Экология Лекция 6. Популяции [ 2 ] Кривые выживания Возрастная структура Типы — презентация

Экология Лекция 6. Популяции [ 2 ] Кривые выживания Возрастная структура Типы взаимодействий 09. 10.2017 Эпилитный лишайник Rhizocarpon geographicum Нейтрализм Хищничество Мутуализм Микориза

Изображение слайда

Год численность 1859 12 (24) 1865 22 10 6 1930 750 10 6 1950 600 10 6 Вирус миксомы 1951 60 10 6 (100 10 6 ) 1990 250 10 6 Том Остин Изобилие пищи и отсутствие видов контролеров (хищников и паразитов)

Изображение слайда

Кролики вокруг водоёма в карантинном лагере на острове  Варданг  1938 год https://ru.wikipedia.org/wiki/ Кролики_в_Австралии#/ media/File:Rabbits_MyxomatosisTrial_WardangIsland_1938.jpg

Изображение слайда

Популяции, рост (динамика) которых дает случайные или периодические всплески численности (биомассы) называются оппортунистическими  N / N сред > 1,  N = n max – n min К оппортунистическим популяциям относится большинство популяций консументов. В противоположность оппортунистическим, выделяют равновесные популяции, с незначительными колебаниями плотности,  N / N сред < 0.5

Изображение слайда

Относительные колебания численности зайца беляка (а) и рыси канадской (б), установленных по числу шкурок, заготавливаемых «Компанией Гудзонова залива» (из Дажо, 1975) Отсутствие экспоненциального роста r = 0, стационарное состояние ;  N / N сред > 1 -- популяции неравновесные Численность зайца,  10 3 особей Численность рыси,  10 3 особей а б

Изображение слайда

Колебательная динамика жертва хищник пример надпопуляционной системы или, правильнее, подсистемы сообществ, сформировавшейся для поддержания нормального генома хищника.

Изображение слайда

Динамика численности поколения во времени

Изображение слайда

Кривые выживания в популяциях 1 Относительный возраст, в процентах от максимального Численность, %, логарифмическая шкала 2 3 4 5

Изображение слайда

1 – вогнутая кривая: особи гибнут в раннем возрасте, характерна для многих видов древесных растений, ящериц, рыб. При увеличении возраста смертность резко снижается 1 Численность, %, логарифмическая шкала Относительный возраст

Изображение слайда

1 – вогнутая кривая: особи гибнут в раннем возрасте, характерна для многих видов древесных растений, ящериц, рыб. При увеличении возраста смертность резко снижается 1 Численность, %, логарифмическая шкала Относительный возраст При увеличении возраста смертность резко снижается: При относительном возрасте ~ 1 года смертность составляет 50% / год (усл. ед.), При относительном возрасте ~ 5 лет  1% / год При относительном возрасте ~ 40 лет  < 0.01% / год

Изображение слайда

2 – слабовогнутая кривая: смертность слабо зависит от возраста, характерна для многих растений, некоторых позвоночных, видов, у которых выражена та или иная форма защиты потомства: птиц, медоносных пчел. 2 Численность, %, логарифмическая шкала Относительный возраст

Изображение слайда

3 Численность, %, логарифмическая шкала Относительный возраст 3 – прямая: смертность одинакова во всех возрастах (в нестареющих популяциях при постоянных условиях среды). Теория

Изображение слайда

Численность, %, логарифмическая шкала 4 – ступенчатая кривая: смертность зависит от стадий онтогенеза, характерна для насекомых со сложным онтогенезом, например, для чешуекрылых (бабочек ) 4 Относительный возраст

Изображение слайда

Численность, %, логарифмическая шкала Относительный возраст 5 – выпуклая кривая (смертность связана со старением особей), характерна для человека, слонов, китов. 5

Изображение слайда

Классический пример кривой выживания − динамика численности особей древесных растений в процессе восстановления древесного яруса после разрушения исходного сообщества

Изображение слайда

Эволюционные приспособления или стратегии популяций

Изображение слайда

Наиболее известная работа: Эволюционная экология Русское издание в 1981г. Американский зоолог, популяционист, любимый объект -- ящерицы

Изображение слайда

Эрик Р. Пианка (1981), рассматривая популяции как самостоятельные независимые объекты, выделил два крайних варианта стратегий их выживания. r – стратегия – популяция «выживает» за счет быстрого роста и реализации биологического потенциала (Виды начальных стадий сукцессий) [ оппортунистические популяции ]. К – стратегия – популяция «выживает» за счет расширения экологической ниши в пространстве (Климаксовые средообразующие виды, доминанты, основные эдификаторы сообществ) [ равновесные популяции ].

