) популяционного населения Ю Одума и в правиле максимальной рождаемости . В случае возрастания последней плотность популяции не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение, т.е. расширение ареала.

Территория, занимаемая разными популяциями одного вида, колеблется и зависит от степени подвижности особей. Каждому виду присуща определенная плотность популяции, отклонения от которой в обе стороны отрицательно сказываются на темпах воспроизводства и жизнедеятельности особей.

К динамическим (эмерджентным) показателям относятся следующие.

Рождаемость (плодовитость) - это число новых особей, появившихся в результате размножения за единицу времени. Живые организмы обладают огромной способностью к размножению. Она характеризуется так называемым биотическим потенциалом , представляющим собой скорость, с которой при беспрерывном размножении (возможном только теоретически при идеальных экологических условиях существования) особи одного вида могут покрыть земной шар ровным слоем. Это важнейший, хотя и условный показатель.

Например, биотический потенциал:

у слона – 0,3 м/с;

для некоторых бактерий – несколько сот м/с.

Самка косули способна произвести за жизнь 10-15 козлят.

Один одуванчик менее, чем за 10 лет способен заселить своими потомками земную поверхность, если все семена прорастут Р. Дажо, 1975г.).

Рыба-луна откладывает за жизнь до 3 млрд икринок.

На практике такая громадная плодовитость никогда не реализуется.

Рождаемость определяется многими факторами:

биологическим положением вида: низкая плодовитость характерна для тех видов, которые проявляют большую заботу о потомстве;

скоростью полового созревания,

числом генераций в году,

соотношением в популяции самцов и самок.

обеспеченностью пищей,

возможностью выкормить потомство,

влиянием природных условий.

Смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени. Она бывает очень высокой и изменяется в зависимости от условий среды, возраста и состояния популяции. У большинства видов смертность в раннем возрасте всегда бывает выше, чем у взрослых особей. Факторы смертности очень разнообразны. Она может быть вызвана:

влиянием абиотических факторов среды (низкие и высокие температуры, ливневые осадки, град, избыточная или недостаточная влажность),

биотическими факторами (отсутствие корма, инфекционные заболевания),

антропогенными факторами (загрязнение окружающей среды, уничтожение животных, деревьев).

Прирост популяции - это разница между рождаемостью и смертностью, прирост популяции может быть как положительным, так и отрицательным.

Темп роста популяции - это средний прирост популяции за единицу времени.

Все живое в окружающей нас среде тесно взаимосвязано друг с другом. Нет таких организмов, которые существовали бы изолированно. Отдельные представители вида формируют группы и занимают определенную территорию – ареал. Поэтому каждый вид состоит из одной или нескольких популяций. Таким образом, популяция, как структурная единица вида, является наименьшим его эволюционным элементом.

Совокупность популяций разных видов, обитающих на одной территории, называется биоценозом. Биоценоз формируется на протяжении веков и представляет собой отдельный участок на суше или в воде, который населяют рыбы, растения, грибы, животные. Под влиянием внешних факторов он меняется, включая новые компоненты.

Общая характеристика популяции

Популяция (populus в переводе с латинского — народ) объединяет особей, которые принадлежат к одному виду, занимают отдельный ареал, скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство. Они имеют одних предков, геном, и находятся в некой изоляции от иных популяций вида. Например, все яблони в одном саду или же сосны в одном лесу формируют популяцию.

Критерии популяции:

• ареал обитания;
• число особей популяции;
• динамика;
• состав популяции.

Площадь территории, которую занимает популяция, различается в зависимости от населяющего ее вида. Например, крупные млекопитающие населяют значительный ареал, в отличие от мелких животных, которые ведут сидячий образ жизни.

Ареал популяции изменяется со временем - увеличивается или уменьшается. Увеличение происходит при миграции, например, перемещение животных в поисках пищи или сезонные перелеты птиц.

Популяции отличаются между собой численностью особей. Их количество определяет ряд факторов: запасы пищи, размеры населяемой территории, безопасность, благоприятные условия для рождения потомства.

Плотность популяции — это количество особей, которые находятся на определенном участке, занимая единицу площади.

Когда плотность возрастает, повышается агрессивность животных, конкуренция, снижается рождаемость. Также играет роль недостаток пищевых ресурсов, развитие заболеваний. В следствии численность популяции уменьшается. Если же плотность низкая, наоборот, излишки еды способствуют росту плодовитости и помогают вырастить здоровое потомство.

Также в каждой популяции изучают следующие показатели:

• возрастная структура - изучение общего количества представителей разных возрастных групп и их соотношение.

Соотношение численности организмов в отдельных возрастных группах, дает представлении о настоящем состоянии популяции и прогноз для ее выживания. Увеличение популяции идет в группах, где преобладают молодые особи, способные давать здоровое потомство. Рост количества в старших возрастных группах неблагоприятное явление, которое приведет к вымиранию вида.

