Популяция: общая характеристика

Популяция: общая характеристика

1. Понятие популяции: статистические показатели популяции, понятия генотип и генофонд

Совокупность особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную территорию (ареал) называется биологическим видом. Виды часто занимают большой ареал, в пределах которого особи распределены неравномерно, группами - популяциями.

Популяция - совокупность особей одного вида, способных к самовоспроизводству, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Термин «популяция» происходит от латинского слова «populus» (народ) и в дословном переводе означает «население». Популяция - это именно та ячейка биоты, которая является основой ее существования: в ней происходит самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание вида, т.е. является структурной единицей вида и единицей эволюции. Контакты между особями одной популяции осуществляются чаще, чем между особями разных популяций. Например, уровень панмиксии (свободного скрещивания) внутри популяции выше, чем между особями разных популяций.

Ареал. Пространство, на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности, называется ареалом - областью распространения. Ареал может быть сплошным или разорванным (дизъюнктивным), если между его частями возникают различные преграды (водные, орографические и др.), пространства, не заселенные представителями данного вида.

2.Статические показатели популяции

Количественные показатели (характеристики) популяции можно разделить на статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. Основные из них: численность и плотность, а также показатели структуры. Динамические показатели популяции отражают процессы, протекающие в популяции за определенный промежуток времени. Основные из них: рождаемость, смертность, скорость роста популяции.

Численность - это количество животных или растений в пределах некоторой пространственной единицы: ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т.д. Численность популяции может значительно изменяться во времени. Она зависит от биотического потенциала вида и внешних условий. Численность тех или иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с самолета или вертолета при облетах территории. Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений. Значение численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой и т.п.) имеет большое экономическое и экологическое значение.

Плотность - число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема. Чем крупнее животное, тем большая ему нужна площадь на добычу пищи, поэтому, чем больше размеры тела особи, тем меньше плотность популяции.

Популяция характеризуется определенной структурной организацией - соотношением групп особей по полу, возрасту, размеру, распределением особей по территории и т.д. В связи с этим выделяют различные структуры популяции: половую, возрастную, размерную, генетическую, пространственно-этологическую и др. Структура популяции формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, с другой стороны, под влиянием факторов среды.

Половая структура (половой состав) - количественное соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Соотношение полов популяции устанавливается по генетическим законам в результате перекомбинации половых хромосом, а затем на него влияет среда. Теоретически соотношение полов должно быть одинаковым: 50 % от общей численности должны составлять мужские особи, а 50 % - женские особи. Фактическое соотношение полов зависит не только от генетических и физиологических особенностей вида, но и от действия различных факторов среды (например, у рыб - от значения pH среды; у рыжих лесных муравьев из яиц, отложенных при температуре ниже 20 °С, развиваются самцы, а при более высокой температуре - самки).

Различают первичное, вторичное и третичное соотношения. Первичное соотношение - соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1. Такое соотношение определено генетическим механизмом определения пола. Вторичное соотношение - соотношение, наблюдаемое при рождении. Третичное соотношение - соотношение, наблюдаемое у взрослых половозрелых особей.

Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики, в третичном - женщины: на 106 мальчиков рождается 100 девочек, к 16...18 годам из-за повышенной мужской смертности это соотношение выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам - 50 мужчин и 100 женщин.

Генетическая структура популяции характеризуется разной степенью генетического разнообразия особей. Совокупность всех генов, сосредоточенных в хромосомах одного организма, называется генотипом. Если соотношение генотипов в популяции неизменно в поколениях, то популяция устойчива, в ней существует генотипическое равновесие. Совокупность генов, которые имеются у особей конкретной популяции, называется генофондом. Несмотря на изменчивость в ее структурных частях, популяция как целостная система устойчиво сохраняет генофонд, наследованный от предковой популяции.

Относительная пространственная обособленность популяции приводит к ее репродуктивной изоляции - ограничению свободы скрещивания особей разных популяций. Эта изоляция обеспечивает уникальность генофонда популяции и возможность ее самостоятельной эволюции. Однако в природе не существует полностью изолированных популяций и может происходить миграция (отток и приток) генов, приводящих к изменениям их генетической структуры

Возрастная структура (возрастной состав) - соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции. Возрастной состав определяется такими показателями как: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др.

