3.синтез глюкозы 4.образование крахмала 5.поглощение кванта света молекулой хлорофилла.
Задание 2.
Установите правильную последовательность процессов,протекающих в ходе трансляции
1.распознавание первого кодона и РНК антикодоном тРНК 2.образование пептидной связи между аминокислотами,рост полипептидной цепи 3.отделение полипептидной цепи от рибосомы 4.связывание иРНК с рибосомой 5.размещение в активном центре рибосомы двух молекул тРНК с аминокислотами
Задания уровня В Выберите три правильных ответа из шести предложенных. В1. Оптическая система глаза включает роговицу 4) зрачок хрусталик 5)стекловидное тело сетчатку 6) жёлтое пятно В2. В полости среднего уха находятся косточки молоточек 4) стремечко подковка 5) уздечка наковальня 6) улитка В3. Чувство осязания даёт информацию о таких свойствах предмета, как размер 4)вкус цвет 5)запах форма 6) температура Установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. В4. Установите соответствие между анализаторами и их струй" турами. СТРУКТУРЫ АНАЛИЗАТОРЫ А) стекловидное тело 1) зрительный Б) улитка 2) пространственный (вестибулярный) В) колбочки 3) слуховой Г) палочки Д) наковальня Е) полукружные каналы А Б В Г Д Е В5. Установите соответствие между частями глаза и структура ми, их составляющими. ЧАСТИ ГЛАЗА СТРУКТУРЫ А) веки 1) вспомогательный аппарат глаза Б) зрачок 2) глазное яблоко В) слёзные железы Г) стекловидное тело Д) роговица Е) ресницы А Б В Г Д Е В6.Установите соответствие между анализатором и долей ко ры больших полушарий, в которой осуществляется анализ данных ощущений. АНАЛИЗАТОРЫ ДОЛЯ КОРЫ А) вкусовой 1) височная Б) обонятельный 2) теменная В) зрительный 3) затылочная Г) мышечный Д) кожный (тактильный) А Б В Г Д Установите правильную последовательность биологических процессов, явлений, практических действий. В7. Установите последовательность этапов прохождения света, а затем нервного импульса в глазе и зрительном анализа торе. зрительный нерв Е) хрусталик Б) стекловидное тело Ж) зрительная зона коры В) роговица больших полушарий Г) палочки и колбочки Д) хрусталик В8. Установите последовательность прохождения звука и нервного импульса. А) барабанная перепонка Б) слуховой нерв В) молоточек Г) перепонка овального оконца Д) наковальня Е) наружный слуховой проход Ж) ушная раковина З) улитка И) височная доля КБП К) стремечко
1. Какое из приведенных утверждений считается правильным?а) происхождение от специализированных предков;
б) ненаправленность эволюции;
в) ограниченность эволюции;
г) прогрессирующая специализация.
2. Борьба за существование является следствием:
а) врожденного стремления к совершенству;
б) необходимостью бороться со стихийными бедствиями;
в) генетического разнообразия;
г) того, что число потомков превышает потенциальные возможности среды.
3.Правильная таксономия в ботанике:
а) вид – род – семейство – класс – порядок;
б) род – семейство – отряд – класс – отдел;
в) вид – род – семейство – порядок – класс;
г) вид – род – семейство – порядок – тип.
4. Медиатором в преганглионарных нейронах симпатической нервной системы является:
а) адреналин;
б) ацетилхолин;
в) серотонин;
г) глицин.
5.Инсулин в организме человека не участвует в:
а) активации распада белков в клетках;
б) синтезе белка из аминокислот;
в) запасании энергии;
г) депонировании углеводов в виде гликогена.
6. Одним из главных веществ вызывающих сон, является вырабатываемый нейронами центральной части среднего мозга:
а) норадреналин;
б) ацетилхолин;
в) серотонин;
г) дофамин.
7.Среди водорастворимых витаминов коферментами являются:
а) пантотеновая кислота;
б) витамин А;
в) биотин;
г) витамин К.
8.Способностью к фагоцитозу обладают:
а) В-лимфоциты;
б) Т-киллеры;
в) нейтрофилы;
г) плазматические клетки.
9.В возникновении ощущения щекотки и зуда участвуют:
а) свободные нервные окончания;
б) тельца Руффини;
в) нервные сплетения вокруг волосяных луковиц;
г) тельца Пачини.
10.Какие особенности характерны для всех суставов?
а) наличие суставной жидкости;
б) наличие суставной сумки;
в) давление в суставной полости ниже атмосферного;
г) имеются внутрисуставные связки.
11.Какие процессы протекающие в скелетных мышцах требуют затраты энергии АТФ?