• половая структура - подсчёт количества женских и мужских особей в одной популяции.

Данный показатель важен для высших животных, которые размножаются половым путем. Для растений, которые делятся вегетативно, половая принадлежность не играет особой роли. Часто встречаются двуполые цветковые, или однодомные, на долю раздельнополых растений приходится только 5%.

Свойства популяции, которые способствуют устойчивому существованию вида

В пределах одной популяции, где представители размножаются половым путем, происходит постоянный обмен генетической информацией. Скрещивание между организмами различных популяций случается значительно реже.

Как следствие, специфический геном отдельной популяции будет сохраняться в пределах отдельной группы. Поэтому популяции одного вида все же отличаются друг от друга, приобретая новые качества под влиянием местных факторов. Такая изменчивость повышает внутреннее разнообразие вида, и помогает выживать популяциям на протяжении столетий.

Таким образом, поддерживается существование вида через высокие адаптивные возможности отдельных популяций, их способности к самовоспроизведению, акклиматизации, саморегуляции.

Почему биологические виды существуют в форме популяций

Вид состоит из организмов, которые занимают различные ареалы. Факторы внешней среды на отдельных участках часто сильно отличаются. Есть территории вовсе не пригодные для существования вида, также встречаются преграды, которые разделяют и изолируют популяции друг от друга.

К определенным условиям окружающей среды идет адаптация и появление новых приспособлений, которые помогают выжить виду. Это приводит к некоторому разнообразию особей в пределах разных популяций. Существование вида в единой форме, привело бы к скорому вымиранию всех представителей. Потому что при малейших изменениях в окружающей среде, они не смогли бы выжить.

Причины, из-за которых биологические виды живут в форме популяций:

1. В полной мере используются существующие ресурсы (расселение организмов по всему земному шару).
2. Особи в популяциях быстрее адаптируются к новым условиям.
3. Постоянное изменение генома повышает внутривидовое разнообразие.
4. Повышается выживаемость вида (резкая перемена внешних условий жизни может вызвать полную гибель вида, но наличие популяций с разными характеристиками, может помочь в его сохранении).

Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов

Организмы в популяциях одного вида отличаются набором аллельных генов. Практически никогда не встречаются популяции с идентичными фенотипическими признаками. Все это связано с различными условиями обитания.

Изменение количества аллельных генов обусловлено влиянием естественного отбора. Под влиянием природных факторов выживают представители с набором признаков и свойств, оптимальных для сложившихся обстоятельств. Так в популяции остаются сильные, устойчивые виды, способные к быстрой адаптации.

Популяция как форма существования вида

Вильгельм-Людвиг Иоганссен

• Датский генетик

• В 1903 году предложил термин популяция для обозначения «естественной смеси особей одного вида, неоднородной в генетическом отношении»

Популяция

• Группировка особей одного вида, населяющих конкретную территорию и характеризующихся общностью морфобиологического типа, специфичностью генофонда и системой устойчивых функциональных взаимосвязей с окружающей средой

Состав популяции

В состав входят особи, различающиеся по:

• Полу (мужские, женские)

• Возрасту

• Взаимодействию с окружающей средой

Особь

• Отдельный организм или живое существо, индивид;

• Является дискретной, неделимой единицей жизни;

• Биосистема

Взаимодействие особей в популяции

• Особи непрерывно обмениваются информацией (наследственной, биохимической, деятельностной…)

• Приспособления, обеспечивающие контакты между особями, или предотвращающие их.

Индивидуальные территории

• Звуковые сигналы

• Пахучие метки

• Угрожающие позы

Популяции с высокой плотностью

Колонии

Заросли

Популяции, с значительным расстоянием между особями

• Распределение особей в пространстве обеспечивает: 1.Эффективное использование ресурсов среды

2. Служит основой поддержания необходимого уровня внутрипопуляционных контактов между особями

Разделы: Биология

Класс: 10

Цель: Познакомить учащихся с понятием популяция. Рассмотреть популяцию как форма существования вида, как компонент биогеоценоза, как генетическую систему. Разобрать типы популяции.

Задачи:

• Образовательные: ознакомление с понятием популяция. Рассмотрение популяций с точки зрения формы существования вида, компонента биогеоценоза, генетической системы.
• Развивающие: развитие навыков работы с ПК, логического мышления, умение обобщать материала и делать выводы.

Ход урока

1. Изучение новой темы

Тема сегодняшнего урока: «Популяция как форма существования вида и как особая генетическая система. Популяция – структурная единица вида» (используется презентация слайд)

Вы сегодня должны узнать:

• Что такое популяция
• Популяция как форма существования вида
• Популяция как компонент биогеоценоза
• Популяция как генетическая система
• Типы популяций.