В зависимости от способностей особи к размножению различают три группы: предрепродуктивную (особи, еще не способные размножаться), репродуктивную (особи, способные размножаться) и пострепродуктивную (особи, уже не способные размножаться).

Соотношение особей популяции по этим состояниям называют возрастным спектром популяции, который отражает количественные соотношения разных возрастных групп. По возрастному спектру оценивается способность популяции к самоподдержанию и ее устойчивость к внешним воздействиям. Для сопоставления численности особей разных возрастов в популяциях строятся гистограммы возрастных структур (см. рис.).

Наибольшей жизнеспособностью отличаются популяции, в которых все возрасты представлены относительно равномерно. Такие популяции называются нормальными. Если в популяции преобладают старческие особи, это свидетельствует о наличии отрицательных факторов, нарушающих репродуктивные функции. Такие популяции называются регрессивными, или вымирающими.

Возрастная структура популяций:

- инавазионная (растущая); 2 - нормальная (стабильная);

- регрессивная (сокращающаяся)

Популяции, представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся, или инвазионные. Жизненность их не вызывает опасений, но велика вероятность вспышек чрезмерно высокой численности особей. Особенно опасно, если такие популяции представлены видами, которые ранее здесь отсутствовали.

Пространственно-этологическая структура определяет характер распределения особей в пределах ареала. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения) вида.

Различают три основных типа распределения особей в пространстве: равномерное (регулярное), неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) и случайное (диффузное).

При равномерном распределении особи размещены через более или менее равные промежутки, например, деревья в сосновом лесу. В действительности же равномерное распределение особей встречается в природе редко.

Неравномерное (групповое, мозаичное) распределение проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой образ жизни (напр., стада млекопитающих, колонии птиц). Групповое размещение обеспечивает популяции боле высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям.

При случайном (диффузионном) распределении особи размещены неравномерно, и их встречи друг с другом носят случайный характер. Такой тип распределения широко представлен среди растений и многих видов животных. Случайное распределение является результатом вероятностных процессов и слабых социальных связей между особями.

На больших географических пространствах со временем особи одной и той же популяции при распределении могут образовывать комбинации из этих трех типов размещения. Например: деревья - от группового к равномерному. Расселение тли или колорадского жука вначале может быть случайным, а по мере их размножения приобретает групповой или равномерный характер.

По типу использования пространства все подвижные животные подразделяются на оседлых и кочевых. Оседлому образу жизни характерен интенсивный тип использования территории, т.е. отдельные особи или их группировки в течение длительного времени эксплуатируют ресурсы на относительно ограниченном пространстве. Он имеет ряд биологических преимуществ, таких как свободная ориентация на знакомой территории при поиске пищи или укрытия, возможность создать запасы пищи (белка, полевая мышь). К его недостаткам относится истощение пищевых ресурсов при излишне высокой плотности популяции.

Для видов, отличающихся кочевым образом жизни, характерен экстенсивный тип использования территории, при котором ресурсы потребляются обычно группами особей, постоянно перемещающихся в пределах обширной площади.

По форме совместного существования животных выделяют одиночный образ жизни, семейный, колониями, стаями, стадами.

Распространение организмов за пределы популяции называется расселением. Способы расселения отражают, каким образом популяция занимает все большее пространство. Среди них выделяют следующие: анемохория (распространение ветром), Гидрохория (водой), фитохория (растениями), зоохория (животными) и антропохория (человеком).

3.Водная среда жизни

С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы (особь, популяцию, сообщество) и оказывающая на них определенное воздействие.

На нашей планете живые организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную (т.е. образуемую самими живыми организмами).

Водная среда жизни

Водная среда жизни самая древняя. Вода обеспечивают протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом. Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70 %.

4.Специфические свойства воды как среды обитания

Характерной чертой водной среды является высокая плотность - она в 800 раз больше плотности воздушной среды. В дистиллированной воде, например, она равна 1 г/см³. С повышением солености плотность возрастает и может достигать 1,35 г/см³. Все водные организмы испытывают высокое давление, увеличивающееся на 1 атмосферу на каждые 10 м глубины. Некоторые из них, например, рыбы-удильщики, головоногие моллюски, ракообразные, морские звезды и другие, обитают на больших глубинах при давлении 400...500 атм.

Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее, что важно для бесскелетных форм водных организмов.