а) транспорт ионов К+ из клетки;
б) транспорт ионов Na+ в клетку;
в) перемещение ионов Ca2+ из цистерн ЭПС в цитоплазму;
г) разрыв поперечных мостиков между актином и миозином.
12. При длительном пребывании человека в невесомости не происходит:
а) уменьшение объема циркулирующей крови;
б) увеличение количества эритроцитов;
в) снижение мышечной силы;
г) снижение максимального сердечного выброса.
24. Какие биологические особенности капусты надо учитывать при ее выращивании?
а) небольшую потребность в воде, питательных веществах, освещенности;
б) большую потребность в воде, питательных веществах, освещенности, умеренной температуре;
в) теплолюбивость, теневыносливость, небольшую потребность в питательных веществах;
г) быстрый рост, короткий вегетационный период.
13. Назовите группу организмов, число представителей которой преобладает над представителями других групп, входящих в состав пищевых цепей выедания (пастбищных).
а) продуценты;
б) потребители первого порядка;
в) потребители второго порядка;
г) потребители третьего порядка.
14. Укажите наиболее сложный наземный биогеоценоз.
а) березовая роща;
б) сосновый бор;
в) дубрава;
г) пойма реки.
15. Назовите экологический фактор, который для ручьевой форели является ограничивающим.
а) скорость течения;
б) температура;
в) концентрация кислорода;
г) освещенность.
16. В середине лета рост многолетних растений замедляется или полностью прекращается, уменьшается количество цветущих растений. Какой фактор и какое изменение его служит причиной таких явлений?
а) снижение температуры;
б) уменьшение;
в) уменьшение длины дня;
г) уменьшение интенсивности солнечного излучения.
17. К архебактериям не относятся:
а) галобактерии;
б) метаногены;
в) спирохеты;
г) термоплазмы.
18. Основными признаками гоминизациине являются:
а) прямохождение;
б) приспособление к трудовой деятельности руки;
в) социальное поведение;
г) строение зубной системы.
19 Бациллы - это:
а) грамположительные спорообразующие палочки;
б) грамотрицательные спорообразующие палочки;
в) грамотрицательные неспорообразующие палочки;
г) грамположительные неспорообразующие палочки.
20. При возникновении теплокровности решающим стал морфологический признак:
а) волосяной и перьевой покров;
б) четырехкамерное сердце;
в) альвеолярное строение легких, увеличивающее интенстивность газообмена;
г) повышенное содержание миоглобина в мышцах.
1. Ведущую роль в эволюции играет:
а – мутационная изменчивость;
б – модификационная изменчивость;
в – групповая изменчивость;
г – ненаследственная изменчивость.
2. Основным критерием вида является:
а – физиологический;
б – географический;
в – экологический;
г – все эти критерии
3. Более чем одно ядро может встречаться в клетках:
а – простейших;
б – мышц;
в – соединительной ткани;
г – все ответы верны.
4. Последовательное уменьшение числа пальцев у предков лошади служит примером:
а – гомологического ряда;
б – филогенетического ряда;
в – ароморфоза;
г – конвергенции.
5. Микроэволюция приводит к образованию новых:
а – семейных групп;
б – подвидов и видов;
в – родов;
г – классов.
6. Закон Моргана касается:
а – дигибридного скрещивания;
б – чистоты гамет;
в – неполного доминирования;
г – сцепления генов.
7. Основное количество солнечной энергии в океане запасает:
а – фитопланктон;
б – зоопланктон;
в – рыба и морские млекопитающие;
г – крупные придонные водоросли.
8. Число нуклеотидов, вмещающихся в рибосому, равно:
а – один;
б – три;
в – шесть;
г – девять.
9. К обезьянолюдям относятся:
а – кроманьонец;
б – австралопитек;
в – питекантроп;
г – неандерталец.
10. При дигибридном скрещивании число классов по фенотипу во втором поколении равно:
а – четыре;
б – девять;
в – шестнадцать;
г – ни один ответ не верен.
Ответы:
1) а.
2) г.
3) б.
4) б.
5) б.
6) г.
7)
8)
9)
10) в.
Задание 2. Задание содержит вопросы, к каждому из которых даны несколько вариантов ответа; среди них правильных может быть от нуля до пяти.
1. Какие клеточные органоиды имеют ДНК:
а – центриоль;
б - вакуоль;
в- митохондрии;
г - ядро;
д - лизосомы.
2. Какие из перечисленных клеточных структур имеют двойную мембрану:
а – вакуоль;
б – митохондрии;
в – хлоропласты;
г – мембрана прокариот;
д – мембрана эукариот;
е – ядро;
3. К гетеротрофам относятся:
а – фитопланктон;
б – грибы;
в – птицы;
г – бактерии;
д - хвойные.
