Моделирование природных процессов в решении экологических проблем.

2.5. Механизмы регуляции, численность популяции: генетические, этологические и физиологические
Любая природная популяция характеризуется своим оптимальным значением плотности, при отклонении от которого в большую или меньшую сторону начинают работать механизмы ее внутренней регуляции . Основным механизмом является действие биотических факторов, зависящих от плотности популяции . Абиотические факторы влияют на смертность особей, но самостоятельно не создают равновесие в популяции .
К важнейшим биотическим факторам, определяющим регуляцию численности равновесных популяций, относят внутривидовую конкуренцию, межвидовую конкуренцию, сложные поведенческие и физиологические механизмы, перестройку генетической структуры популяции.
1. Генетические механизмы регуляции.
Гипотеза отбора генетически детерминированных стереотипов поведения, или гипотеза Читти [4]. Суть идеи в том, что на разных стадиях популяционного цикла отбор может благоприятствовать животным с разным темпераментом и стилем поведения. Когда численность популяции мала, преимущество получают агрессивные, подвижные особи, способные захватить и удерживать территорию; они обеспечивают расселение популяции. Доля агрессивных особей растет. Однако чем выше становится плотность населения, чем меньше пользы для популяции от большого числа агрессоров, да и для них самих наступают не лучшие времена. Теперь отбор благоприятствует особям с более мирным и спокойным поведением, и число агрессоров начинает снижаться.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, нужно показать, что агрессивность тесно связана с территориальностью, и что оба признака наследуются, и что при низкой плотности населения более «приспособленными» являются агрессоры, а при высокой – миролюбцы. Все это пока не доказано строго, хотя имеется ряд косвенных подтверждений, касающихся отдельных видов млекопитающих.
Кроме того, стресс, вызванный перенаселением, может напрямую способствовать генетической «перенастройке» популяции (например, показано, что в потомстве самок, подвергавшихся стрессу, уменьшается доля генотипов с высокой стресс-реактивностью; при стрессе растет также и частота мутирования).
2. Физиологические механизмы регуляции.
Гипотеза физиологических эффектов стресса, обусловленных переуплотнением, или гипотеза Кристиана. Эта гипотеза, подтвержденная многочисленными экспериментами, гласит, что стресс, обусловленный перенаселением, напрямую ведет к подавлению размножения, роста и созревания, а также к повышенной смертности. Этот механизм регуляции численности наиболее выражен у млекопитающих с несбалансированной численностью и высокой удельной скоростью ее роста (мыши, полевки, лемминги). Существуют многочисленные примеры, подтверждающие реальность данного механизма авторегуляции. Стресс, обусловленный высокой плотностью населения, может проявляться в том числе и в росте агрессивности особей (в данном случае, в отличие от предыдущего, речь идет не об отборе «агрессивных» генотипов, а о росте агрессивности под воздействием стресса независимо от генетической предрасположенности). С другой стороны, у многих видов замечена обратная тенденция: снижение агрессивности при росте плотности. Авторы указывают, что связь плотности, агрессивности и стресса далеко не однозначна и при ее изучении необходимо учитывать специфику конкретного вида.
3. Этологические механизмы регуляции
Некоторые поведенческие механизмы регуляции численности популяции направлены на предотвращение межвидовой и внутривидовой конкуренции. Изменение плотности популяции может иметь сигнальное или рефлекторное действие. Такая сигнализация имеет химическую природу (например, у земноводных крыс) и в случае высокой численности популяции приводит к ее снижению, при малой - к увеличению.
Так называемый эффект массы возникает при чрезмерном увеличении численности популяции и заключается в явлениях социального стресса, действующего на эндокринную систему и приводящего к снижению рождаемости, увеличению смертности и эмиграции особей.
Эффект группы заключается в том, что при объединении особей в группы внутри популяции, что обеспечивает ее нормальное функционирование и развитие. Группам присущи все черты популяции , но они характеризуются более высокой степенью объединения и способностью к саморегуляции численности .
Гипотеза родственных связей предполагает, что в регуляции численности популяций участвуют закономерные изменения степени родства между особями, живущими по соседству, в зависимости от фазы популяционного цикла. Предполагается, что родственники обычно терпимы друг к другу и агрессивны по отношению к чужакам. При низкой плотности в популяции преобладают объединения родственников, при высокой неизбежными становятся тесные контакты между чужаками, что ведет к «социальной напряженности», то есть опять-таки к стрессу.
2.6. Виды антропогенных воздействий на популяции организмов
Антропогенное воздействие на природу - прямое осознанное или косвенное и неосознанное воздействие человека и результатов его деятельности, вызывающее изменение природной среды и естественных ландшафтов. Эти изменения происходят в результате различных видов загрязнения.
По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и т. д. Наиболее опасными для популяций любых организмов источниками антропогенного загрязнения, являются промышленные предприятия (химические, металлургические, целлюлозно-бумажные, строительных материалов и др.), теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие технологии. Под влиянием урбанизации в наибольшей степени загрязнены территории крупных городов и промышленных агломераций.
По видам загрязнений выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнение. По своим масштабам и распространению загрязнение может быть локальным (местным), региональным и глобальным.
Под видами загрязнений понимают также любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения [5]:
ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение как совокупность веществ, чуждых естественным биогеоценозам (например, бытовые стоки, ядохимикаты, продукты сгорания и т. д);
параметрическое загрязнение, связанное с изменениями качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, радиационное, электромагнитное);
биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в составе и структуре популяций живых организмов (перепромысел, направленная интродукция и акклиматизация видов и т. д.);
стациально-деструкционное загрязнение (стация — место обитания популяции, деструкция — разрушение), связанное с нарушением и преобразованием ландшафтов и экосистем в процессе природопользования (зарегулирование водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и пр.).
Заключение
Без всякого преувеличения можно отметить, что воздействие человека на биосферу в целом и на отдельные ее компоненты (атмосферу, гидросферу, литосферу и биотические сообщества) достигло к настоящему времени беспрецедентных размеров. Современное состояние планеты Земля оценивается как глобальный экологический кризис. Особенно возросли темпы роста ингредиентных и параметрических загрязнителей, причем не только в количественном, но и в качественном отношении. Негативные тенденции этих воздействий на человека и биоту носят не только выраженный локальный, но и глобальный характер. В связи с этим моделирование динамики природных популяций и воздействия на них антропогенных факторов, а в дальнейшем – разработка глобальных моделей устойчивого развития является особенно актуальной.
Список литературы
1. Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 2003. 512 с.
2. Терез Э.И. Устойчивое развитие и проблемы изменения глобального климата Земли // Ученые записки Таврического национального университета им.В.И.Вернадского. Том 17(56), 2004 г., № 1, С.181-205.
3. Матросов В.М., Матросов И.В. Глобальное моделирование с учетом динамики биомассы и сценарии устойчивого развития. / Новая парадигма развития России (Комплексные исследования проблем устойчивого развития). – М.: Academia, МГУК, 1999, с. 18-24.
4. Роговин К. А., Мошкин М. П. Авторегуляция численности в популяциях млекопитающих и стресс (штрихи к давно написанной картине) // Журн.общ.биологии. Том 68, 2007. № 4, июль-август. Стр. 244-267
5. Экология / Г. В. Стадницкий, А. И. Родионов; Под ред. В. А. Соловьева, Ю. А. Кротова, ил. 21 см, 3-е изд., стер. СПб. Химия С.-Петерб. отд-ние 1997. - 238 с.