Плодовитость у млекопитающих называется рождаемостью, а динамика популяций зависит от результата размножения особей и иммиграции их из соседних популяций. Главный показатель скорости размножения - среднее количество потомков за определённое время у женской особи. Динамика популяций может показывать отрицательные значения в результате смертности и эмиграции (например, у человека). Это касается в основном высоко развитых стран, а вот в странах третьего мира этот показатель неуклонно идёт вверх год от года.
Человеческое общество
Показатели популяции более всего зависят от смертности - это среднее количество смертей в год. Расчёт ведётся в процентах или по количеству на тысячу особей. Статистика смертности показывает самые низкие отметки в странах развитых, где высокий уровень медицинского обслуживания. И напротив, высокий уровень смертности отмечается в странах, где таковое присутствует в недостаточных количествах.
Учёные, исследующие динамику популяций, должны знать не только общее количество умерших, но и отдельно количество особей, которые погибают до того, как успеют достигнуть половой зрелости и оставить потомство. Если два потомка каждая пара успевает оставить и они доживают до взрослого возраста, такая популяция считается стабильной. Статистика смертности в динамике зависит от возраста погибающих особей и отображается в графиках на кривых выживания в обязательном порядке.
Выживание
Используется три главных вида подобных кривых. Первая, отображающая главный фактор смертности, - естественное старение. Вторая кривая показывает раннюю смертность в популяции. И на третьей кривой отображается постоянная смертность в течение всей жизни особей в популяции. Кривые выживания на графиках популяций разных видов обычно занимают промежуточные положения между крайних форм. Параллельно анализируется и прибавление численности особей. Если в изолированной популяции статистика рождаемости показывает превышение смертности, популяция будет расти. Начало роста в кривой - это экспонента.
Но всегда случается так с течением времени, что питание и его запасы исчерпываются в данной зоне обитания. Динамика популяций практически сразу на уменьшение питательных продуктов реагирует. Кривая приобретает форму буквы S. Это, можно сказать, умный биологический вид. В других популяциях рост численности происходит безо всякого контроля, заходя в итоге слишком далеко, пока не происходит катастрофа - обвал численности популяции в связи с истощением ресурсов. Тогда кривая принимает форму буквы J.
Стратегии
Если скорость размножения не зависит от плотности вида, такие популяции называются r-стратегами, их размеры далеки от стабильности и некоторое время могут даже превышать ёмкость данной среды. Обычно это биологический вид с небольшими размерами и маленькой продолжительностью жизни: мелкие насекомые, микроорганизмы, однолетние растения. Они быстро заселяют новые пространства, но так же быстро и вытесняются конкурентами.
Медленно размножающиеся k-стратеги контролируют плотность собственной популяции, их численность всегда стабилизируется на должном значении, у них определённая структура и динамика развития. Это прежде всего человек, крупные звери и птицы, деревья. Статистика рождаемости показывает, что численность популяции контролируется изменением внешних условий: нехваткой пищи, появлением хищников и тому подобным. Но есть и внутренние факторы, способные сдерживать рождаемость. Например, хорошо изученное территориальное поведение: забота о потомстве у рыб, например, когда они защищают гнездовую территорию от вторжений своих родственников. Также действует перенаселённость, которая резко уменьшает плодовитость и даже степень заботы о потомстве.
Контроль
Причинами массового увеличения рождаемости чаще всего бывают климатические и погодные факторы, а в последние столетия к этому добавляется и деятельность человечества. Большинство популяций имеет механизм обратных связей для регулирования численности. Структура и динамика популяций взаимосвязаны для того, чтобы не превысить предел, за которым наступает катастрофа. Например, гусеницы многих видов бабочек гибнут массово от переохлаждения, если вышли из яиц раньше времени или когда холода ещё не кончились.
Или они же погибают от голода, если опоздают вылупиться, когда листья уже стали большими. Если же все эти гусеницы появились одновременно и вовремя, то неминуемо перенаселение. Тогда их лимитирует другой фактор - паразиты или хищники. Все эти регулирующие и контролирующие факторы целиком и полностью зависят от плотности популяции. Таким же образом регулируется численность и расселение за пределы собственных территорий. Например, опустошающими всё вокруг тучами переселяется саранча, более спокойно мигрируют белки или лемминги.
Изменение численности
Численность, а также возрастной и половой состав в популяции изменяются, если это обусловлено колебаниями в условиях внешней среды, процессами, которые происходят внутри популяции, во взаимодействиях с другими видами и по многим другим причинам. В общем такие изменения складываются в связи с тремя основными факторами: рождаемостью, смертностью и миграциями.
Последние являются перемещением особей популяции или пополнением пришельцами. Явление это закономерно основывается на важнейшей биологической черте каждого вида - способности к расселению. Какие-то части особей регулярно покидают популяцию, добавляясь в соседние или обживая новые, никем не занятые территории. Так осваиваются новые биотопы и расширяется ареал данного вида.
Расселение
Функции расселения обычно выполняются в определённые периоды жизненного цикла. Например, насекомые используют для этого свою стадию взрослости (имаго), млекопитающие и птицы переселяются в возрасте подрастающего молодняка, растения рассеивают и отдают ветру споры и семена, водные обитатели прикреплённого образа жизни размножаются и расселяются с помощью плавающих личинок и так далее.