Изображение слайда

r- стратеги - Виды начальных стадий сукцессий, формирующие среду сообществ на начальных этапах и подготавливающие условия для заселения промежуточных и климаксовых видов. Выступают в функции «строителей» или «ремонтников». 1 1

Изображение слайда

Одуванчик, мать и мачеха, иван-чай, ивы, тополя

Изображение слайда

К- стратеги - Виды завершающих стадий сукцессий, климаксовые виды, завершающие формирование среды сообщества (биотопа) в биогеоценозе и поддерживающие ее в неизменном состоянии. 2

Изображение слайда

Дуб, ель, бук, сосна сибирская 700-летний дуб, Запорожье http://photoalbum.zp.ua/photo/hist80/hi015.htm&us

Изображение слайда

r- стратеги - основа восстановительной динамики сообществ (функционирования сообществ в восстановительном режиме) К- стратеги - основа климаксовых сообществ (функционирования сообществ в стационарном состоянии). В климаксовых сообществах наряду с К- стратегами всегда присутствуют и r- стратеги, однако их доля крайне незначительна. 2

Изображение слайда

Возрастная и половая структура популяций

Изображение слайда

1 : 1 – при благоприятных условиях. Для человека ( доля женщин принята за 100% ): Пол { Женский Мужской рождение: 100 104 половая зрелость 100 100 70 – 80 лет 100 50

Изображение слайда

Великая отечественная война Развал СССР и переход к рыночной экономике Половая и возрастная структура населения России Великая отечественная война II нерожденные дети нерожденных во время войны

Изображение слайда

Численность (плотность) Возраст

Изображение слайда

Возраст Представленный вид зависимости (экспоненциальное убывание числа (плотности) особей по мере увеличения возраста) является наиболее распространенным типом возрастной структуры популяций в ненарушенных стационарных сообществах. Численность

Изображение слайда

Betula pubescens 4 года 55 лет 200 – 500 лет бореальных лесов и закономерностей их восстановительной динамики после пожаров Еловые леса кустарничково-зеленомошные Ряд: 2  500 лет

Изображение слайда

возраст, лет 45 лет 220лет > 500 лет 45 лет 70 лет 220 – > 500 лет I стадия II стадия III стадия

Изображение слайда

Давность пожара 55 лет

Изображение слайда

Распределение особей ели сибирской по возрасту. Березовый лес. Давность пожара 55 лет. Светлые столбики – % от числа особей Темные столбики – % от общего запаса

Изображение слайда

Распределение особей ели сибирской по возрасту. Еловый лес. Давность пожара 240 лет. Светлые столбики – % от числа особей Темные столбики – % от общего запаса

Изображение слайда

Распределение особей ели сибирской по возрасту. Еловый лес. Давность пожара 240 лет. Главный процесс – подавление роста и жизнедеятельности последующих генераций со стороны первых послепожарных генераций в результате высокой внутривидовой конкуренции.

Изображение слайда

Давность пожара 320 лет

Изображение слайда

Распределение особей ели сибирской по возрасту. Еловый лес. Давность пожара 320 лет. Доминирование послепожарного поколения сохраняется.

Изображение слайда

Распределение особей ели сибирской по возрасту. Еловый лес. Давность пожара 320 лет. Доминирование послепожарного поколения сохраняется.

Изображение слайда

Давность пожара > 5 00 лет

Изображение слайда

Распределение особей ели сибирской по возрасту. Еловый лес. Давность пожара > 5 00 лет., естественное состояние популяции ели. Абсолютно разновозрастный древесный ярус.

Изображение слайда

В настоящее время накопилось много новой информации, которая требует критического анализа (ревизии) некоторых положений популяционной экологии с позиции экологии сообществ. Популяция – подсистема, в значительной мере или полностью контролируемая сообществом.

Изображение слайда

Типы взаимодействия между популяциями двух видов

Изображение слайда

Результат взаимодействия популяций двух видов b 1  2 и b 2  1 может быть: Отрицательным (подавление) – Положительным (стимулирование) + Нейтральным 0 Для каждой из популяций

Изображение слайда

Тип взаимо-действия 1 2 Характер взаимодействия 1 Нейтрализм 0 0 Нет взаимовлияния 2 Конкуренция _ _ непосредственное взаимодействие Прямое взаимное подавление _ _ за ресурс Опосредованное подавление 3 Аменсализм − 0 Одна популяция подавляет другую, но не испытывает отрицательного влияния виды