На бионту водных экосистем влияют также следующие факторы:

1.      концентрация растворённого кислорода;

2.      температура воды;

.        прозрачность, характеризуемая относительным изменением интенсивности светового потока с глубиной;

.        солёность, то есть процентное содержание (по весу) растворённых в воде солей, главным образом NaCl, KC1 и MgS0₄;

.        доступность питательных веществ, прежде всего, соединений химически связанного азота и фосфора.

Специфичен кислородный режим водной среды. В воде кислорода в 21 раз меньше, чем в атмосфере. Содержание кислорода в воде уменьшается с увеличением температуры, солености, глубины, но возрастает с повышением скорости течения. Среди гидробионтов много видов, относящихся к эвриоксибионтам, т. е. организмам, способным переносить низкое содержание кислорода в воде (например, некоторые виды моллюсков, сазан, карась, линь и другие).

Стеноксибионты, например форель, личинки поденок и другие, могут существовать только при достаточно высоком насыщении воды кислородом (7...11 см³/л), и потому являются биоиндикаторами этого фактора.

Недостаток кислорода в воде приводит к катастрофическим явлениям - заморам (зимним и летним), сопровождающимся гибелью гидробионтов.

Температурный режим водной среды характеризуется относительной стабильностью по сравнению с другими средами. В пресных водоемах умеренных широт температура поверхностных слоев колеблется от 0,9 °С до 25 °С, т.е. амплитуда изменений температуры находится в пределах 26 °С (если не считать термических источников, где температура может достигать 140°С). На глубине в пресных водоемах температура постоянно равна 4...5 °С.

Световой режим водной среды существенно отличается от среды наземно-воздушной. В воде света мало, так как он частично отражается от поверхности и частично поглощается при прохождении через толщу воды. Прохождению света препятствуют и взвешенные в воде частицы. В глубоких водоемах в связи с этим выделяют три зоны: световую, сумеречную и зону вечного мрака.

По степени освещенности выделяют следующие зоны:

­    литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит до дна);

­    лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез);

­    эвфотическая зона (вся освещенная толща воды, включая литоральную и лимническую зоны);

­    профундальная зона (дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет).

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа). В частности, среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.

Гигрофиты - растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, относятся, например: рдест, кувшинка, тростник.

Ксерофиты растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. Различают суккуленты и склерофиты. Суккуленты - ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань. Склерофиты ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул).

Мезофиты - растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных (что составляет примерно 7 % от общего их числа) и 10000 видов растений (что составляет около 8 % от общего их числа). Организмы, обитающие в воде, называются гидробионтами.

Водные организмы по типу местообитания и образу жизни объединяются в следующие экологические группы.

Планктон - взвешенные, парящие в воде организмы, пассивно перемещающиеся за счет течения. Различают фитопланктон (одноклеточные водоросли) и зоопланктон (одноклеточные животные, рачки, медузы и др.). Особую разновидность планктона составляет экологическая группа нейстон - обитатели поверхностной пленки воды на границе с воздушной средой (например, водомерки, клопы и другие).

Нектон - активно передвигающиеся в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие моллюски, черепахи, китообразные и др.). Активное плавание гидробионтов, объединенных в данную экологическую группу, напрямую зависит от плотности воды. Быстрое движение в водной толще возможно лишь при наличии обтекаемой формы тела и сильно развитой мускулатуры.

Бентос - организмы, живущие на дне и в грунте, его делят на фитобентос (прикрепленные водоросли и высшие растения) и зообентос (ракообразные, моллюски, морские звезды и др.).

5. Разновидности смога и их особенности

Смог (англ. Smoke - дым, fog - густой туман) - видимое загрязнение воздуха любого характера. Смог возникает при определенных условиях: большом количестве пыли и газов в воздухе и длительном существовании антициклонных условий погоды (областей с высоким атмосферным давлением), когда загрязнители скапливаются в приземном слое атмосферы. Смог вызывает удушье, приступе астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждение растительности, зданий и сооружений.

Выделяют три типа смога: ледяной (аляскинского типа); влажный (лондонского типа); сухой или фотохимический (лос-анжелесского типа).

Наиболее изучен влажный смог. Он обычен для мест с высокой относительной влажностью воздуха и частыми туманами. Это способствует смешению загрязняющих веществ, и взаимодействию химических реакций. Эти загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу, они называются первичными загрязнителями. Главными токсическими компонентами влажного смога являются чаще всего CO₂ и SO₂. Печально знаменит случай, когда в 1952 г. влажный смог в Лондоне унес более 4000 жизней.

