Populacja – podstawowa jednostka ekologiczna, Publikacje z Ekologia

Pobierz Populacja – podstawowa jednostka ekologiczna i więcej Publikacje w PDF z Ekologia tylko na Docsity!

Populacja – podstawowa jednostka ekologiczna

Wprowadzenie Przeczytaj Audiobook Sprawdź się Dla nauczyciela

Obserwacje przyrody są podstawową metodą badawczą, dostarczającą informacji o świecie. Dzięki nim można dostrzec różnorodność organizmów występujących na Ziemi. Obserwując pojedyncze osobniki przystosowane do życia w danym środowisku, można poznać znaczenie tych organizmów w szerszym kontekście. Każdy z nich funkcjonuje w obrębie wyższego poziomu organizacji przyrody, jakim jest populacja. Populacja jako jednostka ekologiczna stanowi przedmiot badań nauki zwanej ekologią populacji. Dziedzina ta zajmuje się zależnościami między pojedynczymi organizmami tworzącymi populację oraz czynnikami wpływającymi na jej wielkość.

Twoje cele

Zdefiniujesz pojęcie populacji. Wymienisz i zdefiniujesz cechy populacji: liczebność, zagęszczenie, strukturę płciową, wiekową i przestrzenną. Opiszesz mechanizmy regulacji liczebności populacji. Nazwiesz i wymienisz typy krzywych przeżywania. Zinterpretujesz wykresy struktury wiekowej i jej związek z rozwojem populacji.

Rafy koralowe to podwodne ekosystemy występujące na skalistym podłożu, najczęściej w strefach przybrzeżnych mórz i oceanów, charakteryzujące się dużą różnorodnością gatunkową. Do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania populacji organizmów tworzących rafy niezbędna jest ciepła woda o dużym zasoleniu, znacznej przejrzystości oraz wysokiej zawartości tlenu i substancji odżywczych. Rafy koralowe są jednocześnie bardzo wrażliwe na zmiany środowiska. Wahania temperatury, zmiany zasolenia czy obecność zanieczyszczeń powodują blaknięcie raf koralowych i obumieranie tworzących je organizmów. Źródło: FotoFloridian, Flickr, licencja: CC BY-NC 2.0.

Populacja – podstawowa jednostka ekologiczna

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Liczebność i zagęszczenie

Liczebność populacji to liczba osobników tworzących daną populację. Cecha ta jest zmienna w czasie i zależna od: cech gatunkowych i indywidualnych osobników danej populacji, zajmowanego poziomu troficznego oraz warunków środowiska. W przypadkach trudnej do zliczenia całkowitej liczebności populacji (np. osobniki tworzące populację są małe, populacja zajmuje zbyt duży obszar lub granice występowania populacji nie są wyraźnie określone) wskaźnikiem umożliwiającym określenie jej wielkości jest zagęszczenie, czyli liczba osobników danej populacji przypadająca na jednostkę powierzchni (populacje lądowe, np. 500 sosen/ha) lub objętości (populacje wodne, np. liczba bakterii na mililitr w probówce). W celu określenia zagęszczenia na obszarze zajmowanym przez populację wyznacza się poletka doświadczalne, na których zlicza się osobniki badanej populacji, a uzyskane wyniki odnosi się do całego obszaru zajmowanego przez populację. Z zagęszczeniem wiąże się kilka prostych zasad: zagęszczenie populacji złożonej z dużych osobników jest mniejsze od zagęszczenia populacji złożonej z osobników mniejszych, a zagęszczenie populacji roślin jest większe od zagęszczenia populacji roślinożerców.

Liczebność populacji nie jest stała i zależy od rozrodczości, śmiertelności i migracji.

