Підручник з Біології. 9 клас. Межжерін - Нова програма

§ 52. Популяція та її властивості. Біологічні адаптивні ритми

Терміни й поняття: сезонність життєвих явищ, чисельність популяції, динаміки чисельності, хвилі життя, біологічні ритми, біологічний годинник, фотоперіодизм.

Популяція. Жоден вид організмів не здатний жити поодинці. І тут річ не лише у взаємодії між живими істотами, а й у тому, що особини певного виду завжди прагнуть зайняти найбільш придатні місця проживання. Саме на таких ділянках відбувається концентрація особин одного виду, які утворюють популяцію (від лат. популюс — народ, населення). Так, на практиці найчастіше популяцію й визначають як певне поселення організмів одного виду, прив'язане до конкретної території або акваторії. Якщо організми розмножуються статевим шляхом, то в популяції відбуваються схрещування особин одна з одною.

Територія якого розміру придатна для існування популяції? Багато в чому це залежить від виду та його біологічних особливостей. Наприклад, популяцією можна вважати колонію сріблястого мартина (іл. 52.1), що розміщується на одному острові, або кілька колоній прилеглих островів, або поселення цього виду в одній великій затоці, або навіть усього моря.

Тому доволі часто межі між популяціями умовні й визначаються відповідно до мети й завдання наукового дослідження, яке постає перед дослідником. Виявляється, не лише багатоклітинні організми: гриби, рослини або тварини можуть жити групами, а й навіть такі примітивні істоти як бактерії.

Структура популяції. Кожне поселення організмів складається з особин одного виду, які обов'язково чимось відрізняються одні від одних: генотипами, розмірами, плідністю, віком, статтю. Причому в цій різноманітності особин існує певний порядок, який і називають структурою популяції.

Важливою характеристикою популяції є співвідношення особин різного віку. Зазвичай у популяціях незрілих молодих особин завжди більше, ніж дорослих, а тим більше старих. У цій закономірності легко можуть переконатися рибалки: доволі легко наловити кілька десятків однорічних щучок, трохи більших за палець; значно рідше трапляються дорослі щуки завважки 2-3 кг, а гігантські особини від 10 кг і більше — взагалі рідкість. Але буває так, що популяція старіє. Це є ознакою її неблагополуччя, оскільки в такій популяції пригнічене розмноження. Може бути й протилежна ситуація, коли в популяції майже не трапляються дорослі й старі особини. Ситуація з дефіцитом дорослих зрілих особин у промислових тварин пояснюють сильним «пресом» мисливства чи рибальства.

Ще одним показником популяційної структури є співвідношення статей. В ідеальних умовах співвідношення самок і самців має бути навіть не рівним 1 : 1, а трохи зрушеним убік збільшення частки самок. За такого співвідношення буде найбільш ефективно відбуватися розмноження. Саме таке співвідношення жінок до чоловіків спостерігають у репродуктивно зрілих частин народів світу (іл. 52.2).

Іл. 52.1. Колонія сріблястого мартина

1л. 52.2. Співвідношення статей — важливий показник структури популяцій

Проте близьке до рівного співвідношення статей спостерігають далеко не в усіх видів тварин. Навіть у різних популяціях одного виду воно може змінюватися у доволі широких межах.

Популяційна динаміка та її причини. Головними характеристиками будь-якої популяції є її чисельність та розміри. Очевидно: що могутніша популяція, то більше особин до неї входить і більший простір вона займає. Однак чисельність — це дуже динамічний показник, який постійно змінюється по сезонах і роках. Будь-яка, навіть наймогутніша популяція, згодом переживає кризу, втрачає чисельність і скорочує свої розміри.

Сезонні зміни чисельності наявні в популяціях тварин, що живуть у тих частинах Земної кулі, у яких відбувається зміна пір року і є періодизація життєвих явищ, викликана тим, що одні сезони сприятливі для розмноження, а інші — ні. Саме тут в організмів, життєвий цикл яких становить декілька місяців (дрібних ракоподібних, багатьох видів комах, гризунів), відбуваються сезонні зміни чисельності популяцій. Протягом сприятливого для розмноження і розвитку потомства літнього сезону відбувається один або кілька циклів розмноження, після кожного з яких популяція збільшує чисельність. У несприятливий для життя й розмноження зимовий період розмноження призупиняється, збільшується смертність і відбувається падіння чисельності. У результаті до весни популяція повертається в ті самі межі чисельності, які мала навесні минулого року. Цей циклічний процес зміни структури популяцій повторюється щороку.

Не лише пори року, а й різні роки відрізняються за своїми умовами. Рік з ранньою холодною весною й дощовим літом сприятливий для життя вологолюбних організмів, а з пізньою весною та спекою влітку підходить для засухостійких теплолюбних істот. У результаті в різні роки активно розмножуються ті або інші види організмів, а у випадках, якщо умови складаються дуже сприятливо, виникають спалахи чисельності — кількість особин може зростати в сотні й тисячі разів. Очевидно, що роки зі сприятливими умовами змінюються несприятливими й за підйомом відбувається падіння чисельності. Ця особливість популяцій періодично рік у рік міняти свою чисельність має назву багаторічна динаміка чисельності, її можна зобразити графічно у вигляді синусоїди, періоди якої відповідають підйому й падінню чисельності.

