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. по-пулюс — народ, населення). Так, на практиці найчастіше популяцію й визначаютьяк певне поселення організмів одного виду, прив'язане до конкретної території абоакваторії. Якщо організми розмножуються статевим шляхом, то в популяції відбуваються схрещування особин одна з одною.
Територія якого розміру придатна для існування популяції? Багато в чомуце залежить від виду та його біологічнихособливостей. Наприклад, популяцієюможна вважати колонію сріблястого мартина (іл. 52.1), що розміщується на одному острові, або кілька колоній прилеглихостровів, 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 можутьжити 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, атим 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 від10 кг і більше — взагалі рідкість. Але буває так, що популяція старіє. Це є ознакоюїї неблагополуччя, оскільки в такій популяції пригнічене розмноження. Може бутий 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 тро-
хи 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)
Проте близьке до рівного співвідношення статей спостерігають далеко не в усіх видів тварин. Навіть у різних популяціях одного виду воно може змінюватися удоволі 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, втрачаєчисельність 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 (дрібнихракоподібних, багатьох видів комах, гризунів), відбуваються сезонні зміни чисельності популяцій. Протягом сприятливого для розмноження і розвитку по-томства літнього сезону відбувається один або кілька циклів розмноження, після кожного з яких популяція збільшує чисельність. У несприятливий для життя йрозмноження 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 циклічнийпроцес 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 іншівиди 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 запідйомом 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.
Уявімо собі: рік активного Сонця. Підвищена сонячна радіація та висока темпе-
ратура 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 генераціїсамки 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 поживахижих птахів (сов, лунів, канюків) і звірів (ласок, горностаїв, лисиць), то вслід за полівками обов'язково відбудеться зростання чисельності хижих видів, (іл. 52.3).
Іл. 52.3. Динамка чисельності зайця білого й хижаків (рисі, вовка й лисиці), які нимживляться, протягом 30 років
Зазвичай збільшення чисельності за багаторічної динаміки відбувається з певною періодичністю. У полівок, наприклад, підйоми чисельностічергуються кожні 3-5 років, відповідно піднімається й падаєчисельність 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 ігризунів. Сумну популярність завдяки своїй особливості давати спалахи чисельності одержала перелітна сарана, описи спустошливих набігів якої можна знайтинавіть 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. Крімвпливу 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).
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 лишефази 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 живутьу приливній зоні (наприклад, розкривання й закривання черепашок удвостулкових молюсків). Добре помітні місячні ритми й під час культивування мікроорганізмів. Позначаються вони й на поведінці людей.Уже давно помітили, що в періодповні 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 низькатемпература, навесні зумовлюють строки пробудження дерев після зими, а потім визначають період цвітіння й навіть плодоносіння. Подовження світлового дня взимкуслугує для багатьох тварин сигналом до початку гону, а його скорочення влітку длябільшості 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-якоїпопуляції є її чисельність, яка багато в чому залежить від факторів середовищай обов’язково змінюється залежно від сезону й по роках. В останньому випадкуприйнято 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, тодіяк їхні однолітки на Землі постаріли. Чи є в цих міркуваннях біологічний сенс?
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Межжерін