Целый ряд популяций, которые занимают места, малопригодные для других, чаще всего не могут поддержать численность размножением и сохраняют популяцию только за счёт миграции. В принципе, абсолютно любой биологический вид способен неограниченно прирастать численностью - чисто теоретически. Однако всегда этот рост лимитируется факторами внешней среды.
Теории и реальность
Если бы такой гипотетический вариант был возможен, то рост популяции и его скорость зависели бы только от величины свойственного виду биотического потенциала. То есть, это тот показатель, который отражает максимум числа потомков от одной особи или одной пары за определённую единицу времени. Если бы выживало всё потомство, численность популяции - абсолютно любой - увеличивалась бы по экспоненциальной кривой, то есть в геометрической прогресии.
Реальная жизнь показывает нам совершенно другие закономерности и, конечно же, кривую роста популяции в виде буквы S. Обычно численность поначалу увеличивается медленно, затем гораздо быстрее, а потом среда начинает сопротивляться, замедляя этот рост. Таким образом достигается равновесие в смертности, рождаемости и миграции. Определённый уровень плотности устанавливается после периода роста, но это не значит, что количественные изменения в популяции прекратились. Динамика популяций не стоит на месте никогда, численность колеблется, а стационарный уровень всегда подвержен флуктуациям.
Природные популяции
Природные популяции характеризуются сезонными изменениями численности, которые сопряжены с условиями среды обитания, а также флуктуациями, связанными с погодичными колебаниями. Первые особенно ярко выражены в жизни многочисленных насекомых и у однолетних растений.
Также значительные колебания в рождаемости и смертности, изменяющие численность популяции, демонстрируют многие виды птиц и млекопитающих в условиях северных широт. Здесь циклы более длинные - от трёх-четырёх до девяти-десяти лет. Например, канадские рысь и заяц-беляк имеют десятилетний цикл колебаний численности, причём, сначала зайцы бывают на пике роста популяции, а на следующий год - рыси.
Растения
Динамическое состояние популяций среди растений оценивают с помощью анализа онтогенетических, то есть возрастных состояний. Наиболее легко определяемым признаком устойчивости является полночленный возрастной спектр, то есть базовый, характерный, определяющий динамически устойчивое (дефинитивное) состояние популяций.
Основными свойствами каждой популяции являются механизмы регулирования численности особей. Все значительные отклонения связаны с нехорошими последствиями для существования популяции. А потому по снижению или восстановлению работают адаптационные факторы, способствующие поддержанию нормальных значений численности особей.
Биотический потенциал
Всякая популяция может характеризоваться биотическим потенциалом, то есть возможным потомством от одной или пары особей, которые способны к биологическому размножению. Чем выше биотический потенциал, тем, как правило, ниже у данного вида организмов уровень организации, позволяющий использовать его только в кратковременные промежутки или в отдельных случаях. Условиями для размножения могут быть среды, богатые питательными веществами. Это экспоненциальный тип роста. Для популяции человека в современных условиях он тоже характерен - за счёт снижения детской смертности в основном.
Изменения численности имеют свои периоды, то есть популяционные волны или волны численности. Крупные изменения в любую сторону в сравнении со средними значениями в основе своей имеют отрицательные последствия для последующей жизни популяции. Высокая численность - недостаток пищи, малая - угроза вымирания, как, например, у амурского тигра. Динамика популяций может быть разделена на две составляющие: зависимую от численности и нет. Последняя характерна для экспоненциальной кривой роста, а первая - для логистической.
Генотип популяции
Каждая популяция имеет огромное число самых разных генов, образующих генофонд. Гены могут находиться в нескольких формах (так называемые аллели). Число особей популяции, которые несут определённую аллель, и определяют в данном случае частоту этой аллели. Генетическая структура популяции характеризуется частотой генотипов и частотой аллелей. Популяция является наследственной неоднородной совокупностью особей одного и того же вида, и потому ей должна быть противопоставлена чистая линия, то есть то, что называется наследственной однородной совокупностью особей данного вида.
Признаки всех особей, которые входят в популяцию, - это фенотип, а совокупность наследственных задатков - генотип. Однородности не наблюдается ни по одному из типов, потому что генотип складывается условиями существования на платформе взаимодействующих факторов наследственности и отбора (с изменчивостью и изоляцией). Есть географические генетические барьеры (пространственные) и есть экологические - временные, которые препятствуют слиянию популяций.
Интересные факты
Забота о потомстве рыб у разных популяций отличается. Многие виды вообще не заботятся о нём, оставляя икру без присмотра. В результате большая часть икринок гибнет. Это потому, что у таких рыб икры очень большое количество - до трёхсот миллионов, например, откладывает рыба-луна.
Если же откладывается икры мало, без заботы о потомстве популяция просто вымрет. Потому у некоторых видов самцы до двух недель защищают гнездо с кладкой, а другие изобретательно прячут икру, например, в мантийную полость моллюсков или даже на собственном теле отращивают специальный мешочек, как самцы морского конька. Тиляпия вообще выращивает потомство у себя во рту. Всё разнообразие популяций, существующих на Земле, никогда не устанет удивлять человека.
