Вспомните, что такое экологический критерий вида. Какими показателями характеризуется популяция как форма существования вида в природе?
Вид в природе существует в форме популяции, которой для жизни необходимы определенные абиотические и биотические факторы среды. Воздействие этих факторов на популяцию регулирует ее численность, обеспечивает длительное существование вида в пределах его ареала и экологической ниши.
Экологическая ниша. Экологическая ниша - совокупность всех абиотических и биотических факторов, в пределах которых возможно существование вида.
Экологическую нишу не следует путать с местообитанием вида. Ее можно представить как «профессию» вида, тогда как местообитание - «адрес» его местожительства в окружающей среде.
Например, в саваннах Африки встречаются несколько видов травоядных копытных млекопитающих. Местообитание у них общее, но они по-разному используют имеющиеся кормовые ресурсы (рис. 128). Жирафы объедают листву деревьев на высоте 5-6 м. Зебры обрывают преимущественно верхушки высоких трав. Антилопы гну поедают среднюю часть злаков и их семена.
Газели выщипывают самые низкие растения. Антилопы дик-дики едят листву с небольших кустарников.
Таким образом, в одном местообитании разные виды копытных млекопитающих специализируются на питании растениями, произрастающими в разных ярусах, т.е. занимают разные экологические ниши. Различие в экологических нишах между видами препятствует межвидовой конкуренции и способствует более полноценному использованию ресурсов среды.
Ученые установили, что организмы двух видов не могут занимать абсолютно одинаковые экологические ниши, так как в этом случае они вступают в конкурентные взаимоотношения, приводящие к вытеснению одного вида другим, более приспособленным. Например, по берегам водоемов произрастает рогоз широлистный - растение, отличающееся способностью активно воздействовать на другие растительные организмы. Побеги и корневища рогоза выделяют в окружающую среду химические вещества, тормозящие рост других растений. В результате химического воздействия рогоз полностью вытесняет виды-конкуренты и образует по берегам водоемов сплошные заросли.
Рис. 128. Травоядные копытные млекопитающие в саваннах Африки занимают разные экологические ниши: 1 — жираф; 2 — антилопа дик-дик; 3 — зебра; 4 — антилопа гну; 5 — газель Томсона
Нельзя думать, что экологическая ниша - это какое-то пустое пространство в природе, которое организм какого-либо вида может занять или освободить. Экологическая ниша возникает в процессе эволюции вместе с приобретением организмом конкретного вида приспособлений к факторам среды. С исчезновением вида исчезает и его экологическая ниша. Например, в 30-х гг. прошлого столетия из фауны Австралии исчез крупный хищник - сумчатый волк, полностью истребленный в результате охоты. Вместе с его исчезновением исчезла и образованная им экологическая ниша. Сейчас возникла новая экологическая ниша, похожая на прежнюю, которую образовал другой вид - дикая собака динго, предки которой проникли в Австралию вместе с первыми поселенцами и впоследствии одичали.
Биотический потенциал популяции. Любой вид в природе представлен популяциями. С точки зрения экологии, популяция - это совокупность особей одного вида, совместно населяющих общий ареал и взаимодействующих между собой (свободно скрещивающихся).
Популяция характеризуется следующими показателями: численностью, рождаемостью, смертностью и приростом. У каждой популяции существует характерный для нее биотический потенциал (от лат. potentia - сила), т.е. показатель способности, с какой могла бы расти ее численность в случае неограниченного пространства, пищи, отсутствия хищников, паразитов и конкуренции со стороны других видов. Численность популяции увеличивается экспоненциально, т.е. происходит вспышка размножения, если ее особи имеют в избытке все необходимые ресурсы (рис. 129).
