Популяції живих організмів та їх характеристики

Популяція живих організмів та їх основні характеристики. Еволюційні фактори. Механізми первинних еволюційних змін.

Популяції — основні елементи екологічних систем. Популяція — це сукупність особин одного виду, здатна до самовідтворення, більш-менш ізольована в просторі і в часі від інших популяцій того ж виду.

Організми, що складають популяцію пов'язані один з одним різними взаємовідносинами: вони спільно беруть участь у розмноженні, можуть конкурувати один з одним за ті чи інші види ресурсів, можуть поїдати один одного, або разом оборонятися від хижака.  

Популяції в природі постійно взаємодіють з популяціями інших видів, утворюючи разом з ними біотичні спільноти — цілісні системи вищого рівня організації.

У біотичних спільнотах кожна популяція грає відведену їй роль, складаючи разом з популяціями інших видів певну природню єдність, розвивається і діє за своїми законами.

Популяція має «біологічні особливості», які вона розділяє з усіма організмами, що складають її (вона так само росте, диференціюється, тобто поділяється на дрібніші підгрупи, змінюється разом зі зміною умов життя). Одночасно вона володіє «груповими особливостями», які служать унікальними характеристиками групи і властиві тільки групі особин у цілому.

Смертність — швидкість скорочення чисельності в результаті загибелі особин. Приріст популяції — різниця між народжуваністю та смертністю.

Вікова структура популяції визначається кількістю в популяції організмів того чи іншого віку. У кожній популяції можна виділити три основних віки: передрепродуктивний, репродуктивний та пострепродуктивний.

Формування вікової структури популяції відбувається в результаті спільної дії процесів розмноження і процесів смертності, тобто віковий склад популяції залежить від величини народжуваності і інтенсивності смертності організмів.

Вікова структура популяції визначається за допомогою вікових пірамід, в яких довиною смужок позначена процентна частка особин кожного вікового рангу в загальній чисельності.на малюнку представлені вікові піраміди людини в двох країнах (Афганістан і Бельгія). 

Еволюційні фактори. Механізми первинних еволюційних змін. Фактори еволюції — це чинники, які призводять до адаптивних змін організмів, популяцій і видів. Протягом тривалого часу серед учених було поширено дві системи поглядів на фактори еволюції: автогенез (еволюція є наслідком дії лише внутрішніх факторів) і ектогенез (еволюція є наслідком дії лише зовнішніх факторів).

Сучасна наука вважає, що на різних рівнях організації живої матерії діють специфічні фактори еволюції, у результаті спільної дії яких і відбувається адаптація організмів і популяцій до умов середовища. Так, на молекулярному рівні важливим фактором є хімічні та фізико-хімічні властивості органічних молекул. На клітинному рівні — організація взаємодії між компартментами клітини, а на організменому — дія екологічних факторів.

Стосовно популяційного рівня організації живої матерії виділяють внутрішньовидові (міграції, хвилі життя, статевий добір, соціальні зв’язки (у низки видів), розподіл територій існування всередині ареалу) та міжвидові (різні форми симбіозу — мутуалізм, коменсалізм, паразитизм, а також конкуренцію та трофічні зв’язки.) фактори еволюції. Результатом дії внутрішньовидових факторів еволюції є саморегуляція густоти популяцій.

Дуже важливим міжвидовим фактором еволюції в наш час є антропогенний фактор. Хоча його зазвичай розглядають у негативному аспекті, але це справедливо не для всіх видів. Дійсно, види, занесені до Червоної книги, страждають від антропогенного впливу. А от домашні тварини й культурні рослини, навпаки, від дії цього фактора лише виграли. Виграли від цього й види, які пристосувалися до існування поряд з людиною — таргани, бур’яни, паразити і збудники хвороб людини, домашніх тварин і культурних рослин, їх ареал суттєво збільшився, а чисельність зросла.

Мутаційний процес. Мутаційний процес (мутагенез) - елементарний еволюційний фактор, який постачає елементарний еволюційний матеріал (мутації) для еволюційного процесу. Спонтанний (природний) мутаційний процес відбувається в природних популяціях безперервно і вносить у генофонд нові спадкові зміни, які створюють спадкову гетерогенність популяцій - основу еволюційного процесу. Він характеризується низькою частотою, неспрямованістю і невстановленістю причин. Серед спонтанних мутацій найбільше еволюційне значення мають генні мутації. Спонтанні мутації називаються випадковими в тому значенні, що піддаватись мутації може будь-який ген, у будь-який момент і в різних структурних напрямах. Мутації виникають раптово; мають індивідуальний характер; з’являються в будь-якої особини, яка знаходиться в однакових умовах з іншими особинами. Середня частота спонтанних мутацій для вищих організмів становить 104— 106 мутацій на один локус за одне покоління. Щодо окремого гена ці цифри дуже малі, але генів у вищих організмів десятки тисяч, тому загальне число генних мутацій у кожному поколінні досить велике.

Мутації самі по собі не є пристосуваннями. Адаптивну цінність мутацій за умови їх фенотипного вияву визначає природний добір. Домінантний алель проявляється фенотипно у гетерозиготному стані вже у першому поколінні, і відразу ж починається його позитивний чи негативний відбір. Але нові мутації, як правило, рецесивні, в гетерозиготному стані фенотипно не проявляються і не контролюються природним добором, доки не перейдуть у гомозиготний стан (аа). Мутант, який має низьку життєздатність за стандартних умов середовища, може виявитися більш пристосованим за інших умов. Еволюція носить пристосувальний характер, а мутагенез діє на організм негативно. Таке протиріччя розв'язується у процесі схрещування під контролем природного добору. Природний добір усуває комбінації генів (генотипи), які не забезпечують пристосованості організмів, і зберігає ті з них, які не порушують цю пристосованість.

Популяційні хвилі - коливання чисельності особин у природних популяціях; характерні для всіх без винятку живих організмів. Причини коливань переважно екологічні (клімат, їжа, збудники захворювань тощо.) Популяційні хвилі бувають періодичні, аперіодичні, сезонні, повторювані рік у -рік, через кілька років, виникаючі внаслідок природних катастроф (лісова пожежа, повінь, посуха), внаслідок діяльності людини.

Ізоляція. Ізоляцією називається виникнення будь-яких бар'єрів, які перешкоджають панміксії. Ізоляція - обов'язкова умова утворення і збереження виду як дискретної одиниці живої природи. Тільки з припиненням панміксії зупиняється потік генів і відкриті популяційні системи починають функціонувати як закриті.

Міграція. Міграцією у популяційній генетиці називають переміщення особин або їх гамет з однієї популяції в іншу. У результаті схрещування гени мігрантів включаються у генофонд популяції-реципієнта і збагачують генофонд популяції-донора.

Дрейф генів- один з елементарних еволюційних факторів, роль якого найбільш суттєва при утворенні нових видів у невеликих популяціях, які виникають на периферії ареалу виду, що розширюється, або на островах.

Спрямованості еволюційному процесу надає природний добір. Добір завжди має напрямлений характер. Ненапрямленого добору не існує. Добір, як і еволюція в цілому, має пристосувальний характер. Він приводить генофонди у відповідність з критерієм пристосованості. Виключаючи з репродукції генотипи з малою пристосувальною цінністю, зберігаючи корисні генні комбінації, він перетворює картину генотипної мінливості, яка на початку має ненапрямлений характер, у біологічно доцільному напрямку. Результатом творчої ролі добору слугує процес органічної еволюції, який в цілому відбувається шляхом прогресивного морфофізіологічного ускладнення, а на окремих етапах - шляхом спеціалізації.