1. Почему популяцию называют биосистемой?
популяция генетический полиморфизм самовоспроизводство
Потому что популяция это, в общем, говоря численность животного мира, следовательно, это система или биосистема (группа живых объектов, взаимосвязанных друг с другом). От этого можно отталкиваться при ответе на вопрос.
Популяция -- это группа особей, способная к более-менее устойчивому самовоспроизводству (как половому, так и бесполому), относительно обособленная (обычно географически) от других групп, с представителями которых (при половой репродукции) потенциально возможен генетический обмен. С точки зрения популяционной генетики, популяция -- это группа особей, в пределах которой вероятность скрещивания во много раз превосходит вероятность скрещивания с представителями других подобных групп. Обычно говорят о популяциях как о группах в составе вида или подвида.- вот в принципе краткий ответ на вопрос - В современных эволюционных теориях (например, в Синтетической теории эволюции) популяция считается элементарной единицей эволюционного процесса.
Основные свойства популяций
Численность -- общее количество особей на участке ареала с однородными экологическими условиями. Численность популяции постоянно изменяется, но ее колебания ограничиваются верхним и нижним пределами. Выход за эти пределы может привести к гибели популяции.
Верхний предел численности -- максимальное количество особей, способных существовать в данной части ареала. Он зависит от количества корма, площади занимаемой территории и силы воздействия экологических факторов. Если численность достигает верхнего предела, то начинается гибель особей из-за нехватки корма. Возникают эпидемии из-за повышенной контактности, что в конечном итоге может привести к гибели всей популяции. Следовательно, если численность близка к верхнему пределу, то часть особей следует изъять из популяции. Это может быть переселение на свободную территорию, использование в хозяйственных целях, санитарный отстрел или вырубка.
Нижний предел численности -- минимальное количество особей, способных обеспечить длительное существование популяции. Он зависит от биологических свойств организмов и является величиной постоянной для всех популяций в пределах вида. Снижение численности ниже нижнего предела является причиной снижения возможности встречи полов для размножения особей. Это неизбежно приводит к вымиранию популяции. Вот почему популяции с очень малой численностью особей длительно существовать не могут. Известны случаи вымирания популяций даже в заповедниках со строгим режимом охраны, когда их численность снижалась ниже нижнего предела. Следовательно, если численность приближается к нижнему пределу, следует осуществлять охрану популяции или вселять новые особи, чтобы не допустить снижения численности ниже нижнего предела.
Всем популяциям присущи периодические (сезонные) колебания численности под влиянием биотических и абиотических факторов среды (популяционные волны, или волны жизни).
Плотность -- количество особей популяции на единицу площади. Этот показатель прямо пропорционален численности. При увеличении численности плотность не повышается или даже снижается лишь в том случае, если возможно расселение особей вследствие расширения ареала. Различают два вида плотности. Средняя плотность -- количество особей в расчете на единицу площади всей занимаемой территории. Экологическая (удельная) плотность -- количество особей в расчете на единицу площади территории, пригодной для обитания. Плотность, как и численность, имеет верхний и нижний пределы, поэтому прогноз для популяции можно давать и на основании плотности.
Рождаемость -- число особей, появившихся в популяции в единицу времени за счет размножения особей. В курсе географии вы познакомились с понятием «рождаемость» при изучении причин естественного изменения численности населения. Рождаемость является важной демографической характеристикой. В экологии под рождаемостью понимают любой способ появления новых особей (деление клетки, прорастание семян, вылупливание из яиц, живорождение и т. д.). Для популяции можно рассчитать абсолютную и удельную рождаемость. Абсолютная рождаемость -- отношение числа потомков к периоду времени, за который они появились. Удельная рождаемость -- число особей, появившихся в единицу времени в расчете на одну особь популяции.
Как правило, при повышении рождаемости численность популяции увеличивается. Но иногда в популяции отмечается высокая рождаемость, а численность особей в ней остается прежней или даже снижается. Это может быть связано с высокой смертностью особей или с какими-либо другими причинами (например, с расселением особей на новые территории).
Смертность -- количество особей, погибших за единицу времени. Она является одной из характеристик демографических процессов. Смертность по характеру влияния на численность природных популяций является свойством, противоположным рождаемости. Но охарактеризовать ее можно аналогичными по способу расчета показателями: абсолютной смертностью и удельной смертностью. Увеличение смертности, как правило, приводит к снижению численности популяции и свидетельствует о неблагоприятном воздействии факторов окружающей среды.
Соотношение между рождаемостью и смертностью определяет скорость роста численности популяции. Если показатель рождаемости ниже показателя смертности, то численность популяции снижается (отрицательный рост численности), и она нуждается в охране. Наоборот, если смертность ниже рождаемости, то численность популяции возрастает (положительный рост численности), и из нее возможно изъятие особей. В случае равенства рождаемости и смертности численность популяции поддерживается на постоянном уровне, и популяция является стабильной.
2. Определение популяции в экологии и генетике. Генетическая неоднородность популяции. Границы популяции
Термин популяция был веден в 1903 году Иогансеном для обозначения естественной смеси особей и одного и того же вида, неоднородной в генетическом отношении. Термин приобрел экологическое значение и стал обозначать население вида, занимающего определенную территорию.
С точки зрения экологии, популяцией является совокупность особей одного вида в пределах одного биоценоза (фитоценоза), то есть целостная внутривидовая группировка, которой соответствует минимальная реализованная экологическая ниша. Такую группу особей иначе называют экологической, или локальной популяцией, а также (для растений) ценотической популяцией, или просто ценопопуляцией.
