Основні поняття й ключові терміни: Життєздатність популяції. Чисельність популяції. Щільність популяції. 

Пригадайте!  Що таке популяції?

Поміркуйте!

Дуб звичайний (Quercus robur) у багатьох народів вважається найкрасивішим деревом. Недарма латиною так і називається: «гарне дерево» – Кверкус (Quercus). Це дерево здавна було найпоширенішою лісотвірною породою Європи, до нього ставились з пошаною й любов'ю та присвячували верховним богам-громовержцям у грецькій (Зевс), римській (Юпітер) та слов’янській (Перун) міфологіях. Яка роль популяцій цього виду в широколистих лісах Європи?

ЗМІСТ 

Яка функціональна роль популяцій в екосистемах? 

Основою функціонування популяцій є безперервний обмін речовин, тому основна функція популяцій в екосистемах – забезпечення проходження через екосистеми триєдиного потоку речовин, енергії та інформації. Реалізуються ця функція завдяки функціональним ролям популяцій в екосистемах.

• Продукційна роль – популяції автотрофних організмів-продуцентів засвоюють сонячну енергію й утворюють первинну продукцію, що її  споживають гетеротрофні консументи;

• редукційна роль – популяції редуцентів розщеплюють органічні рештки до мінеральних речовин, що знову вступають у кругообіг;

• трансформаційна роль – популяції консументів перетворюють речовини й енергію і забезпечують упорядковане проходження через екосистеми потоку речовин й енергії;

• регуляційна роль – завдяки механізмам саморегуляції  популяції відіграють важливу роль у підтриманні стабільності екосистем (яскравим прикладом є взаємовідносини «хижак – жертва»);

• інформаційна роль – важливою є участь популяцій, як відзначає Ю. Одум (1986), у створенні «каналів фізичних і хімічних сигналів, що пов'язують усі частини екосистеми і регулюють її діяльність як єдиного цілого» (наприклад, алелопатія, зумовлена виділенням рослинами в навколишнє середовище хімічних продуктів життєдіяльності, а саме колінів, антибіотиків, фітонцидів, що впливають на чисельність, структуру й продуктивність фітоценозів).

Окрім участі в забезпеченні потоку речовин, енергії та інформації в екосистемах популяції виконують ще одну функцію – середовищеутворювальний вплив. Наприклад, популяції рослин суттєво впливають на мікроклімат, утворюють схованки чи місця для гніздування тварин, популяції мікроорганізмів впливають на якість ґрунту, тварини-фільтратори беруть участь у самоочищенні водойм. Усі популяції в екосистемах спеціалізуються на виконанні певної функції, і кожна з них відіграє свою роль, займаючи в екосистемі певну екологічну нішу.

Отже, популяції – це основна функціональна одиниця екосистем. 

Які характеристики популяцій?

Життєздатність популяції – сукупність властивостей, ознак і процесів, що забезпечують притаманну їй здатність підтримувати рівень організації, необхідний для здійснення функцій в екосистемах та відновлення, розселення й еволюції у часі. Встановлення життєздатності популяції досягається через вивчення її головних характеристик, серед яких структура, популяційний ареал, чисельність, щільність, динаміка.

Популяційний ареал – простір, заселений особинами конкретної популяції. Ареал популяції для різних видів може бути специфічним як за конфігурацією (локальний, лінійний або континуальний, тобто безперервний), так і за розмірами (континуальний та ізольований), а для деяких – змінюватися в часі. Так, у равлика виноградного – ареал ізольований локальний, досягає декількох десятків метрів, у водяної полівки – лінійний тип ареалу, площею від одного до декількох десятків гектарів, у лелеки білого – континуальний, що включає гніздову територію, перелітні шляхи й місця зимівлі в Африці (іл. 63).

Чисельність – загальна кількість особин, що входять до складу даної популяції. У комах і рослин відкритих просторів чисельність у популяціях може досягати тисяч і мільйонів особин, у популяції деяких ссавців може бути кілька сотень або тисяч особин.

Щільність – середня кількість особин, що припадає на одиницю площі або об’єму простору, зайнятого популяцією. Це змінна величина, яка залежить від ендо- й екзогенних чинників.