5. Единицей эволюционного процесса является:
а – вид;
б – совокупность особей;
в – популяция;
Задание 3.
1.Отметьте знаком «+» правильные утверждения, знаком «-» - неправильные. А.) Сочетание отдаленной гибридизации с полиплоидией можноэкспериментально повторить естественный путь эволюции культурной сливы, воссоздав ее из родительских компонентов - терна и алычи.
Б.) Признаки и их состояния, которые отбирает человек, всегда оказываются полезными для селекционированных организмов.
В.) Гетерозис обычно выражается в повышении устойчивости к неблагоприятным условиям среды, усилении роста и увеличении плодовитости.
Г.) Лучшие результаты селекции дает не индивидуальный, а массовый отбор. 2.Установите правильную последовательность действий при получении трансгенного организма мыши:
А.) получения трансгенного организма мыши, в котором действует. ген гормона роста крысы
Б.) выделение гена гормона роста крысы
В.) увеличение числа копий гена гормона роста крысы
Г.) внесение гена гормона роста крысы в зиготу мыши
Популяция - это особи, относящиеся к одному биологическому виду, способные к свободному скрещиванию и обладающие общим генофондом. обладает численностью, смертностью, рождаемостью, динамикой, ареалом, плотностью. Структура популяции включает в себя также соотношение самок и самцов, возрастов, пространственную систему распределения.
Размер ареала устанавливается в соответствии с радиусом единичной (индивидуальной) активности и представляет собой расстояние между точкой смерти и точкой рождения большинства особей. Так, например, у ящерицы этот радиус составляет тридцать метров, у ондатры - порядка четырехсот, у кролика и воробья - три километра. У растений размер ареала устанавливается в соответствии с расстоянием, которое пролетает пыльца. Так, например, у сосны радиус активности порядка ста двадцати, а у кукурузы - около пятнадцати метров.
Площадь и форма ареала в каждом отдельном случае устанавливается в соответствии с ландшафтными особенностями территории. Немаловажное значение имеют и внутрипопуляционные отличительные черты, а также географические (территориальные) связи особей.
Чаще всего выделяют такие виды популяций, как географические, экологические, локальные.
Экологической называют такую совокупность особей, которая обитает в рамках одной системы. При этом границы совпадают с границами самой экосистемы, определяемыми растительностью, фитоценозом.
Локальная популяция - это местная совокупность популяций определенного вида. Особи обитают на различных экосистемах конкретной местности. Так, локальная популяция домового воробья - это совокупность популяций особей из населенных пунктов, расположенных на расстоянии менее трех километров друг от друга.
Географической называют совокупность особей, занимающих территорию с однородными в географическом плане условиями. От Камчатки до Бреста, например, выявлено двадцать девять совокупностей обыкновенной белки. Географическая популяция - это территориальная раса, подвид. Особи при этом обладают фенотипическим сходством.
Население (популяция) - это, в первую очередь, элементарная единица процесса эволюции. Вместе с еще и главная пространственная единица определенного вида. Таким образом, популяцию можно охарактеризовать как совокупность особей не только занимающих определенную территорию (пространство), но и способных к воспроизведению на протяжении продолжительного времени. Целостность населения с точки зрения эволюции связана, главным образом, с панмиксией (свободным скрещиванием), которая в той или другой степени в пределах одной совокупности видов выше, нежели между соседними народами. Вместе с этим, несмотря на целостность, популяция неоднородна по генетическим признакам. Основные характеристики вида закрепляются наследственно.
Существует классификация популяции и с медицинской точки зрения.
Так, например, выделяют замкнутую совокупность особей. В этом случае одна популяция изолирована от других по половому признаку.
Есть также идеальная совокупность особей. В данном случае рассматривают гипотетическую панмиктическую (способную к скрещиванию) популяцию, обладающую большой численностью, сохраняющейся в поколениях. Такая совокупность видов не подвержена воздействию мутационного давления, внешних факторов, Понятие идеальной популяции применяется при моделировании процесса эволюции.
Особи одного вида могут быть генетически идентичны. В этом случае речь идет об изогенной популяции.
Совокупность может быть открытой. В этом случае мигрирующие особи привносят в нее новые гены.
Микробной популяцией называют совокупность клеток определенного штамма.
Понятие о виде
Определение 1
Вид – это совокупность особей, имеющих сходные кариотип, морфофункциональные признаки, поведенческие реакции, обладающие общим происхождением, обитающих на определенной территории, способных в природных условиях скрещиваться исключительно между собой и давать плодовитое потомство.
Видовую принадлежность организма можно определить по следующим критериям:
- физиологический;
- биохимический;
- морфологический;
- цитогенетический;
- этологический;
- экологический и др.
