Подробное решение параграф § 54 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Вспомните, что такое популяция и ареал. Почему особи одного вида распределены в природе неравномерно? От чего это зависит?
Ответ. Вид представляет собой сложную систему внутривидовых групп, складывающуюся в процессе эволюции в определённых условиях. Наиболее распространённой внутривидовой структурной единицей является популяция. Внутри популяции можно выделить более мелкие подразделения: стаи, семьи, прайды, которые менее устойчивы и могут легко исчезать, сливаться и образовываться заново. В пределах ареала вида популяции распределены, как правило, неравномерно. Это связано с условиями существования: там, где они наиболее благоприятны, количество популяций и их численность выше. На границах видового ареала (место распространения) популяции, как правило, немногочисленны. У разных видов ареалы популяций могут существенно отличаться по протяжённости. Популяции видов крупных животных имеют больший ареал, чем популяции мелких и малоподвижных животных. Примером больших непрерывных популяций могут служить злаки, растущие на равнинах и покрывающие площади шириной в десятки и сотни километров. Ареал популяции – непостоянная величина, он может расширяться или сокращаться, например в результате изменения численности особей.
Вопрос 1. Что такое популяция с экологической точки зрения? Что является обязательным признаком популяции? Ответ проиллюстрируйте примерами.
Ответ. С точки зрения экологии популяция – это группа особей одного вида, совместно населяющих одну территорию (от лат. terra – земля и torium – пространство) или акваторию (от лат. aqua – вода, torium – пространство) в пределах ареала вида и взаимодействующих друг с другом.
Обязательным признаком популяции считают её способность к самостоятельному существованию в течение длительного времени, т. е. на протяжении нескольких поколений, благодаря размножению образующих популяцию особей, а не притоку их извне. Временные поселения особей одного вида, например серых жаб весной в небольших лужах и канавах с водой, являются не популяциями, а внутрипопуляционными группировками.
Вопрос 2. Опишите основные свойства популяции как биологической системы.
Ответ. Свойства популяции:
1) генетическая общность, т. е. генофонд, благодаря постоянно происходящему между особями популяции обмену генами при скрещивании;
2) относительная изолированность от других популяций, что связано с набором подходящих условий среды обитания для её существования, возможностью расселения особей и наличием преград;
3) значительная численность (обычно от несколько сотен до нескольких десятков тысяч особей), что обусловлено размножением;
4) наличие связанных друг с другом, но различающихся группировок (самок, самцов, молодых, взрослых, стареющих особей и т. п.);
5) временная изменчивость, возникающая под действием факторов эволюции, приводящих к появлению в популяции новых сочетаний генов, к исчезновениям отдельных аллелей (дрейф генов), мутациям и т. д.;
6) уникальность, связанная с неповторимостью каждой популяции, обусловленной набором генотипов составляющих её особей.
Вопрос 3. Как определяется рождаемость в популяции? От каких экологических факторов она зависит? Что такое потенциальная и реализованная рождаемости?
Ответ. Рождаемость – это количество новых особей, появившихся в популяции в результате размножения за единицу времени. Рождаемость зависит от многих экологических факторов: наличие кормовой базы, количество конкурентов, приспособленность к условиям существования, плотность и др. Различают потенциальную рождаемость, т. е. теоретически возможную скорость нарастания численности популяции благодаря появлению на свет новых особей при отсутствии каких-либо лимитирующих факторов, и реализованную рождаемость, наблюдаемую в естественных природных условиях. Последняя свидетельствует о состоянии популяции и зависит от условий окружающей среды. Например, если птицами одной популяции было отложено 510 яиц, а выжило и опери лось только 255 птенцов, то в этом случае говорят, что реализованная рождаемость составила лишь 50% от потенциальной рождаемости.
Вопрос 4. Какие экологические факторы влияют на смертность особей в популяции?
Ответ. Смертность отражает естественную и случайную гибель особей в популяции за единицу времени. Показатель гибели особей в данных конкретных условиях среды называют реализованной смертностью. Эта величина, как и рождаемость, непостоянна и может изменяться.