Динаміка – це сукупність біологічних й екологічних процесів, що змінюють розміри ареалу, чисельність особин, склад популяцій за статтю, віком, поведінкою, розташуванням у просторі. Дослідження динаміки популяцій передбачають вивчення таких показників, як народжуваність, смертність, природний приріст, іміграція (вселення), еміграція (виселення), виживання, швидкість відновлення, причини вимирання та ін.

Отже, головними характеристиками популяцій є їхня структура,  популяційний ареал, чисельність, щільність і динаміка.

Які механізми регуляції й закономірності динаміки чисельності та щільності популяцій?

Чисельність популяції – кількість особин у складі популяції, що займає певну площу або об’єм в біоценозі. Популяція сама по собі може підтримувати свою чисельність упродовж необмеженого часу. На рівні популяцій існують процеси саморегуляції, що приводять у відповідність чисельність популяції і ємність середовища існування. Будь-яка популяція може сама регулювати свою чисельність так, щоб не порушувалися відновлювані ресурси місць існування і не було потреби в дії якихось зовнішніх чинників. Основними механізмами регуляції чисельності популяцій є:

• регуляція взаємозв’язками із популяціями інших видів (наприклад, чисельність рисі залежить від чисельності зайців); стабільне співіснування популяцій двох видів, що конкурують за однаковий набір ресурсів за умови незмінності екологічних чинників, є неможливим (закон Гаузе, або принцип конкурентного витіснення) (іл. 64);

• регуляція міграціями та розселенням (наприклад, міграції білок);

• регуляція суспільною поведінкою (наприклад, у суспільних комах у розмноженні беруть участь окремі самки-матки та самці, кількість яких регулюється в процесі розмноження);

• регуляція територіальною поведінкою (наприклад, мічення території у ведмедів, зубрів);

• регуляція перенаселенням і стресовою поведінкою (наприклад, явище канібалізму чайок).

Будь-яка популяція теоретично здатна до необмеженого зростання чисельності, але її обмежують ресурси, необхідні для нормального функціонування організмів (закон обмеженого росту, або закон Ч. Дарвіна). Чисельність особин у популяції коливається в певних межах. Принцип мінімального розміру популяцій вказує на те, що існує мінімальний розмір популяції, нижче від якого її чисельність не може опускатися.

Щільність популяції  визначається середнім числом особин, що припадає на одиницю площі або об’єму. Для кожного комплексу умов середовища існування є певна оптимальна щільність популяції, що визначається ємністю середовища існування. Щільність популяції тісно пов'язана з величиною ареалу й чисельністю. За обмежених можливостей розширення ареалу або його сталої площі щільність популяції прямо залежить від її чисельності. Існує принцип залежності від щільності (принцип А. Ніколсона): якщо збільшується щільність популяції, то або збільшується смертність, або зменшується народжуваність; якщо зменшується щільність популяції, то або зменшується смертність, або збільшується народжуваність.

Отже, основними кількісними параметрами популяції є  чисельність і щільність особин.

ДІЯЛЬНІСТЬ 

Самостійна робота 

За допомогою таблиці сформулюйте основні структурні й функціональні закономірності популяційної екології. Сформулюйте висновок про значення популяційних закономірностей для практичної діяльності людини.

Біологія + Червона книга України. Чисельність зубра  

Зубр, або Бізон європейський (Bison bonasus), вважається найбільшою і найважчою твариною на території Європи. Довжина тіла може досягати 330 см, маса – 1 т, а висота в холці – 2 м. Опрацюйте розділ Червоної книги України, присвячений зубру. Визначте природоохоронний статус, кількість популяцій, популяційні ареали, чисельність і причини зміни чисельності цієї тварини в Україні.

СТАВЛЕННЯ 

Біологія + Література. Персонажі Р. Стівенсона й гриби в екосистемах

Гриби – незвичайні організми з найдивнішим життєвим циклом. «Вони трохи схожі на Доктора Джекіла і Містера Гайда, можуть бути добрими й поганими одночасно, – пише один із науковців-мікологів. – Один і той самий гриб може розглядатися як шкідливий і може мати великий корисний потенціал». І все ж, якщо ви розумієте  їхню роль в екосистемах Землі, ви розумієте, що вони підтримують життя на Землі. Про кого йдеться в романі шотландського письменника Роберта Стівенсона «Химерна пригода з доктором Джекілом і містером Гайдом»? Яка функціональна роль популяцій грибів у екосистемах?

РЕЗУЛЬТАТ