Изображение слайда

Тип взаимо-действия 1 2 Характер взаимодействия 4 Паразитизм + − Прямое питание (популяция 1 < популяции 2) 5 Хищничество или растительноядность + − Прямое питание (популяция 1 > популяции 2) 6 Комменсализм + 0 Одна популяция получает пользу от другой, но не оказывает на нее отрицательного влияния 7 Протокоопе-рация + + Взаимодействие взаимовыгодно, факультативное (не обязательное) 8 Мутуализм + + Взаимодействие взаимовыгодно, облигатное (обязательное) виды

Изображение слайда

Хищники и автотрофы Canis lupus L. Brassica oleracea L. 1

Изображение слайда

Конкурентное взаимодействие может касаться : Пространства Пищи Биогенных веществ Зависимости от хищников Устойчивости к заболеваниям 2

Изображение слайда

Примеров прямой (в физическом смысле) конкуренции между видами нет. Непрямая конкуренция за ресурс (пищу) в лабораторных условиях может приводить к проявлению прямой конкуренции при отсутствии пищи. Прямая конкуренция – удобное теоретическое положение (Одум, 1986) 2

Изображение слайда

Конкуренция популяций видов за ресурс 2

Изображение слайда

Paramecium aurelia Ehr. Paramecium caudatum Ehr. Конкуренция Инфузория ушастая Инфузория туфелька 2

Изображение слайда

Гаузе Георгий Францевич (1910–1986) экология, эволюционная теория и цитология основоположник современного учения об антибиотиках действительный член Академии медицинских наук 2

Изображение слайда

I Кружки, сплошная линия – раздельное При раздельном культивировании обе популяции выходят на плато II Треугольники, пунктир – совместно При совместном культивировании P. aurelia вытесняется Конкуренция Время, сутки 2 6 10 14 18 Плотность полуляции, особей / мм 3 30 60 0 30 60 0 P. aurelia P. caudatum I II II II I 2

Изображение слайда

Tribolium confusum Tribolium castaneum (Herbst, 1797) Jaquelin Du Val, 1868. Конкуренция 2

Изображение слайда

Систему эксперимента – банка с мукой, куда подсыпается по мере поедания мука и популяция хрущей живущая в этой банке – Одум (1986, т 2. с. 90 ) рассматривает с точки зрения энергетики как стабилизированную гетеротрофную экосистему – импорт энергии и пищи уравновешивается затратами на дыхание. 2

Изображение слайда

«Климат» t O C Влаж-ность T. сastaneum T. сonfusum Влажный 34 70 100 0 Влажный 29 70 86 14 Влажный 24 70 31 69 Сухой 34 30 10 90 Сухой 29 30 13 87 Сухой 24 30 0 100 Конкуренция Выживает, % случаев Эксперимент по совместному культивированию мучных хрущаков: (из Одум, 1986, т 2, с. 90 с изменениями) 2

Изображение слайда

Бакланы 2

Изображение слайда

Длинноносый баклан Phalacrocorax aristotelis БОЛЬШОЙ БАКЛАН (Phalacrocorax carbo) Большой баклан ( Phalacrocorax carbo ) Длинноносый баклан Phalacrocorax aristotelis 2

Изображение слайда

Европа (до Кольского полуострова) Азии (до Северного Казахстана и Байкала). Южной Азия, в Австралия, Тасмания Новая Зеландия, Африка В западном полушарии только в Гренландии. (http://filin.vn.ua/birds/baklan.htm)

Изображение слайда

Доля в пище,% 2

Изображение слайда

Таким образом, реальная конкуренция между двумя видами животных в естественной природе не существует. Нет двух видов, занимающих одну и ту же экологическую нишу. 2

Изображение слайда

С другой стороны, хотя в экосистемах и биогеоценозах прописан характер и результат взаимодействия между конкретными видами – ситуации когда особи разных видов конкурируют за ресурс (свет, элементы питания) существуют и продолжаются в течение длительных промежутков времени.

Изображение слайда

Аменсали́зм (от лат.   mensa  — трапеза) — тип межвидовых взаимоотношений, при котором один вид, именуемый аменсалом, претерпевает угнетение роста и развития, а второй, именуемый ингибитором, таким испытаниям не подвержен. 3

Изображение слайда

I. Главный пример: Лесообразующие виды и «подавляемые» ими растения нижних ярусов 3

Изображение слайда

II. Аллелопатия. (от греч. allēlōn — взаимно и páthos — страдание), влияние одних растений на другие в результате выделения ими различных веществ — летучие фито-органические вещества Наряду с растениями, это явление проявляется при взаимодействии и других организмов — антибиотики (вещества природного или полусинтетического происхождения) подавляют рост бактерий 3 Одна популяция подавляет другую, но не испытывает отрицательного влияния