Ледяной смог возникает при очень низких температурах и антициклоне. В этом случае выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших кристаллов льда и, например, серной кислоты.

Воздух - в основном смесь О₂ и N₂. При высокой температуре пламени молекулы в воздухе могут распадаться и даже молекулы сравнительно инертного N₂ подвергаются реакциям:

Согласно уравнению образуется атом кислорода, который входит в уравнение. Однажды возникший в пламени атом кислорода будет воссоздаваться и участвовать во всей цепочке реакции, приводящей к образованию NO. Если просуммировать эти две реакции, получим:

Уравнение показывает, как оксиды азота образуется в пламени. Они появляются потому, что топливо сжигается в воздухе а не в кислороде O₂. Кроме того, некоторые топлива содержат соединения азота в качестве примесей, и в результате продукты сгорания этих примесей служат источником появления других оксидов азота. Окисление оксида азота в смоге дает диоксид азота, бурый газ. Этот цвет означает , что газ поглощает свет ( с длинною волны не менее 310нм.), фотохимические активен и претерпевает диссоциацию:

Таким образом, согласно уравнению, вновь возникает оксид азота, но также одиночный и реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакцию с образованием озона - O₃:

Озон - это единственный загрязнитель, который наиболее ясно характеризует фотохимический смог. Однако О₃, который представляет такую проблему, не выбрасывается автомобилем (или любым основным загрязнителем). Это вторичный загрязнитель.

Итак, летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря использованию топлив на основе бензина, способствует превращению NO в NO₂ ( и лежат в основе фотохимического смога).

В процессе окисления углеводородов в атмосфере особо нужно отметить роль радикала OH*. Рассмотрим окисление метана (CH₄) в качестве простого примера этого процесса:

Эти реакции показывают превращение оксида азота (NO) в диоксид (NO₂) и простого алкана типа СН₄ в альдегид (в данном случае формальдегид HCHO). При этом радикал OH* воспроизводится в конце цепочки реакций, поэтому может считаться в некотором роде катализатором. Несмотря на то, что реакция протекает в фотохимическом смоге, воздействие радикала OH* на большие и сложные органические молекулы достаточно эффективно. Альдегиды также могут подвергаться воздействию радикалов OH*.

Метил-радикал (CH₃*) из уравнения может возвращаться в уравнение.

Важным дополнением к этому ряду реакции является следующее:

приводящая к образованию раздражающего глаза пероксиацетилнетрата (ПАН).

6. Экологическое право и его основные источники

Экологическое право - это отрасль права, которая регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы.

Экологическое право является важным инструментом, применяемым государством в интересах сохранения и рационального использования окружающей природной среды.

Источниками экологического права являются следующие нормативно-правовые акты: 1) Конституция Российской Федерации; 2) законы и кодексы в области охраны природы; 3) указы и распоряжения Президента по вопросам экологии и природопользования; правительственные природоохранные акты; 4) нормативные акты министерств и ведомств; 5) нормативные решения Органов местного самоуправления.

1.Конституционные основы охраны окружающей природной Среды закреплены в Конституции Российской Федерации, принятой 12 декабря 1993 г. Конституция провозглашает право граждан на землю и другие природные ресурсы, закрепляет право каждого человека на благоприятную окружающую среду (экологическую безопасность) и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью. Она также определяет организационные и контрольные функции высших и местных органов власти по рациональному использованию и охране природных ресурсов, устанавливает обязанности граждан по отношению к природе, охране ее богатств.

2. Законы и кодексы в области охраны окружающей природной Среды составляют природно-ресурсную правовую основу. В их число входят законы о земле, недрах, охране атмосферного воздуха, об охране и использовании животного мира и др. Систему экологического законодательства возглавляет Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 г. №7-ФЗ. В вопросах охраны природной среды нормы других законов не должны противоречить Конституции России и данному законодательному акту.

.1. Земельный кодекс РФ (2001) регламентирует охрану земель и защиту окружающей природной среды от возможного вредного воздействия при использовании земли. Основные правовые функции охраны земель: сохранение и повышение плодородия почв, сохранение фонда сельскохозяйственных земель. Экологическими нарушениями считаются порча, загрязнение, засорение и истощение земель. Кодекс регламентирует куплю-продажу земель и совершение других Земельных сделок.

