Подробное решение параграф § 56 по биологии для учащихся 11 класса, авторов А.В. Теремов, Р.А. Петросова Углубленный уровень 2017
Вопрос. Вспомните, что такое популяционные волны, или «волны жизни». Какие причины могут вызывать изменения численности популяции?
Ответ. Популяционные волны, или «волны жизни», по С.С. Четверикову – это колебания численности особей в природных популяциях. Они свойственны всем видам животных, растений и микроорганизмов. Популяционные волны могут быть сезонными (периодическими), генетически обусловленными и несезонными (апериодическими), обусловленными воздействием на популяцию непосредственно различных биотических и абиотических факторов. Так, увеличение кормовых ресурсов – растительности приводит к увеличению численности грызунов (например, леммингов), что, в свою очередь, через некоторое время приводит к увеличению численности хищников (лисиц, песцов). Последнее ведёт к истреблению жертвы (грызунов) и уменьшению кормовых ресурсов для хищников и в конечном итоге к уменьшению численности хищников. В XIX – ХХ веках отдельные «вспышки» численности организмов отмечались в популяциях кроликов в Австралии, домовых воробьёв в Северной Америке, саранчи в Азиатско-Африканском регионе и т.п. После холодной зимы численность кроликов на одном из островов вблизи побережья Англии уменьшилась в 100 раз (с 10000 до 100 особей).
Вопрос. 1. Что такое динамика популяции? Каковы типы динамики популяций? Приведите примеры организмов с разными типами динамики популяций.
Ответ. Любая популяция характеризуется изменениями во времени: происходят колебания её численности, плотности, соотношения самцов и самок, молодых и взрослых особей и т. п. Всю совокупность таких изменений называют динамикой популяции.
В зависимости от характера колебаний выделяют следующие типы динамики популяций: стабильный, изменчивый и взрывной
Стабильный тип характерен для видов со значительной продолжительностью жизни, низкой плодовитостью и выживанием большинства потомков, например для пингвина Адели. Резких колебаний численности и других показателей в таких популяциях не наблюдается: численность изменяется всего в несколько раз.
Изменчивый тип динамики свойственен популяциям, численность которых изменяется в десятки раз. Например, в популяциях дикого европейского кролика в отдельные годы в зависимости от давления хищников – орлов и лисиц – численность колеблется в достаточно широких пределах.
Взрывной тип динамики встречается в популяциях, численность которых изменяется в сотни и тысячи раз. Как отмечалось ранее, при таких колебаниях происходит вспышка размножения, приводящая к резким увеличениям численности популяции. Взрывной тип динамики характерен для некоторых насекомых, например бабочки коконопряда соснового – вредителя хвойных пород тайги.
Вопрос 2. По каким показателям оценивают численность популяции в определённом местообитании и в конкретный промежуток времени?
Ответ. Оценить численность той или иной популяции вида в определённом местообитании и в конкретное время (п) можно, используя следующую формулу: Nn = Nn-1 + В – D + С – Е,
где Nn— количество особей в момент времени п; Nn-1 – количество особей в предыдущий момент времени; В – показатель рождаемости популяции (число родившихся особей); D – показатель смертности популяции (число умерших особей); С – показатель иммиграции (число вселившихся в популяцию особей); Е – показатель эмиграции (число покинувших популяцию особей).
Из приведённой формулы видно, что важнейшими показателями, определяющими численность популяции, являются рождаемость и смертность. Они зависят от многих факторов, действующих на популяцию извне, а также от её свойств.
Вопрос 3. Какое влияние на выживаемость организмов оказывают размеры их тела? Какие организмы – крупные или мелкие – имеют более высокую скорость прироста популяции? Объясните почему.
Ответ. Объективный показатель способности организмов увеличивать свою численность – скорость прироста популяции. Данный параметр обратно пропорционален размерам и продолжительности жизни организмов. Небольшие организмы, живущие недолго, имеют более высокую скорость прироста популяции по сравнению с крупными организмами, отличающимися значительной продолжительностью жизни. Крупные организмы надёжнее защищены от хищников, что обеспечивает лучшую их выживаемость.
Вопрос 4. Охарактеризуйте кривые выживания разных организмов (см. рис. 252). Приведите примеры организмов, для которых характерны разные кривые выживания?
Ответ. Способность популяции к увеличению численности зависит от её возрастного состава. Продолжительность жизни особей в популяции можно оценить, используя кривые выживания. Для каждого вида характерен определённый тип кривой выживания, форма которой зависит от смертности неполовозрелых особей в популяции на протяжении всего времени её существования.