К числу факторов, определяющих смертность относятся: нехватка пищи, возрастание численности врагов, заболеваемость. При высокой плотности популяции ее члены бывают слабее физически и мельче. Это может понизить их сопротивляемость к болезням и сделать более доступными хищникам. Кроме того, при высокой плотности рождаемость животных часто снижается, даже если нет недостатка в пище. При этом могут происходить различные гормональные сдвиги, которые влияют на половое поведение животных, усиливается их агрессивность. Родительская забота ослабевает, детеныши рано покидают гнезда, и снижается вероятность их выживания. У растений число семян, образующихся на каждой особи, тоже может уменьшаться при возрастании плотности. Другой зависимый от плотности фактор, который может влиять на величину плотности популяции, – это миграция (или расселение). Например, у тлей при высокой плотности популяции не только замедляется размножение, но и у многих особей развиваются крылья, что позволяет им покидать растения, на которых они кормились. Существуют и факторы, не зависимые от плотности популяции. Примером может служить воздействие неблагоприятной погоды (суровая зима, засуха) и природные катаклизмы (пожар, землетрясение, наводнение, ураган и др.). Однако многие факторы, как зависимые, так и независимые от плотности, часто вступают в сложные взаимодействия.
Вопрос 5. Чем определяются прирост популяции и темп роста популяции?
Ответ. Разницу между рождаемостью и смертностью называют приростом популяции, он может быть как положительным, так и отрицательным. Средний прирост за единицу времени отражает темп роста популяции.
Вопрос 6. Охарактеризуйте понятия численности и плотности популяции.
Ответ. Главный показатель популяции – это её численность. Она свидетельствует о том, хорошо или плохо чувствует себя вид. Однако не всегда легко определить численность, так как для этого надо пересчитать всех особей популяции. Поэтому чаще используют другой показатель – плотность популяции. Плотность – это число особей, приходящихся на единицу пространства, которую выбирают для учёта. Например, число растений клевера лугового на 1 м2 луга или число рачков-дафний в 1 л воды из пруда. Для успешного размножения многих видов необходимо, чтобы плотность популяции достигала определённой, иногда весьма значительной величины.
Вопрос 7. Что такое биотический потенциал популяции? Может ли в природе происходить экспоненциальный рост численности популяции? Если может, то в каких случаях?
Ответ. Для каждой популяции характерен свой биотический потенциал (от лат. potentia – сила), т. е. скорость, с какой могла бы расти ее численность при наличии неограниченного пространства, пищи, отсутствии хищников, паразитов и конкуренции со стороны других видов. Понятие биотического потенциала ввёл в науку в 1928 г. Р. Чепмен. Этот показатель отражает теоретический максимум потомков от одной пары (или одной особи) за единицу времени, например за год или за весь жизненный цикл.
Теоретически рост популяции идёт в геометрической прогрессии и описывается экспоненциальной кривой. Однако такой рост бывает и в реальности. Численность популяции растёт экспоненциально, т. е. происходит вспышка размножения, если её особи располагают в избытке всеми необходимыми ресурсами. Экспоненциальный рост наблюдается при освоении популяцией новой территории, или акватории, например при переселении части её особей в другие географические районы. Так, водный гиацинт заполонил тропические реки Юго-Восточной Азии и Африки. Родина этого растения – Южная Америка, где его размножение сдерживается местными видами насекомых. В XIX в. из-за красивых цветков человек стал разводить водный гиацинт в прудах. Попав затем в естественные водоёмы и не встретив там преград, он быстро размножился и вытеснил многие местные виды растений. Сейчас для борьбы с водным гиацинтом в водоёмы, которые он занял, из Южной Америки переселили естественного врага этого растения – жука, объедающего его корни.
Вопрос 8. Известно, что бактерия кишечной палочки размножается лишь один раз в жизни и производит только двух потомков. Другой вид – дуб черешчатый – образует огромное количество плодов – желудей. В то же время популяция кишечной палочки может увеличиться быстрее, чем популяция дуба черешчатого. С чем это связано?
Ответ. Дуб дает семена один раз в год, а бактерии при благоприятных условиях дают потомство каждые 20 минут, то есть 1892160 раз в году.