Изображение слайда

пенициллин ( 1940 г., английские учёные Х. Флори и Дж. Чейн) выделили из плесневого гриба Penicillium notatu m, открытого британским бактериологом А. Флемингом (1929) грамицидин ( 1942 г., советские учёные Г. Ф. Гаузе, М. Г. Бражникова получили из культуры почвенных бактерий) стрептомицин ( 1944 г., американский учёный З. Ваксман) получил из культуры актиномицета Streptomyces griseus. Аменсализм 3

Изображение слайда

Труды по иммунологии, общей бактериологии, химиотерапии. Открыл лизоцим в 1922 году. в 1929 установил, что один из видов плесневого гриба выделяет антибактериальное вещество — пенициллин. Лоуреат Нобелевской премии (1945, совместно с патологом Хауардом Уолтером Флори и биохимиком Эрнстом Борисом Чейном) Шотландский бактериолог 3

Изображение слайда

мицелий споры 3

Изображение слайда

Один гектар соснового леса выделяет в атмосферу за сутки около 5 кг фитонцидов, можжевелового леса – около 30 кг Поэтому в хвойных лесах воздух может быть практически стерилен (содержит лишь около 200–300 бактериальных клеток на 1 м 3 ) Аменсализм Можжевельник ладанный ( Juniperus thurifera L.) 3

Изображение слайда

California Sagebrush  (Artemisia californica) Аменсализм Область подавления роста трав в результате выделения эфирных масел 3

Изображение слайда

Область подавления роста трав в результате выделения эфирных масел может достигать 2 м Растение монстр Аменсализм 3

Изображение слайда

Salvia mellifera Аменсализм Область подавления роста трав в результате выделения эфирных масел 3

Изображение слайда

Паразиты (от греч. parasitos - нахлебник, тунеядец), организмы, питающиеся за счёт других организмов (называемых хозяевами) и, большей частью, вредящие им. 4

Изображение слайда

Эктопаразитизм: паразиты поселяются на поверхности тела хозяев: животных и растений (вши, блохи, власоеды, перьевые клещи, тли и другие сосущие насекомые) Эндопаразитизм: паразиты обитают в полостях органов, например в полости кишечника (полостной), в тканях и клетках (тканевой) Паразитизм

Изображение слайда

Петров крест Lathraea squmaria ) поселяется на корнях деревьев и кустарников

Изображение слайда

Микогетеротрофы (англ. Myko-heterotrofy; микогетеротрофные растения), «сапрофитные» растения, — растения, у которых есть определённые приспособления для потребления питательных веществ из грибов, на которых они паразитируют. Эти растения, как правило, не осуществляют фотосинтез и не имеют фотосинтетических пигментов. Подъельник одноцветковый (Monotropa uniflora) Вересковые (Ericaceae) празитирует на мицелии сыроежковых

Изображение слайда

Ом é ла белая ( Viscum album L. ) Вечнозеленое кустарниковое растение, род полупаразитных кустарников семейства Санталовые

Изображение слайда

Под микроскопом он открыл, что на блохе Живёт блоху кусающая блошка; На блошке той - блошинка-крошка, В блошинку же вонзает зуб сердито Блошиночка, и так ad infinitum. Джонатан Свифт Jonathan Swift ( 1667 1745 )

Изображение слайда

Джонатан Свифт Jonathan Swift ( 1667 1745 )

Изображение слайда

Явление очень широко распространенное, и очевидно, что это механизм регуляции численности видов «хозяев», то есть явление, характеризующее не популяционный уровень организации, а экосистемный уровень. Микроскопические клещи Acarapis woodi в дыхательной системе пчел

Изображение слайда

5

Изображение слайда

5

Изображение слайда

КОММЕНСАЛИЗМ, сосуществование двух разных организмов, характеризующееся тем, что один из них (комменсал) постоянно или временно живёт за счёт другого (хозяина), не причиняя ему вреда. Использование результатов жизнедеятельности популяций одних видов другими: 6

Изображение слайда

Использование результатов жизнедеятельности популяций одних видов другими: Рак отшельник и морские желуди используют раковину моллюска 6

Изображение слайда

Прилипала ( Echeneis remora ) A lemon shark Negaprion brevirostris (2.5 m) with remoras Echeneis naucrates.Little Bahama Bank. Bahamas. West Atlantic Ocean. Использование других организмов для передвижения Комменсализм 6