Іл. 52.3. Динамка чисельності зайця білого й хижаків (рисі, вовка й лисиці), які ним живляться, протягом 30 років

Уявімо собі: рік активного Сонця. Підвищена сонячна радіація та висока температура стимулюють фотосинтез і високу продуктивність трави на луках, яка є найкращою їжею для полівок. Очевидно, що за надлишку поживних ресурсів полівки швидше ростуть і дозрівають, частіше розмножуються, причому в кожній генерації самки дають більше потомства, ніж зазвичай. Якщо до цього ще додати м'яку сніжну зиму, в умовах якої вони не припинять розмножуватися, то на початку літа відбудеться спалах чисельності цих гризунів. Оскільки полівки — це основна пожива хижих птахів (сов, лунів, канюків) і звірів (ласок, горностаїв, лисиць), то вслід за полівками обов'язково відбудеться зростання чисельності хижих видів (іл. 52.3).

Зазвичай збільшення чисельності за багаторічної динаміки відбувається з певною періодичністю. У полівок, наприклад, підйоми чисельності чергуються кожні 3-5 років, відповідно піднімається й падає чисельність хижаків.

Періодичні зміни чисельності популяцій та їх структури має назву хвилі життя.

Особливо помітні хвилі життя у плодючих тварин, які швидко дозрівають, а саме у комах і гризунів. Сумну популярність завдяки своїй особливості давати спалахи чисельності одержала перелітна сарана, описи спустошливих набігів якої можна знайти навіть у Біблії. Велику небезпеку людям несуть і різкі підйоми чисельності мишоподібних гризунів, за якими звичайно йдуть спалахи небезпечних інфекційних захворювань: чуми, туляремії й лептоспірозу.

Біологічні й адаптивні ритми популяцій та організмів. Життя будь-якого організму складається з біологічних ритмів — повторюваних змін характеру життєдіяльності організму.

Розрізняють зовнішні (екзогенні) та внутрішні (ендогенні), або фізіологічні ритми організму.

Зовнішні ритми пов'язані з обертанням Землі відносно Сонця і Місяця відносно Землі. Під впливом цього обертання такі екологічні фактори, як світловий режим, температура, тиск, вологість повітря, електромагнітне поле Землі, морські припливи й відпливи тощо закономірно змінюються. На живі організми впливають і космічні ритми, наприклад, періодичні зміни сонячної активності. Крім впливу абіотичних факторів, для будь-якого організму зовнішніми ритмами є зміни активності та поведінки інших живих істот.

Внутрішні ритми засновані на періодичних фізіологічних процесах, що протікають усередині організму (дихання, серцеві скорочення тощо). В організмі людини розрізняють близько 300 ритмічних процесів, які утворюють біологічний годинник будь-якого організму (іл. 52.4).

Іл. 52.4. Кожна людина має свій біологічний годинник

Іл. 52.5. Приклад циркадного ритму — розкривання квіток тюльпана вдень і закривання вночі

Цей термін означає здатність організму відчувати час. Причому організм зі своїм біологічним годинником відраховує свій власний час, а не астрономічний, хоча в ряді випадків показники біологічних та астрономічних годинників можуть збігатися.

Адаптивні біологічні ритми. їх виникнення пов'язане з необхідністю пристосування до періодично мінливих умов навколишнього середовища.

Добові, або циркадні, ритми пов'язані з пристосуванням організму до зміни дня й ночі, а тому в більшості видів мають 24-годинну циклічність (іл. 52.5). До циркадних ритмів відносять не лише фази фотосинтезу в рослин або зміну сну й рухової активності у тварин, а й інтенсивність клітинних поділів, яка також залежить від часу доби.

Місячні біоритми пов'язані з фазами Місяця. їхній період відповідає місячному циклу (29,5 доби) або місячній добі (24,8 годин).

Оскільки місячні ритми впливають на припливи й відпливи, то вони добре помітні в поведінці морських рослин і тварин, що живуть у приливній зоні (наприклад, розкривання й закривання черепашок у двостулкових молюсків). Добре помітні місячні ритми й під час культивування мікроорганізмів. Позначаються вони й на поведінці людей. Уже давно помітили, що в період повні росте число самогубств, серцевих нападів тощо.

Сезонні ритми. Причиною їх є не лише різкі контрасти в температурах улітку й узимку, а й зміни довжини світлового дня. Саме цей фактор, а не висока або низька температура, навесні зумовлюють строки пробудження дерев після зими, а потім визначають період цвітіння й навіть плодоносіння. Подовження світлового дня взимку слугує для багатьох тварин сигналом до початку гону, а його скорочення влітку для більшості перелітних птахів сповіщає — час летіти на південь. Така реакція організму на тривалість світлового дня має назву фотоперіодизм.

Популяція — сукупність особин одного виду, що живуть на конкретній території, та є дуже динамічною системою. Ключовим показником будь-якої популяції є її чисельність, яка багато в чому залежить від факторів середовища й обов’язково змінюється залежно від сезону й по роках. В останньому випадку прийнято говорити про хвилі життя.

Життя будь-якого організму складається з біологічних ритмів — повторюваних змін характеру життєдіяльності організму. Розрізняють два головні типи ритмів: добові ритми, що обумовлені фізіологічною активністю організмів, та адаптивні ритми, що пов’язані з необхідністю пристосування до циклічних змін у навколишньому середовищі.

1. Що таке популяція? 2. Що визначає структуру популяції? 3. Що таке хвилі життя? 4. Чим принципово відрізняються добові ритми від адаптивних ритмів?

• Згідно з теорією відносності Ейнштейна, час на Землі й у космосі протікає неоднаково. Тому в багатьох фантастичних романах можна прочитати, що космонавти, які повернулися на Землю після мандрівок, залишилися молодими, тоді як їхні однолітки на Землі постаріли. Чи є в цих міркуваннях біологічний сенс?