Rozrodczość to liczba potomstwa wydana na świat przez osobniki danej populacji w określonej jednostce czasu, np. liczba ptaków wyklutych z jaj w okresie lęgowym lub liczba siewek roślin, które wyrosły w sezonie wegetacyjnym. Cecha ta warunkuje wzrost i rozwój populacji, prowadząc do zwiększenia jej liczebności. Wyróżniamy rozrodczość fizjologiczną i ekologiczną. Rozrodczość fizjologiczna to teoretyczna, potencjalna zdolność do wydawania potomstwa, wynikająca z biologicznych możliwości osobników danego gatunku. Ten rodzaj rozrodczości występuje w sztucznym środowisku, w którym warunki środowiskowe są idealne, np. w laboratorium. Rozrodczość ekologiczna to rzeczywista zdolność do wydawania potomstwa, uwzględniająca ograniczający wpływ warunków środowiska (tzw. opór środowiska). Czynnikami ograniczającymi rozrodczość są m.in.: niedobór wody, światła, soli mineralnych, pokarmu, przegęszczenie, a także obecność roślinożerców, drapieżników czy pasożytów. Rozrodczość ekologiczna dotyczy populacji występujących w naturalnym środowisku.

Rozrodczość

Pisklęta kapturnika ( Lophodytes cucullatus), gatunku z rodziny kaczkowatych, naturalnie występującego w Ameryce Północnej. Samiec i samica tworzą monogamiczną parę. Samica składa w gnieździe od 6 do 18 jaj, z których po ok. 30-dniowym okresie wysiadywania wykluwają się młode osobniki. Źródło: 4028mdk09, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Struktura wiekowa

Struktura wiekowa populacji, czyli inaczej rozkład wiekowy, przedstawia udział w populacji osobników w różnych klasach (grupach) wiekowych. Osobniki młode, jeszcze niezdolne do rozmnażania, tworzą klasę w wieku przedrozrodczym. Z kolei osobniki dojrzałe, zdolne do rozmnażania, tworzą klasę w wieku rozrodczym. Natomiast osobniki stare, które utraciły zdolność do rozmnażania, tworzą klasę w wieku porozrodczym. Strukturę wiekową populacji przedstawia się graficznie w postaci piramidy wieku. Kształt piramidy wieku określa obecny stan populacji, na podstawie którego można prognozować jej przyszłe losy: rozwój, stabilizację lub wymieranie.

Populacja rozwijająca się – największy procentowy udział stanowią osobniki w wieku przedrozrodczym. W perspektywie czasu liczebność takiej populacji będzie rosła. W przypadku populacji ludzi taki kształt piramidy wieku jest charakterystyczny dla krajów rozwijających się (np. Nigerii).

Śmiertelność (krzywe przeżywania) Migracje

osobników z poszczególnych klas wieku. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Populacja wymierająca – największy procentowy udział w populacji mają osobniki w wieku rozrodczym i porozrodczym. W perspektywie czasu liczebność takiej populacji będzie maleć. W przypadku populacji ludzi taki kształt piramidy wieku jest charakterystyczny dla krajów wysokorozwiniętych (np. Niemiec).

Struktura wiekowa populacji wymierającej ma kształt urny. Duży udział procentowy osobników starych i dorosłych, a mały osobników młodych prowadzi do spadku liczebności populacji. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Struktura płciowa

Struktura płciowa dotyczy gatunków, u których występuje rozdzielnopłciowość. Zjawisko to polega na obecności osobników dwóch odmiennych płci: męskiej (samce) i żeńskiej (samice). Struktura płciowa to zależność pomiędzy liczebnością samic (♀) i samców (♂) w określonej klasie wieku. Struktura płciowa nie dotyczy gatunków obojnaczych, czyli takich, których przedstawiciele mają zarówno męskie, jak i żeńskie narządy rozrodcze (np. tasiemce, dżdżownice), oraz gatunków zdolnych do rozmnażania partenogenetycznego, w którym możliwy jest rozwój osobników potomnych z niezapłodnionych komórek jajowych (np. mszyce, wrotki). Dla większości populacji występujących w stabilnych warunkach środowiska stosunek płci wynosi mniej więcej 1 : 1. Naturalną przewagę liczebną samic nad

nielicznymi samcami w stabilnych warunkach środowiska obserwuje się m.in. w populacjach owadów społecznych (np. u mrówek i pszczół).