К наиболее важным признакам вида относятся:
- Репродуктивная (генетическая) изоляция, проявляющаяся в невозможности скрещивания особей данного вида с особями других видов.
- Генетическая устойчивость в природных условиях, ведущая к независимости эволюционной судьбы.
Вид – основная единица систематики. В этой группе организмов отдельные особи существуют реально: в составе вида особь в природных условиях рождается, развивается, достигает половой зрелости и участвует в процессе размножения, обеспечивая продолжение рода.
Половой процесс является основным фактором, объединяющим организмы в виды. Скрещиваясь друг с другом, особи одного вида обмениваются генетическим материалом, что ведет к перегруппировкам в каждом поколении аллелей. В результате этого достигается уравнивание отличительных черт между организмами внутри вида, а также сохранение на протяжении длительного времени основных физиологических, морфологических и иных признаков. Половой процесс ведет к объединению аллелей, находящихся в генотипах разных особей, в единый, общий аллелофонд (генофонд) вида. Генофонд вмещает всю наследственную информацию, которой обладает вид на определенном этапе существования.
Видовая принадлежность для организмов, размножающихся бесполым путем, партеногенетически или самооплодотворяющимся определяется по сходству фенотипов, близости генотипов по происхождению и общности ареала.
Понятие о популяции и подвиде
Представители одного вида в природных условиях расселены неравномерно. Происходит чередование участков пониженной или повышенной концентрации особей. В таком случае вид распадается на популяции, то есть группы организмов, соответствующие зонам более плотного заселения. При этом участки индивидуальной активности отдельных представителей вида ограничены, благодаря чему размножение в основном происходит в местах с повышенной плотностью организмов.
Пример 1
Виноградная улитка способна осилить расстояние порядка нескольких десятков метров, ондатра преодолевает расстояние в несколько сотен метров, а песец – в несколько сотен километров.
Генофонд вида в репродуктивном процессе представлен генофондами популяций.
Определение 2
Популяция – это наименьшая группа представителей одного вида, способная к самостоятельному воспроизведению и обитающая на определенной территории длительное время, на протяжении нескольких поколений.
В популяциях наблюдается большой уровень панмиксии – вероятности случайных скрещиваний.
Определение 3
Экологическая и генетическая характеристики популяции
По занимаемому ареалу, половому и возрастному составу особей, их численности можно дать экологическую оценку популяции:
- Размеры популяции от размеров территорий, охватываемых индивидуальной активностью представителей данного вида, а также характерных для данной местности природных условий.
- Половой состав обусловлен закрепленными в процессе эволюции механизмами образования соотношения полов:
Численность особей в популяциях разных видов может существенно различаться. Так численность земляной улитки Cepaea nemoralis в популяции на одном из озер Подмосковья составляет 1000 экземпляров, в то время как количество стрекоз Leucorrhinia albifrons достигало 30 000 тысяч.
Существуют наименьшие значения численности популяции, при которых она способна поддерживать себя во времени. При дальнейшем уменьшении численности происходит вымирание популяции.
При изменениях экологической ситуации происходят колебания величины популяции. К примеру, на одном из островов у побережья Англии в благоприятный по кормовым условиям осенний период популяция диких кроликов составляет до 10 000 особей, после малокормной холодной зимы количество особей уменьшилось до 100.
Возрастная структура популяций представителей разных видов колеблется в зависимости от интенсивности размножения, продолжительности жизни, возраста, в котором наступает половая зрелость. Эта структура может носить то простой, то сложный характер. К примеру, у землероек весной появляется 1-2 приплода, после чего взрослые особи вымирают и осенью вся популяция представлена неполовозрелыми молодыми особями. У стадных млекопитающих (например, дельфинов) в популяции одновременно присутствуют: потомство текущего года, молодняк прошлого года рождения, половозрелые, но еще не размножающиеся животные в возрасте 2-3 лет, взрослые размножающиеся особи.
- первичного (на момент зачатия);
- вторичного (на момент рождения);
- третичного (во взрослом состоянии).
Генетической характеристикой популяции является ее аллелофонд, или генофонд, представленный совокупностью аллелей, которые образуют генотипы представителей данной популяции.
Отличительными чертами генофондов природных популяций являются:
- генетическое единство;
- наследственное разнообразие (полиморфизм, генетическая гетерогенность);
- динамическое равновесие доли особей с различными генотипами.
В природе каждый существующий вид представляет собой сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают особей со специфическими чертами строения, физиологии и поведения. Таким внутривидовым объединением особей и является популяция.