Первый тип (кривая А) соответствует ситуации, когда большинство особей имеет одинаковую продолжительность жизни и умирает в течение очень короткого времени (млекопитающие, некоторые насекомые, например дрозофила и др.). Такие же кривые выживания свойственны и человеку, причём кривая выживания для мужчин по сравнению с аналогичной кривой для женщин менее выпуклая. Второй тип (кривая Б) характерен для видов с постоянным показателем смертности на протяжении всей их жизни (50% за определённую единицу времени), поэтому кривая выживания приобретает вид прямой. Это бывает тогда, когда главным фактором, определяющим смертность, становится случай, причём особи гибнут до начала старения (гидра, многолетние растения и др.). Третий тип (кривая В) отражает высокую смертность особей в раннем возрасте (многие беспозвоночные, рыбы и птицы).
Вопрос 5. Перечислите факторы смертности, регулирующие численность популяции. Какие из них зависят, а какие не зависят от плотности популяции?
Ответ. Факторы смертности – давление хищников, паразитов, внутривидовая конкуренция.
Главный сигнал приближающегося переполнения популяции особями – увеличение её плотности. Рост численности популяции при этом замедляется, так как условия для размножения особей становятся менее благоприятными. Предельная плотность, которая может быть достигнута той или иной популяцией, определяется ёмкостью среды. Некоторые факторы смертности, регулирующие численность популяции, зависят от её плотности, а другие – нет. К первым относят биотические факторы, которые вызывают большую гибель особей при высокой плотности популяции, чем при низкой. В условиях скученности отдельные организмы оказываются физически слабее, что снижает их сопротивляемость хищникам и болезням.
К факторам смертности, не зависящим от плотности популяции, относят все абиотические воздействия среды. Так, дождливое лето снижает численность насекомых и приводит к массовой гибели птенцов насекомоядных птиц. Суровая зима с высоким снежным покровом может стать причиной уменьшения численности зверей и оседлых птиц, кормящихся на земле.
Вопрос 6. В чём проявляется множественность механизмов регуляции численности популяции? Каковы пороги и зоны действия этих механизмов? Приведите примеры.
Ответ. Множественность механизмов регуляции численности популяции приводит к тому, что в природе редко происходит её катастрофический рост, истощение ресурсов среды обитания и гибель большого числа особей.
Естественным отбором в ходе эволюции поставлены разнообразные заслоны на пути катастрофического увеличения численности популяций, создано множество механизмов регуляции их численности. Например, при обычных колебаниях численности растительноядного насекомого, когда темп роста популяции невелик, сдерживающим фактором служат многоядные хищники, у которых данный вид составляет лишь часть рациона питания. При более быстром увеличении численности насекомых хищники, не успевая выедать весь прирост, теряют регулирующую роль. Однако высокая плотность популяции благоприятна для деятельности специализированных хищников и паразитов, которым становится легче находить хозяев. При ещё более быстром темпе роста популяции паразиты также теряют регулирующую роль, но повышается вероятность вспышки инфекционных заболеваний, так как возбудители болезней быстро распространяются при частых контактах особей. Наряду с этим начинают действовать внутрипопуляционные факторы регуляции численности, в частности конкуренция за ресурсы среды
Вопрос 7. Почему в искусственных сообществах, созданных человеком (поля, огороды, сады и т. п.), вспышки размножения насекомых-вредителей происходят чаще, чем в природных сообществах? Ответ проиллюстрируйте примерами.
Ответ. Сокращение числа видов уменьшает сложность экосистемы; выпадение одних видов часто приводит к вспышке численности других; доминантные виды могут быть угнетены, и их место занимают вновь вселяющиеся виды; разрушаются межвидовые отношения: хищник – жертва, опылитель – опыляемое растение, симбиотические связи. Подсчитано, что гибель одного вида растения может вызвать к гибель от 5 – 7 до 30 – 35 связанных с ним видов животных, главным образом беспозвоночных. Световое, звуковое, химическое загрязнение нарушает сложившиеся системы сигнализации в природном сообществе между видами.
В постоянной борьбе человека с сорняками и вредителями культурных растений часто возникает эффект «экологического бумеранга». Это совокупность отрицательных, особо опасных явлений, возникающих в окружающей среде в результате неправильной хозяйственной деятельности человека, и которые в конечном итоге оказываются вредными для него самого. Известно, что в современном сельском хозяйстве широко применяются разнообразные химические средства защиты – пестициды. Многие из них не обладают четко направленным избирательным действием: они подавляют и даже уничтожают не только те виды, против которых они предназначены, но и их паразитов и хищников. Поскольку последние занимают более высокие уровни в цепях питания, они оказываются более чувствительными к ядам, чем те виды, которыми они питаются. Сохранившаяся после обработки часть вредителей, освобожденная от своих естественных врагов – регуляторов численности, через некоторое время дает новую, еще более высокую вспышку численности.
Также вспышки могут происходить из-за миграций насекомых вредителей. Например, саранча.