Struktura przestrzenna

Struktura przestrzenna to rozmieszczenie osobników populacji na danym terenie. Cecha ta zależy od warunków środowiska i interakcji w obrębie populacji oraz między różnymi populacjami. Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje rozmieszczenia: skupiskowe, losowe i równomierne.

Rozmieszczenie skupiskowe – najczęściej obserwowane w przyrodzie. Osobniki danej populacji skupiają się w pewnych rejonach zajmowanego obszaru. Taki sposób rozmieszczenia może wynikać z nierównomiernego rozkładu zasobów środowiska (np. ławica ryb, skupienie pąkli), zachowań społecznych (np. rodzina mrówek, stado antylop, kolonie lęgowe pingwinów) czy sposobu rozmnażania (np. ciężkie nasiona dębu spadające w to samo miejsce, rozmnażanie wegetatywne przez rozłogi u poziomki).

Struktura przestrzenna skupiskowa. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Więcej na temat struktury przestrzennej populacji przeczytasz w e‐materiale: Zasięgi i formy rozmieszczenia organizmów.

Populacje różnych gatunków roślin, zwierząt, grzybów i bakterii nie stanowią odrębnych jednostek ekologicznych. Ich wspólne umiejscowienie w czasie i przestrzeni, wzajemne zależności międzypopulacyjne oraz wpływ abiotycznych czynników środowiska sprawiają, że tworzą one całość zwaną ekosystemem.

Słownik

allelopaa

(gr. allēlo – nawzajem, páthos – cierpienie) - wzajemne oddziaływania między roślinami lub między roślinami a mikroorganizmami wywołane wydzielaniem różnego typu związków chemicznych do podłoża, wody i atmosfery

biocenoza

(gr. bios – życie; koinós – wspólny) zespół populacji organizmów roślinnych, zwierzęcych i mikroorganizmów danego środowiska (biotopu), należących do różnych gatunków, ale powiązanych ze sobą różnorodnymi czynnikami ekologicznymi i zależnościami pokarmowym

czynniki abiotyczne

Struktura przestrzenna równomierna. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

(z gr. a-/ an- zaprzeczenie, brak czegoś; bios – życie) - czynniki fizykochemiczne, takie jak temperatura, światło, woda, poziom zasolenia czy właściwości gleby, przynależne określonemu środowisku i wpływające na organizmy żywe

czynniki biotyczne

(z gr. bios – życie) - czynniki występujące w określonym środowisku w wyniku oddziaływania żywych organizmów na inne żywe organizmy

dobór naturalny

selekcja naturalna; mechanizm ewolucji biologicznej, w którym organizmy z pewnymi cechami dziedzicznymi (bardziej korzystnymi w danym środowisku) mają większe szanse na przeżycie i rozród niż organizmy z innymi cechami (mniej korzystnymi)

ekosystem

(gr. oíkos – mieszkanie, gospodarstwo, środowisko; sýstēma – zestawienie, połączenie) - złożony układ ekologiczny, charakterystyczny dla określonego typu środowiska, zasiedlony przez zespół populacji różnych gatunków, które pozostają we wzajemnych zależnościach wraz z zespołem fizykochemicznych czynników środowiska

gatunek

zespół osobników o podobnej budowie, wspólnym pochodzeniu, mogących się swobodnie krzyżować, dając płodne potomstwo

nisza ekologiczna

n-wymiarowa przestrzeń, na którą składa się całkowity zakres czynników biotycznych i abiotycznych właściwych dla danego organizmu (definicja wg Hutchinsona)

obojnactwo

hermafrodytyzm, dwupłciowość; występowanie u tego samego osobnika zarówno męskich, jak i żeńskich narządów rozrodczych

partenogeneza

dzieworództwo; rodzaj rozmnażania płciowego, w którym osobniki potomne powstają z niezapłodnionych komórek jajowych

populacja

grupa osobników tego samego gatunku żyjących równocześnie w określonym środowisku lub obszarze i krzyżujących się między sobą; osobniki te wzajemnie na siebie

Audiobook

Audiobook można wysłuchać pod adresem: file:///tmp/puppeteerWNUqKD.html

Populacja – podstawowa jednostka ekologiczna

Populacja to grupa osobników należących do tego samego gatunku, która zasiedla w tym samym czasie daną przestrzeń, np. populacja ludzi zamieszkujących dany kraj, populacja stokrotek na łące, a także populacja karpi w jeziorze.