Слово «популяция» происходит от латинского «популюс» — народ, население. Следовательно, популяция — совокупность живущих на определенной территории особей одного вида, т.е. таких, которые скрещиваются только друге другом. Термин «популяция» в настоящее время используют в узком смысле слова, когда говорят о конкретной внутривидовой группировке, населяющей определенный биогеоценоз, и широком, общем смысле — для обозначения обособленных групп вида независимо оттого, какую территорию она занимает и какую генетическую информацию несет.
Члены одной популяции оказывают друг на друга не меньшее воздействие, чем физические факторы среды или другие обитающие совместно виды организмов. В популяциях проявляются в той или иной степени все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические (взаимно выгодные) и конкурентные. Популяции могут быть монолитными или состоять из группировок субпопуляционного уровня - семей, кланов, стад, стай и т.п. Объединение организмов одного вида в популяцию создает качественно новые свойства. По сравнению со временем жизни отдельного организма популяция может существовать очень долго.
Вместе с тем популяция обладает сходством с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, целостность, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторе гуляции и адаптации. Взаимодействие людей с видами организмов, находящихся в среде, в природном окружении или под хозяйственным контролем человека, опосредуется обычно через популяции. Важно, что многие закономерности популяционной экологии относятся и к популяциям человека.
Популяция является генетической единицей вида, изменения которой осуществляет эволюция вида. Как группа совместно обитающих особей одного вида, популяция выступает первой надорганизменной биологической макросистемой. У популяции приспособительные возможности значительно выше, чем у составляющих ее индивидов. Популяция как биологическая единица обладает определенными структурой и функциями.
Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве.
Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, т.е. популяции обладают конкретными генетическими и экологическими характеристиками.
В популяциях действуют законы, позволяющие таким образом использовать ограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства. Популяции многих видов обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою численность. Поддержание оптимальной в данных условиях численности называют гомеостазом популяции.
Таким образом, популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Основные характеристики популяций: численность, плотность, рождаемость, смертность, темп роста.
Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер.
Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи.
Популяционная структура вида
Пространство или ареал, занимаемое популяцией, может быть различным как для разных видов, так и в пределах одного вида. Величина ареала популяции определяется в значительной мере подвижностью особей или радиусом индивидуальной активности. Если радиус индивидуальной активности невелик, величина популяционного ареала обычно также невелика. В зависимости от размеров занимаемой территории можно выделить три типа популяций : элементарные, экологические и географические (рис. 1).
Рис. 1. Пространственное подразделение популяций: 1 — ареал вида; 2-4 — соответственно географическая, экологическая и элементарная популяции
Различают половую, возрастную, генетическую, пространственную и экологическую структуру популяций.
Половая структура популяции представляет собой соотношение в ней особей разного пола.
Возрастная структура популяции — соотношение в составе популяции особей разного возраста, представляющих один или разные приплоды одного или нескольких поколений.
Генетическая структура популяции определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов — аллелей, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми при скрещивании происходит постоянный обмен аллелями.
Пространственная структура популяции - характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок в ареале. Пространственная структура популяций заметно различается у оседлых и кочующих или мигрирующих животных.
Экологическая структура популяции представляет собой разделение всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды.
Каждый вид, занимая определенную территорию (ареал ), представлен на ней системой популяций. Чем сложнее расчленена территория, занимаемая видом, тем больше возможностей для обособления отдельных популяций. Однако не в меньшей степени популяционную структуру вида определяют его биологические особенности, — такие, как подвижность составляющих его особей, степень их привязанности к территории, способность преодолевать естественные преграды.
Обособленность популяций
Если члены вида постоянно перемешаются и перемешиваются на обширных пространствах, такой вид характеризуется небольшим числом крупных популяций. При слабо развитых способностях к перемещению в составе вида формируется множество мелких популяций, отражающих мозаичность ландшафта. У растений и малоподвижных животных число популяций находится в прямой зависимости от степени разнородности среды.
Степень обособленности соседних популяций вида различна. В некоторых случаях они резко разделены территорией, непригодной для обитания, и четко локализованы в пространстве, например популяции окуня и линя в изолированных друг от друга озерах.
Противоположный вариант — сплошное заселение видом обширных территорий. В пределах одного и того же вида могут быть популяции как с хорошо различимыми, так и со смазанными границами и в пределах вида популяции могут быть представлены группами разного объема.
Связи между популяциями поддерживают вид как единое целое. Слишком длительная и полная изоляция популяций может привести к образованию новых видов.
Различия между отдельными популяциями выражены в разной степени. Они могут затрагивать не только их групповые характеристики, но и качественные особенности физиологии, морфологии и поведения отдельных особей. Эти различия создаются в основном под влиянием естественного отбора, приспосабливающего каждую популяцию к конкретным условиям ее существования.