Рис. 129. Кривые роста численности популяции инфузории-туфельки: 1 — теоретическая (экспоненциальная); 2 — реальная
Рис. 130. Водный гиацинт — вид с экспоненциальным ростом численности популяций
Экспоненциальный рост наблюдается при освоении популяцией новой территории, например, при переселении части ее особей в другие географические районы. Так, водный гиацинт заполонил тропические реки Юго-Восточной Азии и Африки (рис. 130). Родина этого растения - Южная Америка, где его размножение сдерживают насекомые местных видов. В XIX в. из-за красивых цветков водный гиацинт стали разводить в прудах. Попав затем в естественные водоемы и не встретив там преград, он быстро размножился и вытеснил местные растения. Сейчас для борьбы с водным гиацинтом в водоемы, которые он занял, переселили из Южной Америки естественного врага этого растения - жука, объедающего его корни.
Зная биотический потенциал популяции, можно теоретически рассчитать время, за которое вся поверхность нашей планеты могла бы быть заселена организмами какого-либо вида (табл. 2). Однако реально ни один организм не способен заселить всю Землю. Экспоненциальный рост неизбежно ведет к истощению ресурсов среды, снижению численности популяции, а в некоторых случаях - даже к ее гибели.
Динамика численности популяции. Сопротивление среды биотическому потенциалу популяции обеспечивают механизмы регуляции ее численности: хищники, паразиты и внутривидовая конкуренция, называемые факторами смертности.
Таблица 2
Возможная способность заселения организмами поверхности Земли
|
Организмы |
Время заселения |
|
Бактерии |
До 1,8 суток |
|
Насекомые (саранча азиатская) |
203-366 суток |
|
Цветковые растения (клевер ползучий) |
Более 11 лет |
|
Птицы (голубь сизый) |
18 лет |
|
Млекопитающие (крыса серая, слон африканский) |
8 лет |
|
Более 1000 лет |
Главным сигналом приближающегося переполнения популяции особями, является увеличение ее плотности. Предельная плотность, которую может достигнуть популяция, определяется емкостью среды. Для разных популяций одного вида емкость среды может быть неодинаковой. Например, для популяции лося лиственный лес из осин и берез с хорошо выраженным подлеском обладает значительно большей емкостью среды, чем хвойный, в котором меньше пищи - травы, веток и коры лиственных деревьев.
У подвижных животных при возрастании плотности популяций наблюдается миграция на новые территории. Например, это характерно для леммингов (рис. 131). В арктической тундре один раз в 3-6 лет самки леммингов с середины зимы начинают приносить по 6 пометов, в каждом из которых бывает до 13 детенышей. Через 20 суток выросшие лемминги достигают половой зрелости и начинают размножаться. Число грызунов стремительно растет. В результате этого пищи не хватает, и значительная часть особей мигрирует в поисках корма.
Рис. 131. Сибирский лемминг
В продолжающей размножаться оставшейся популяции леммингов усиливается внутривидовая конкуренция. Зверьки начинают драться из-за пищи, среди них распространяются инфекционные болезни, рождаемость в результате этого снижается, а смертность возрастает. В итоге численность грызунов в популяции сокращается, а затем в течение нескольких лет колеблется приблизительно на одном уровне, до следующей вспышки размножения (рис. 132).
Множественность механизмов регуляции численности популяции приводит к тому, что в природе редко происходит катастрофический ее рост, подрыв ресурсов среды и гибель большого количества особей. Чаще всего численность популяции колеблется около среднего значения, соответствующего ёмкости среды.
Рис. 132. Изменение численности популяции леммингов, происходящее при вспышке размножения и включения факторов смертности
Экологическая ниша, биотический потенциал, вспышка размножения, факторы смертности, емкость среды, миграция.
1. Что такое экологическая ниша? Чем она отличается от местообитания? 2. Что такое биотический потенциал популяции? В каких случаях происходит вспышка размножения? 3. Охарактеризуйте факторы смертности, регулирующие численность популяции.
4. Потомство одной инфузории-туфельки за год может достигнуть 75х10108 особей. По объему такое число инфузорий заняло бы полый шар, диаметр которого равен расстоянию от Земли до Солнца. Объясните, почему в природе этого не происходит.