Miejsce, w którym występują osobniki należące do jednej populacji, to siedlisko. W jednym siedlisku może współwystępować wiele populacji różnych gatunków. Przykładem może być las, w którym żyją różne gatunki roślin (na przykład dąb, sosna, modrzew, brzoza), zwierząt (takich jak sarny, jelenie, borsuki, lisy, korniki, chrabąszcze) i grzybów (na przykład koźlarze, borowiki i kurki).

Współwystępowanie populacji różnych gatunków w danym siedlisku jest możliwe, kiedy zajmują one inne nisze ekologiczne. Nisza ekologiczna to całokształt wszystkich wymagań i potrzeb życiowych danego organizmu względem środowiska, ograniczony zakresami jego tolerancji ekologicznej wobec poszczególnych czynników, np. temperatury czy zasolenia.

Wyróżnia się nisze ekologiczne potencjalne, opisywane wyłącznie przez warunki abiotyczne, oraz zawierające się w nich nisze realizowane. Nisza realizowana określana jest w kontekście współżycia z innymi organizmami, takimi jak ograniczające oddziaływanie drapieżników (np. lwów na populację antylop gnu) czy konkurencja (np. norniki i myszy domowe konkurujące o pokarm).

Ważną cechą każdej populacji jest jej liczebność, czyli liczba osobników, które ją tworzą. W dużych populacjach nie jest niekiedy możliwe określenie dokładnej liczebności całej populacji, dlatego stosuje się pojęcie zagęszczenia – stosunku liczby osobników do jednostki powierzchni lub objętości, na której występują. Na liczebność i zagęszczenie populacji wpływają rozrodczość i śmiertelność. Rozrodczość to stosunek liczby osobników urodzonych w danej jednostce czasu do liczby osobników tej populacji. Z kolei śmiertelność to stosunek liczby zgonów w danej jednostce czasu do liczby osobników w tej populacji. Na liczebność populacji wpływają również takie zjawiska, jak emigracja i imigracja osobników.

Osobniki żyjące w danej populacji różnią się między sobą niektórymi cechami biologicznymi, takimi jak wiek czy płeć. Różnice te pozwalają na wyodrębnienie

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

różnych struktur populacji. Populacje organizmów, które wykazują dymorfizm płciowy, charakteryzują się strukturą płciową. Struktura ta obrazuje, jaki jest wzajemny stosunek samic i samców w danej grupie wiekowej i wpływa na możliwość rozwoju populacji.

Do populacji odnosi się również pojęcie struktury wiekowej. Określa ono udział w populacji osobników na różnych etapach rozwojowych. W zależności od liczby osobników w danym stadium rozwojowym można wyróżnić populacje rozwijające się, w których dominują osobniki młode (np. rozwijająca się populacja owsików w ciele nowego żywiciela), populacje ustabilizowane o dużym odsetku osobników młodych i dojrzałych i niewielkim starych (jak populacja ludzka w krajach rozwiniętych, np. w Kanadzie), a także populacje wymierające, charakteryzujące się dużym odsetkiem osobników starych i małym osobników młodych – taką strukturę mają populacje gatunków zagrożonych wyginięciem, np. goryle, żółwie czy pandy.

Populacje opisuje także struktura przestrzenna. Na strukturę tę wpływają między innymi relacje między osobnikami. Przykład stanowi silna konkurencja wewnątrzgatunkowa charakterystyczna dla populacji o rozmieszczeniu równomiernym (przykładem może być pałka szerokolistna wydzielająca do środowiska substancje hamujące wzrost innych osobników tego gatunku w najbliższym otoczeniu). U niektórych gatunków obserwuje się łączenie się organizmów w grupy, kolonie lub stada w celu zwiększenia szans na przetrwanie. Skutkuje ono skupiskowym rozmieszczeniem osobników. Przykładem są pszczoły żyjące w roju, zebry tworzące stada oraz śledzie żyjące w ławicach. Na strukturę przestrzenną populacji wpływają również właściwości środowiska. Dla przykładu, jednorodne środowisko, takie jak gleba z równomiernie rozlokowanym pokarmem, sprzyja losowemu rozmieszczeniu dżdżownic.