Изображение слайда

Комменсализм Использование других организмов, как субстрат для прикрепления 6

Изображение слайда

Длительное взаимополезное сожительство двух организмов разных видов; то же, что симбиоз. — Протокооперация Факультативный симбиоз — Мутуализм Облигатный симбиоз Протокооперация и Мутуализм 7,8

Изображение слайда

Членистоногие и кишечнополостные Рак отшельник и актиния Факультативный симбиоз Протокооперация 7

Изображение слайда

Облигатный симбиоз : симбиоз животного -- Термиты, -- Практически все растительноядные животные и микроорганизмов -- Кишечная микрофлора Микориза Лишайники (в современном понимании – экосистема) 8

Изображение слайда

Облигатный симбиоз: кишечная микрофлора Симбиоз между жвачными (Коровы) и бактериями обитающими в рубце. Бактерии потребляют ~ 10% энергии пищи, переводя энергию клетчатки, преимущественно, в энергию жирных кислот, доступных для усвоения организмом жвачных. Клетчатка – полисахарид, при полном гидролизе, дающий глюкозу. Рубец – первый из 4 желудков жвачных. 8

Изображение слайда

Облигатный симбиоз: кишечная микрофлора Симбиоз между термитами ( Isoptera) и простейшими (жгутиковые из отряда Hypermastigina), благодаря которым термиты усваивает древесную клетчатку. Macrotermes carbonarius 8

Изображение слайда

Микориза и лишайники. Явление принципиально отличающееся от рассмотренных ранее примеров мутуализма. Лишайники – сообщество другого уровня организации – уровня экосистем. Микориза – способ формирования замкнутости круговоротов вещества и энергии в экосистемах. То есть, эти явления характеризуют другой уровень организации – уровень экосистем. Мутуализм

Изображение слайда

Симбиоз гриба с высшим растением деревьями, кустарниками, травами, печеночными мхами эктотрофная (наружная), при которой гриб оплетает покровную ткань окончаний молодых корней и проникает в межклетники самых наружных слоев коры. эндотрофная (внутренняя), которая характеризуется внедрением мицелия (гиф гриба) внутрь клеток.

Изображение слайда

Формообразующей частью слоевищ лишайников является гриб. Водоросли расположены на глубине 0,1–0,2 мм под внешней поверхностью слоевища (таллома). Одум (1963;1978;1986). Гифы гриба оплетают клетки водорослей Гифы гриба проникают в клетки водорослей Гифы гриба перепле- таются с нитями водорослей Одум (1963;1978;1986) рассматривает последовательность A  Б  B, как эволюционный переход от паразитизма к мутуализму. Но минимальные потери при обмене веществом будут в варианте А, который и является наиболее оптимальным и «эволюционно продвинутым».

Изображение слайда

Эпилитный лишайник Rhizocarpon geographicum

Изображение слайда

Эпифитные лишайники на стволе березы ( Коль- ский полуостров) Parmeliopsis ambigua (1), Parmelia septentrionalis (2), Hypogymnia physodes (3), Bryoria sp.(4) (1) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 )

Изображение слайда

Взаимоотношения между популяциями видов не могут охарактеризовать следующий уровень организации – экосистемный или биогеоценотический.

Изображение слайда

Алекса́ндр Инноке́нтьевич Толмачёв — ботаник, специалист в области ботанической географии, систематики растений и флористики.

Изображение слайда

(Мультирегиональный) (Космополитные)

Изображение слайда

Из Толмачев, 1974

Изображение слайда

Космополитный ареал жуков-навозников рода Onthophagus (из В.Балтазари, 1963)

Изображение слайда

( из А.И. Толмачева, 1974, с 25)

Изображение слайда

(по В. Г. Гептнеру, 1936 Современное распространение вида, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alopex_lagopus.png?uselang=ru Циркумполярный ареал песца Alopex lagopus практически непрерывный для континентальных районов и выраженно дизъюнктивный для островов в акватории Северного Ледовитого океана

Изображение слайда

Вид отсутствует в районах с холодными и малоснежными зимами в условиях центральной Сибири

Изображение слайда

Бореально- монтанный

Изображение слайда

Горно-альпийский диюъюнктивный ареал серны (Rupicapra rupicapra), обитающей в Европе и Малой Азии Семейство полорогих, подсемейство козлов. из: И.К.Лопатин, 1980 Современное распространение вида, http://ru.wikipedia.org/wiki/Серна

Изображение слайда

Энде́мики (от греч. ἔνδημος — местный) — биологические таксоны, представители которых обитают на относительно ограниченной территории. Такая характеристика таксона, как обитание на ограниченной территории (локальный – региональный типы ареалов), называется эндемизмом. Эндемизму противопоставляется космополитизм.

Изображение слайда