.2. Водный кодекс Российской Федерации (1995) регулирует правовые отношения в области рационального использования и охраны водных объектов, устанавливает ответственность за нарушение водного законодательства. Правовые нормы направлены на охрану вод от загрязнения, засорения и истощения.

.3. Правовые основы охраны атмосферного воздуха отражены в Законе РФ «Об охране окружающей среды» (2002), а также Законе «Об охране атмосферного воздуха» (1982). Важнейшими общими мероприятиями охраны воздушного бассейна являются установление нормативов предельно допустимых вредных воздействий (ПДК, ПДВ) и платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

.4. Правовая защита людей, вовлеченных в сферу использования ядерных и радиационных установок и радиоактивных веществ гарантируется Законом Российской Федерации «О радиационной безопасности населения» (1995) (а также Федеральным законом «Об использовании атомной энергии»).

В случае аварии Закон гарантирует возмещение ущерба здоровью и имуществу граждан, устанавливает компенсацию за повышенный риск проживающим вблизи ядерных и радиационных установок в виде улучшения социально-бытовых условий.

.5. Закон Российской Федерации «О недрах» (1992) устанавливает правовые отношения при изучении, использовании и охране недр. К числу эколого-правовых нарушений, затрагивающих недра как часть природной среды, Закон в первую очередь относит их загрязнение.

.6. Основы лесного законодательства (1977) закрепляют требования, предъявляемые к ведению лесного хозяйства. Основные правовые нормы направлены на использование леса как природного ресурса, воспроизводство лесов, охрану и защиту лесов и т.д.

.7. Закон Российской Федерации «О животном мире» (1995). В нем содержатся эколого-правовые и административные нормы с учетом новых экономических отношений. Согласно Закону к эколого-правовым нарушениям отнесены: незаконный лов рыбы, уничтожение редких и исчезающих животных и др.

.8. Закон Российской Федерации «Об отходах производства и потребления» (1998) определяет правовые основы обращения с отходами производства и потребления в целях предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и окружающую среду.

.9. Важнейшие экологические требования отражены также в Законе РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999) и Основах законодательства Российской Федерации об охране здоровья (1993).

Федеральный закон "О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах" от 23.02.95 № 26-ФЗ;

• Федеральный закон "Об особо охраняемых природных территориях" от 14.03.95 (в ред. от 30.12.2001) № 33-ФЗ;

• Федеральный закон "Об экологической экспертизе" от 23.11.95 (в ред. от 15.04.98) № 174-ФЗ;

Федеральный закон "Об использовании атомной энергии" от 21.11.95 (в ред. от 28.03.2002) № 170-ФЗ;

• Федеральный закон "О континентальном шельфе" от 30.11.95 (в ред. от 30.06.2003) № 187-ФЗ;

. Указы и распоряжения Президента, постановления Правительства затрагивают широкий круг экологических вопросов. Примером может служить Указ президента от 1 апреля 1996 г. о концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию.

4.Нормативные акты природоохранительных министерств и ведомств издаются по самым разнообразным вопросам рационального использования и охраны окружающей природной среды, в виде постановлений, инструкций, приказов и считаются обязательными для всех физических и юридических лиц.

5.Нормативные решения местных административных органов (мэрий, сельских и поселковых органов) дополняют и конкретизируют действующие нормативно-правовые акты по охране окружающей природной среды.

Действующий ныне Федеральный закон «Об охране окружающей среды» (2002) значительно расширяет полномочия государственной власти субъектов Российской Федерации и органов местного самоуправления в сфере отношений, связанных с охраной окружающей среды. В частности, субъектам Федерации предоставлено право разрабатывать и издавать законы и иные нормативные акты в области охраны окружающей среды с учетом географических, природных, социально-экономических и иных особенностей, ограничивать или запрещать хозяйственную и иную антиэкологическую деятельность на своих территориях и др.

генетический структура популяция

Список использованных источников

.Экология: Учебник для технических ВУЗов / Цветкова, Алексеев и др.Под ред. Л.И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. - 488 с.

.Коробкин В.И., Передельский. Экология в вопросах и ответах.

.Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология для студентов вузов.

.www. ekolog.org

1.