Таким образом, с точки зрения экологии, популяция представляет собой множество особей, объединенных в пространственно-временном и экологическом отношении.
Популяции - это надорганизменные биологические системы, которые обладают рядом свойств, которые не присущи отдельно взятой особи или просто группе особей. Различают статические характеристики популяции (численность, плотность, популяционный ареал) и динамические (рождаемость, смертность, относительный и абсолютный прирост численности).
С точки зрения генетики, популяция - это генетическая система, обладающая исторически сложившейся генетической структурой. Популяция представляет собой множество особей, объединенных достаточно высокой степенью родства.
Популяция является генетической единицей вида, изменения которой осуществляет эволюция вида.
Наиболее полным и всеобъемлющим определением популяции является следующее:
Популяция - минимальная самовоспроизводящаяся группировка особей одного вида, более или менее изолированная от других подобных группировок, населяющая определенный ареал в течение длительного ряда поколений, образующая собственную генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу.
Закон Харди--Вайнберга (известный также как закон генетического равновесия) -- одна из основ популяционной генетики. Закон описывает распределение генов в популяции. Представьте себе ген, имеющий два варианта -- или, пользуясь научной терминологией, два аллеля. Например, это могут быть гены «низкорослости» и «высокорослости». Харди и Вайнберг показали, что при свободном скрещивании, отсутствии миграции особей и отсутствии мутаций относительная частота индивидуумов с каждым из этих аллелей будет оставаться в популяции постоянной из поколения в поколение. Другими словами, в популяции не будет дрейфа генов (обмен генетической информацией). Но в реальных популяциях дело обстоит иначе. Из-за случайных событий частота распределения генов из поколения в поколение несколько варьирует. Любая популяция стремится к наибольшему проявлению гетерозиготности (разнообразие признака) и полиморфизму (степень проявления признака). Чем разнообразние признаки, тем лучше для популяции.
Различают следующие типы биологического разнообразия: альфа, бета, гамма и генетическое разнообразие. Под б -разнообразием понимают видовое разнообразие, под в-разнообразием - разнообразие сообществ на определенной территории; г-разнообразие - это интегральный показатель, включающий б- и в-разнообразие. Однако в основе перечисленных типов биоразнообразия лежит генетическое (внутривидовое, внутрипопуляционное) разнообразие.
Существование генетического полиморфизма - обязательное условие сохранения биоразнообразия.
Рассмотрим этот закон на простом примере. Назовем два аллеля Х и х. Тогда у особей могут встречаться четыре следующие комбинации этих аллелей: ХХ, хх, хХ и Хх. Если обозначить через p и q частоту встречаемости индивидуумов с аллелями Х и х соответственно, то согласно закону Харди--Вайнберга
p2 + 2pq + q2 = 100%,
где p2 -- частота встречаемости индивидуумов с аллелями ХХ, 2pq -- с аллелями Хх или хХ, а q2 -- частота встречаемости индивидуумов с аллелями хх. Эти частоты, при соблюдении сформулированных выше условий, будут оставаться постоянными из поколения в поколение, независимо от изменения количества индивидуумов и от того, насколько велики (или малы) p и q. Этот закон представляет собой модель, используя которую генетики могут количественно определять изменения в распределении генов в популяции, вызванные, например, мутациями или миграцией. Другими словами, этот закон является теоретическим критерием для измерения изменений в распределении генов.
Условия действия закона Харди-Вайнберга
Закон действует в идеальных популяциях, состоящих из бесконечного числа особей, полностью панмиксических и на которых не действуют факторы внешней среды.
Панмиксия (свободное скрещивание) означает, что на формирование брачных пар не влияет генотип или возраст особей, участвующих в размножении.
Практическое значение закона
В экологии - позволяет выявить влияние самых разнообразных факторов на популяции. Дело в том, что, оставаясь фенотипически однородной, популяция может существенно изменять свою генетическую структуру под воздействием ионизирующего излучения, электромагнитных полей и других неблагоприятных факторов.
Границы популяции:
Пространство или ареал, занимаемое популяцией, может быть различным как для разных видов, так и в пределах одного. Величина ареала популяции определяется подвижностью особей или радиусом индивидуальной активности. У растений радиус индивидуальной активности определяется расстоянием, на которое могут распространяться пыльца, семена или вегетативные части. В зависимости от размеров занимаемой территории Наумов выделяет три типа популяции:
- элементарные - совокупность особей вида, занимающих какой-то небольшой участок однородной площади. В состав обычно входят генетически однородные особи. Количество элементарных популяций зависит от разнородности условий среды. Чем они однообразнее, тем меньше элементарных популяций. Между элементарными популяциями всегда имеются некоторые отличия, но однако смешение особей стирает границы между ними.
- экологические - формируется как совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, слабо изолированы от других популяций вида, поэтому обмен генетической информацией происходить сравнительно часто, но реже чем между элементарными популяциями. (например, белка заселяет различные тиры леса, еловые, сосновые, пихтовые)
- географические - охватывает группу особей, населяющих территорию с географически однородными условиями существования. Такие популяции довольно основательно разграничены и относительно изолированы. Они различаются плодовитостью, размерами особей, рядом экологических, поведенческих особенностей. Для таких популяций характерен генетический обмен.(например: узкочерепная полевка, встречается в степных районах и в тундре, различия очень четко выражены. Тундровые, обладают более высокой плодовитостью и больше накапливают жира).