Классификация и структура популяций
Обязательным признаком популяции считается ее способность к самостоятельному существованию на данной территории в течение неопределенно долгого времени за счет размножения, а не притока особей извне. Временные поселения разных масштабов не относятся к разряду популяций, а считаются внутрипопуляционными подразделениями. С этих позиций вид представлен не иерархическим соподчинением, а пространственной системой соседствующих популяций разных масштабов и с разной степенью связей и изоляции между ними.
Популяции можно классифицировать по их пространственной и возрастной структуре, по плотности, по кинетике, по постоянству или смене сред обитания и другим экологическим критериям.
Территориальные границы популяций разных видов не совпадают. Многообразие природных популяций выражается также в многообразии типов их внутренней структуры.
Основные показатели структуры популяций — численность, распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей.
Индивидуальные черты каждого организма зависят от особенностей его наследственной программы (генотипа) и оттого, как эта программа реализуется в ходе онтогенеза. Каждая особь имеет определенные размеры, пол, отличительные черты морфологии, особенности поведения, свои пределы выносливости и приспособляемости к изменениям среды. Распределение этих признаков в популяции также характеризует ее структуру.
Структура популяции не стабильна. Рост и развитие организмов, рождение новых, гибель от различных причин, изменение окружающих условий, увеличение или уменьшение численности врагов — все это приводит к изменению различных соотношений внутри популяции. Оттого, какова структура популяции в данный период времени, во многом зависит направление ее дальнейших изменений.
Половая структура популяций
Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение характерно для популяции в целом. Сцепленные с полом признаки часто определяют значительные различия в физиологии, экологии и поведении самок и самцов. В силу разной жизнеспособности мужского и женского организмов это первичное соотношение нередко отличается от вторичного и особенно от третичного — характерного для взрослых особей. Так, у человека вторичное соотношение полов составляет 100 девочек на 106 мальчиков, к 16-18 годам это соотношение из-за повышенной мужской смертности выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам — 50 мужчин на 100 женщин.
Соотношение полов в популяции устанавливается не только по генетическим законам, но и в определенной мере под влиянием среды обитания.
Возрастная структура популяций
Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения возрастных групп. По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста : предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный.
С возрастом требования особи к среде и устойчивость к отдельным ее факторам закономерно и весьма существенно изменяются. На разных стадиях онтогенеза могут происходить смена сред обитания, изменение типа питания, характера передвижения, обшей активности организмов.
Возрастные различия в популяции существенно усиливают ее экологическую неоднородность и, следовательно, сопротивляемость среде. Повышается вероятность того, что при сильных отклонениях условий от нормы в популяции сохранится хотя бы часть жизнеспособных особей, и она сможет продолжить свое существование.
Возрастная структура популяций имеет приспособительный характер. Она формируется на основе биологических свойств вида, но всегда отражает также силу воздействия факторов окружающей среды.
Возрастная структура популяций у растений
У растений возрастная структура ценопопуляции, т.е. популяции конкретного фитоценоза, определяется соотношением возрастных групп. Абсолютный, или календарный, возраст растения и его возрастное состояние — понятия не тождественные. Растения одного возраста могут находиться в разных возрастных состояниях. Возрастное, или онтогенетическое состояние особи — это этап ее онтогенеза, на котором она характеризуется определенными отношениями со средой.
Возрастная структура ценопопуляции во многом определяется биологическими особенностями вида: периодичностью плодоношения, числом продуцируемых семян и вегетативных зачатков, способностью вегетативных зачатков к омоложению, скоростью перехода особей из одного возрастного состояния в другое, способностью образовывать клоны и др. Проявление всех этих биологических особенностей, в свою очередь, зависит от условий внешней среды. Меняется и ход онтогенеза, который может протекать у одного вида во многих вариантах.
Разные размеры растений отражают различную жизненность особей в пределах каждой возрастной группы. Жизненность особи проявляется в мощности ее вегетативных и генеративных органов, что соответствует количеству накопленной энергии, и в устойчивости к неблагоприятным воздействиям, что определяется способностью к регенерации. Жизненность каждой особи меняется в онтогенезе по одновершинной кривой, возрастая на восходящей ветви онтогенеза и уменьшаясь на нисходящей.
Многие луговые, лесные, степные виды при выращивании их в питомниках или посевах, т.е. на лучшем агротехническом фоне, сокращают свой онтогенез.
Возможность менять путь онтогенеза обеспечивает адаптацию к меняющимся условиям среды и расширяет экологическую нишу вида.