Работа с учебником по терминологии. Термин популяция происходит от латинского слова «populus » - «народ», « население».

Таким образом, народом в популяции выступают особи – совокупность особей. Особь – это отдельный организм (живое существо, индивид: лат.individuum - неделимое).

Особи в популяции различаются по полу (мужские, женские), возрасту (зачатки, новорожденные, молодые, взрослые и старые), по взаимодействию с окружающей средой.

Такое объединение взаимодействующих особей позволяет рассматривать популяцию как особую живую систему со свойствами надорганизменного характера.

Для совместной жизни большое значение имеет комплекс приспособлений, обеспечивающий контакт между ними или, наоборот, предотвращающий столкновения.

Особи, составляющие популяцию, непрерывно обмениваются информацией (наследственной, биохимической, деятельностной, сигнальной) – формирует целостность популяции как биосистемы в пространстве и во времени.

Популяция имеет определенную структуру. Пространственная структура - индивидуальные территории или участки – свойственны фактически всем видам. Плотность – густота размещения особей на занимаемой территории (слайд).

Вывод: (делают ученики)

У каждого вида популяции могут различаться между собой

• по величине занятой территории в пределах видового ареала,
• по освоению ресурсов
• по величине генетического сходства.

Разнообразие популяций у одного и того же вида позволяет подчеркнуть приспособительные возможности свойств данного вида, охарактеризовать его структуру, связи и отношения, его роль в природе.

Таким образом, популяции проявляют себя как форма существования вида в биосфере.

• Как взаимодействуют популяции?

Любой вид состоит из более мелких популяций, т.к. однородно распределен в пространстве. В пределах занимаемой видом общей территории – ареала – встречаются места как более пригодные, так и мало подходящие для жизни. Поэтому возникает некоторая ограниченность одной популяции от другой. Соседние популяции сообщаются друг с другом в процессах расселения, переноса семян и зачатков, сезонных миграций. У некоторых видов такая связь соседних популяций постоянная, у других эпизодическая. (См. презентация связь популяций)

Каждая популяция оказывается приспособленной к своим условиям. Как и среди организмов, среди популяций невозможно найти полностью тождественные.

Популяции не живут изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя биотические сообщества – целостные системы еще более высокого уровня организации.

• Как же могут взаимодействовать особи в группе?
  См. электр. учебник
• Численность, плотность и структура популяций

Постоянны ли популяции?

См. электр. учебник

Главная характеристика любой популяции – это ее численность .

Следующий показатель – плотность популяции . Соотношение особей разного пола или разного возраста – показатели структуры популяции

Структура – это соотношение частей в любой системе. Популяцию можно сравнить и по распределению особей в пространстве и по другим показателям.

Приведите примеры регуляции численности в природе. У подвижных животных часть особей может выселяться (эмигрировать) за пределы занятой территории и искать новые места обитания.

См. демонстрация

Галерея. Демонстрация. Общая биология. Глава 2. Рост численности

Шелкопряд

Саранча. Видеогалерея. Динамика численности в популяции прямокрылых.

Основные процессы, происходящие в популяции.

См. электр.учебник

Экологическая задача.

Факторы, влияющие на численность популяции:

2. Популяция как компонент биогеоценоза

Именно популяции как части видов, а не виды целиком, входят в состав биогеоценозов. Популяции одного вида могут входить в состав нескольких биогеоценозов, чем обеспечивает способность вида существовать в разных условиях обитания в пределах своего ареала.

Входя в состав биогеоценоза, популяция выполняет в нем определенную функцию:

• служит поставщиком энергии
• потребляет энергию сама

Соответственно этому популяция занимает в сообществе определенное место, активно участвуя в круговороте веществ и потоке энергии, занимает в биогеоценозе ту или иную экологическую нишу (слайд).

3. Популяция как генетическая система.

Совокупность всех наследственных задатков у отдельной особи представляет собой генотип, а совокупность всех генотипов особей, составляющих популяцию, называется генофондом. Генофонд характеризует генетическую систему популяции.

Популяции, обитающие в разных географических и экологических условиях, подвергаются неодинаковым воздействиям абиотических и биотических факторов среды. Различия особенно четко проявляются видов с широкими ареалами. Чем более изолирована популяция от других, тем боле специфично она по своим генетическим особенностям.

Выводы (делают ученики) Таким образом, популяции – внутривидовые группировки особей, связанных между собой происхождением (родством), длительное время совместно населяющих определенное пространство. Генофонд популяции характеризует ее генетическую целостность и отличия от других популяций вида.

Популяция является элементарной эволюционной структурой, где протекают элементарные эволюционные явления.