Zespół populacji różnych gatunków znajdujący się w danym środowisku i powiązany zależnościami pokarmowymi i ekologicznymi nazywa się biocenozą. Biocenoza wraz z biotopem, czyli nieożywionym środowiskiem życia biocenozy, tworzą ekosystem.

Na podstawie treści audiobooka oraz własnej wiedzy wyjaśnij, dlaczego realizowana nisza ekologiczna nie może być szersza od niszy potencjalnej.

Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia: 輸 醙 難

Ćwiczenie 1

Dokończ zdanie.

Populację tworzy grupa organizmów tego samego gatunku,

na którą oddziałują tylko czynniki biotyczne.

ale poszczególne osobniki populacji nie mogą się swobodnie krzyżować.

która zamieszkuje tę samą niszę ekologiczną.

a poszczególne osobniki populacji mogą zamieszkiwać różne siedliska.

Ćwiczenie 2

Przyporządkuj do podanych haseł odpowiadające im definicje.

Czynniki abiotyczne

Czynniki fizykochemiczne, takie jak temperatura, światło, woda, poziom zasolenia czy właściwości gleby, przynależne określonemu środowisku i wpływające na organizmy żywe

Ekosystem

Czynniki występujące w określonym środowisku w wyniku oddziaływania żywych organizmów na inne żywe organizmy

Czynniki biotyczne

N-wymiarowa przestrzeń, na którą składa się całkowity zakres czynników biotycznych i abiotycznych, jakie w określonym zakresie są odpowiednie do życia danego organizmu

Nisza ekologiczna

Złożony układ ekologiczny, charakterystyczny dla określonego typu środowiska, zasiedlony przez zespół populacji różnych gatunków, które pozostają we wzajemnych zależnościach wraz z zespołem fizykochemicznych czynników środowiska

Ćwiczenie 3

Uzupełnij tekst właściwymi określeniami.

W populacji ludzkiej w krajach rozwiniętych średnia wielkość rodziny jest. Krzywa przeżywalności prezentuje , który charakteryzuje się początkową śmiertelnością.

typ I wysoka typ III wysoką niska typ II niską

Prawda Fałsz Struktura wiekowa populacji Meksyku przedstawia populację ustabilizowaną, a Szwecji - wymierającą.

Ćwiczenie 5

W pewnym lesie występują dwie populacje różnych gatunków ptaków. Jeden z nich jest silnie terytorialny, natomiast drugi żyje w grupach. Określ wzorce rozmieszczenia obu gatunków ptaków.

Ćwiczenie 6

Pewien gatunek małża produkuje w ciągu roku miliony jaj. Osobniki rodzicielskie nie opiekują się potomstwem. Podpisz i wyskaluj osie poziomą i pionową, a następnie narysuj wykres krzywej przeżywania dla przedstawionego gatunku.

Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Nazwij typ narysowanej krzywej przeżywania i uzasadnij swój wybór.

Ćwiczenie 7

Pod koniec lat 90. XX w. prowadzono obserwacje w lasach dębowych w północno-wschodniej części Stanów Zjednoczonych. Na podstawie uzyskanych wyników wykazano związek między występującym co 3–4 lata wysypem żołędzi a gwałtownym wzrostem liczebności populacji myszaków leśnych, kleszczy i jeleni. Myszaki leśne chętnie odżywiają się żołędziami, a także poczwarkami brudnicy nieparki, której larwy żerują na liściach dębu. Dwa lata po wysypie żołędzi zaobserwowano wśród okolicznych mieszkańców zwiększoną zachorowalność na boreliozę.

Na podstawie: Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Marn, Biologia, Warszawa 2014, s. 1175.

Opisz, w jaki sposób myszaki leśne wpływają na wzrost plonu żołędzi.

Wyjaśnij związek między wysypem żołędzi a zwiększoną zachorowalnością ludzi na boreliozę.