Возрастная структура популяций у животных
В зависимости от особенностей размножения члены популяции могут принадлежать к одной генерации или к разным. В первом случае все особи близки по возрасту и примерно одновременно проходят очередные этапы жизненного цикла. Сроки размножения и прохождения отдельных возрастных стадий обычно приурочены к определенному сезону года. Численность таких популяций, как правило, неустойчива: сильные отклонения условий от оптимума на любой стадии жизненного цикла действуют сразу на всю популяцию, вызывая значительную смертность.
У видов с однократным размножением и короткими жизненными циклами в течение года сменяется несколько поколений.
При эксплуатации человеком природных популяций животных учет их возрастной структуры имеет важнейшее значение. У видов с ежегодным большим пополнением можно изымать более значительную часть популяции без угрозы подорвать ее численность. Например, у горбуши, созревающей на второй год жизни, возможен вылов до 50-60% нерестящихся особей без угрозы дальнейшего снижения численности популяции. Для кеты, созревающей позднее и имеющей более сложную возрастную структуру, нормы изъятия из половозрелого стада должны быть меньше.
Анализ возрастной структуры помогает прогнозировать численность популяции на протяжении жизни ряда ближайших поколений.
Занимаемое популяцией пространство предоставляет ей средства к жизни. Каждая территория может прокормить лишь определенное число особей. Естественно, что полнота использования имеющихся ресурсов зависит не только от общей численности популяции, но и от размещения особей в пространстве. Это наглядно проявляется у растений, площадь питания которых не может быть меньше некоторой предельной величины.
В природе изредка встречается почти равномерное упорядоченное распределение особей на занимаемой территории. Однако чаще всего члены популяции распределяются в пространстве неравномерно.
В каждом конкретном случае тип распределения в занимаемом пространстве оказывается приспособительным, т.е. позволяет оптимально использовать имеющиеся ресурсы. Растения в ценопопуляции чаще всего распределены крайне неравномерно. Часто более плотный центр скопления окружен особями, расположенными менее плотно.
Пространственная неоднородность ценопопуляции связана с характером развития скоплений во времени.
У животных благодаря их подвижности способы упорядочивания территориальных отношений более разнообразны по сравнению с растениями.
У высших животных внутрипопуляционное распределение регулируется системой инстинктов. Им свойственно особое территориальное поведение — реакция на местонахождение других членов популяции. Однако оседлый образ жизни таит в себе угрозу быстрого истощения ресурсов, если плотность популяции окажется слишком высокой. Общая площадь, занимаемая популяцией, оказывается поделена на отдельные индивидуальные или групповые участки, чем достигается упорядоченное использование запасов пищи, естественных укрытий, мест для размножения и т.п.
Несмотря на территориальное обособление членов популяции, между ними поддерживается связь с помощью системы различных сигналов и непосредственных контактов на границах владений.
«Закрепление участка» достигается разными способами: 1) охраной границ занимаемого пространства и прямой агрессией по отношению к чужаку; 2) особым ритуальным поведением, демонстрирующим угрозу; 3) системой специальных сигналов и меток, свидетельствующих о занятости территории.
Обычная реакция на территориальные метки — избегание — закреплена у животных наследственно. Биологическая выгода такого типа поведения очевидна. Если бы овладение территорией решалось только исходом физической борьбы, появление каждого более сильного пришельца грозило бы хозяину потерей участка и устранением от размножения.
Частичное перекрывание индивидуальных территорий служит способом поддержания контактов между членами популяции. Соседние особи часто поддерживают устойчивую обоюдовыгодную систему связей: взаимное предупреждение об опасности, совместную защиту от врагов. Нормальное поведение животных включает активный поиск контактов с представителями своего вида, который часто усиливается в период падения численности.
Некоторые виды образуют широко кочующие группы, не привязанные к определенной территории. Таково поведение многих видов рыб во время нагульных миграций.
Между разными способами использования территории нет абсолютных разграничений. Пространственная структура популяции очень динамична. Она подвержена сезонным и другим адаптивным перестройкам в соответствии с местом и временем.
Закономерности поведения животных составляют предмет особой науки - этологии. Систему взаимоотношений между членами одной популяции называют поэтому этологической, или поведенческой структурой популяции.
Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависит, прежде всего, оттого, одиночный или групповой образ жизни свойствен виду.
Одиночный образ жизни, при котором особи популяции независимы и обособлены друг от друга, характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается, так как при этом было бы невозможным осуществление их основной жизненной функции — размножения.
При семейном образе жизни усиливаются также связи между родителями и их потомством. Простейший вид такой связи — забота одного из родителей об отложенных яйцах: охрана кладки, инкубация, дополнительное аэрирование и т.п. При семейном образе жизни территориальное поведение животных выражено наиболее ярко: различные сигналы, маркировка, ритуальные формы угрозы и прямая агрессия обеспечивают владение участком, достаточным для выкармливания потомства.