4. Популяция – структурная единица вида

Известный отечественный эколог профессор Московского университета Николай Павлович Наумов в 1955 году в разнокачественном видовом населении выделил 3 типа популяций:

• Географическая – это крупная территориальная группировка особей общего населения вида. Обычно разделены между собой какими-то физическими преградами (моря, реки, горы, города, автострады и т.д.). обычно распадаются на группы, приуроченные к конкретным биогеоценозам или местам с существующими отличиями в микроклимате, гидрологическом режиме, рельефе. Например, одни распределяются в глубине леса, а другие на опушке или пашнях, вдоль ручьев и т.п.
• Экологическая – это группа особей, обладающая свойством целостности, населяющая особый тип местообитания в биогеоценозе. Например, у обыкновенной полевки в пределах единой географической популяции существенно различаются такие экологические популяции, как пашенная и кустарниково-лесная. Первая заселяет открытые безлесные участки, луга, пашни, поля злаковых культур. Вторая поселяется в более закрытых местах – среди кустарников, в перелесках, на опушках и лесных полянах.
• Элементарная – это небольшая группировка особей вида в биогеоценозе. В состав ее обычно входят генетически однородные (близкородственные) особи. (слайд)

2. Закрепление. Контроль знаний

• Тестовая проверка (устно все)
• ЕГЭ (индивидуальные карточки)

3. Подведение итогов

Вывод: популяция – структурная единица вида и эволюции.

ТЕМА УРОКА:

КРИТЕРИИ ВИДА,

ПОПУЛЯЦИЯ.

Критерии вида – совокупность определенных признаков, позволяющих характеризовать какую-либо группу организмов как вид.

Критерии вида

1. Морфологический

2. Физиологический

Сходство внешнего и внутреннего строения особей одного вида, особенностей строения представителей одного вида

3. Генетический

Сходство всех процессов жизнедеятельности, и прежде всего процесса размножения (свободное скрещивание особей вида)

Каждый вид характеризуется определенным, присущим только ему набором хромосом и их особой структурой (размеры, форма, состав ДНК)

4. Экологический

5. Географический

Вид занимает определенное место в природе, имею свою специализацию, набор факторов среды, необходимых для его существования

Вид обладает определенной областью распространения в природе – ареалом

6. Исторический

Общность предков, единая история возникновения и развития вида

Древесные лягушки поют о хромосомах…

Прислушиваясь к брачным песням самцов, самки квакш пересчитывают их хромосомы. Таким способом древесные лягушки предохраняются от скрещивания с чужим видом-двойником.

Что же такое популяция?

Популяция - это

совокупность

групп

разных

рода,

видов

множество

двух

вида,

особей

типа,

единство

одного

Что же такое популяция?

Популяция - это

совокупность

особей

одного

вида,

существующая в границах

с числом особей, достаточным для того, чтобы совокупность была способна к

определенной

территории,

самоподдержанию

МОЛОДЦЫ!

разных

территорий,

самоуничтожению

Биологическое пространство и биологическое время

Взаимоотношения внутри популяции

Благоприятствование

Конкуренция

Рассредоточение

Самоизреживание

Миниатюризация

Попробуйте дать определения понятиям

Свойства, характерные для организма и популяции

Свойства отдельного организма

Свойства популяции в целом

Подумай!

• Группа гепардов Московского зоопарка
• Семья волков
• Окуни в озере
• Пшеница на поле
• Улитки одного вида в одном горном ущелье
• Птичий базар
• Бурые медведи на острове Сахалин
• Стадо (семья) оленей
• Благородные олени в Крыму
• Колония грачей
• Все растения ельника

Подумай!

Чем объяснить то, что, если в борьбе двух (небойцовых) собак одна подставит незащищенную шею, другая не станет за нее хватать, в то время как в борьбе рыси и собаки такое поведение окажется роковым для подставившей шею собаки?

Домашнее задание

Письменно в тетради ответить на вопрос «В озере живут окунь, карась, щука, плотва. В соседнем водоеме, изолированно от первого обитают окунь, щука, судак, лещ и плотва. Сколько видов и сколько популяций населяют оба водоема?»

Спасибо за сотрудничество!

Источники

• Пейзажное фото Нгоро Нгоро - http://www.brodiaga-club.ru/files/photo_192x143/Africa/africa_049.jpg
• Лев - http://africs.narod.ru/geo/simba.jpg
• Зебра - http://africs.narod.ru/geo/punga.jpg
• Леопард - http://www.brodiaga-club.ru/files/photo_192x143/Africa/africa_032.jpg
• Рисунок «От особи до вида» - http://ecodelo.org/sites/default/files/4/images/311.png
• Тля - http://www.374.ru/images/2007-08/14/52_1.jpg
• Слон - http://www.onthegotours.com/repository/elephants-feeding-4337_0_500.jpg
• Стая рыб - http://oboi.kards.qip.ru/images/wallpaper/d4/64/91348_1280_800.jpg
• Небойцовые собаки - http://v.foto.radikal.ru/0704/85/7e1b1411a0ec.jpg