Более крупные объединения животных - стаи, стада и колонии. В основе их формирования лежит дальнейшее усложнение поведенческих связей в популяциях.
Жизнь в группе через нервную и гормональную системы отражается на протекании многих физиологических процессов в организме животного. У изолированных особей заметно меняется уровень метаболизма, быстрее тратятся резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность.
Положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит для всех недостатком ресурсов среды. Тогда вступают в действие другие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем ее деления, рассредоточения или падения рождаемости.
Нет ни одного вида, особи которого распределялись бы в пространстве совершенно равномерно. В местах, особенно благоприятных для жизни данного вида, их обитает больше, чем на соседних территориях. Так, лягушки живут в водоемах и других влажных местах, кроты - по луговинам; заросли малины встречаются в лесу отдельными пятнами. Такие группы особей одного вида, которые длительное время населяют какое-либо пространство в течение многих поколений, называют популяциями (от латинского слова populus - народ, население). Особи одной популяции имеют большую вероятность скрещиваться друг с другом, чем с особями из других популяций.
Популяция - сложная генетическая система. Для каждой популяции характерны определенная численность особей, соотношение самцов, самок и особей разных возрастных групп (новорожденных, молодых, взрослых, старых), частота вариаций разных признаков. Например, в северных популяциях одного вида - прыткой ящерицы все самцы коричневые, в южных - зеленые, а в средней полосе можно встретить в одной популяции и коричневых и зеленых.
Сотни и тысячи поколений - обычное время существования отдельных популяций. Иногда возникают мелкие группки особей, которые существуют 2-3 поколения, но это не настоящие популяции. Ни отдельная особь, ни даже мелкая группа особей вроде семьи не может существовать в процессе эволюции долго. Популяция - минимальная группа особей, обладающая собственной эволюционной судьбой.
Для любой популяции характерны колебания численности составляющих ее особей. Причин этому множество: обилие или недостаток пищи, изменение климата, враги и др. Число особей в популяции для животных с небольшими размерами тела (большинство беспозвоночных, мышевидные грызуны) может изменяться в 100, а то и в 1 000 000 раз. Для крупных животных размах колебаний обычно меньше - численность их изменяется всего в несколько раз. Эти неизбежные колебания - «волны жизни», как назвал их С. С. Четвериков, имеют важное эволюционное значение. Они как бы выносят на поверхность прежде редкие генотипы, дают им возможность пройти проверку естественным отбором. Например, во время суровой зимы в живых останутся лишь какие-то редкие, наиболее холодоустойчивые организмы, при последующем повышении численности их будет уже большинство.
Рисунок (см. оригинал)
Какова минимальная численность популяции? Оказывается, что в популяции млекопитающих в среднем должно входить не менее 500 размножающихся особей. Иначе может произойти случайное вымирание всей популяции. Есть еще одна причина, из-за которой небольшая группа особей, размножающихся скрещиванием, не может существовать долго. Если близкородственные особи скрещиваются между собой на протяжении нескольких поколений, то у потомства проявляются наследственные болезни и Другие недостатки, которые обычно скрыты в гетерозиготном состоянии (см. Инбридинг). Расчеты генетиков показывают: чтобы избежать отрицательных последствий инбридинга, численность скрещивающихся особей должна быть не меньше 250- 300. Именно поэтому невозможно существование монстров, подобных лохнесскому чудовищу или африканским лесным ящерам, сообщения о которых встречаются в печати. При самых оптимистических подсчетах в озере Лох-Несс могло бы жить только несколько гигантских ящеров: для большего числа их не хватит корма. Но несколько особей не смогли бы существовать на протяжении многих поколений.
Все, что было сказано о популяции, относится лишь к высшим организмам, которым свойственно перекрестное размножение. Популяцией у микроорганизмов (которые размножаются бесполым путем, делением) можно считать группу клонов - прямых потомков одной особи, занимающих определенную экологическую нишу.
Популяция часто рассматривается в современной эволюционной теории как элементарная единица эволюции. Это означает, что эволюционные изменения: появление новых признаков, увеличение их частоты - первично происходят именно в популяции. Две популяции одного вида, более или менее изолированные друг от друга, например, горным хребтом, могут изменяться различным путем. В перспективе эволюция двух изолированных популяций может привести к появлению из одного старого вида двух новых.
Популяции изучают с разных точек зрения: генетической, экологической, физиологической и др. В последние годы все чаще говорят о популяционной биологии как комплексной науке, связанной исключительно с исследованием популяций.
