Популяция 11 класс биология: Урок 3. вид. критерии вида. популяции — Биология — 11 класс

Стадо гну обыкновенного ( Connochaetes taurinus ) мигрирует через пыльную саванну в Африке. Это животное является ключевым видом (то есть видом, оказывающим непропорционально большое влияние на его биологическое сообщество) на равнинах и в экосистемах саванн с акацией от юго-востока Африки до центральной Кении.

Популяция — это подмножество особей одного вида, которые занимают определенную географическую территорию и у видов, размножающихся половым путем, скрещиваются между собой.Географические границы популяции легко установить для одних видов, но сложнее для других. Например, растения или животные, населяющие острова, имеют географический ареал, определяемый периметром острова. Напротив, некоторые виды рассеяны по огромным просторам, и границы местных популяций определить труднее. Существует континуум от закрытых популяций, которые географически изолированы от других популяций того же вида и не имеют обмена с ними, до открытых популяций, которые демонстрируют разную степень связанности.

Генетическая изменчивость в пределах местных популяций

У видов, размножающихся половым путем, каждая местная популяция содержит определенную комбинацию генов. В результате вид — это совокупность популяций, которые генетически отличаются друг от друга в большей или меньшей степени. Эти генетические различия проявляются в различиях между популяциями по морфологии, физиологии, поведению и жизненному циклу; другими словами, генетические характеристики (генотип) влияют на выраженные или наблюдаемые характеристики (фенотип).Естественный отбор изначально действует на фенотипическом уровне отдельного организма, отдавая предпочтение или дискриминируя индивидов на основе их выраженных характеристик. Генофонд (общая совокупность генов в популяции в определенное время) подвергается воздействию, поскольку организмы с фенотипами, совместимыми с окружающей средой, с большей вероятностью выживут в течение более длительных периодов времени, в течение которых они могут воспроизводиться чаще и передавать больше их гены.

Степень генетической изменчивости внутри местных популяций сильно различается, и большая часть дисциплины природоохранной биологии связана с поддержанием генетического разнообразия внутри популяций растений и животных и между ними.Некоторые небольшие изолированные популяции бесполых видов часто имеют небольшие генетические вариации среди индивидуумов, тогда как большие половые популяции часто имеют большие вариации. За это разнообразие ответственны два основных фактора: способ воспроизводства и размер популяции.

Влияние способа воспроизводства: половой и бесполый

В сексуальных популяциях гены рекомбинируются в каждом поколении, что может привести к появлению новых генотипов.Потомство у большинства половых видов наследует половину генов от матери, а половину — от отца, и поэтому их генетический состав отличается от родителей или любого другого человека в популяции. У видов, размножающихся как половым, так и бесполым путем, мутации являются единственным наиболее важным источником генетической изменчивости. Новые благоприятные мутации, которые первоначально появляются у отдельных особей, могут со временем рекомбинироваться многими способами в пределах половой популяции.

Напротив, потомство бесполого человека генетически идентично своему родителю.Единственный источник новых комбинаций генов в бесполых популяциях — это мутации. Бесполые популяции накапливают генетические вариации только с той скоростью, с которой их гены мутируют. Благоприятные мутации, возникающие у разных бесполых индивидуумов, не имеют возможности рекомбинировать и в конечном итоге появляться вместе у какого-либо одного индивидуума, как это происходит в сексуальных популяциях.

Влияние размера популяции

В течение длительных периодов времени генетическая изменчивость легче поддерживается в больших популяциях, чем в маленьких популяциях.Из-за эффектов случайного генетического дрейфа генетическая черта может быть потеряна у небольшой популяции относительно быстро ( см. биосфера: процессы эволюции). Например, у многих популяций есть две или более формы гена, которые называются аллелями. В зависимости от того, какой аллель унаследовал индивид, будет получен определенный фенотип. Если популяции останутся небольшими в течение многих поколений, они могут случайно потерять все, кроме одной формы каждого гена.

Эта потеря аллелей происходит из-за ошибки выборки.Во время спаривания люди обмениваются генами. Представьте себе, что изначально половина населения имеет одну форму определенного гена, а другая половина населения имеет другую форму гена. Случайно в небольшой популяции обмен генами может привести к тому, что все люди следующего поколения будут иметь один и тот же аллель. Единственный способ для этой популяции снова содержать вариацию этого гена — это мутация гена или иммиграция особей из другой популяции ( см. эволюция: генетическая изменчивость в популяциях).

Сведение к минимуму потери генетической изменчивости в небольших популяциях — одна из основных проблем, стоящих перед биологами-экологами. Среда постоянно меняется, и естественный отбор постоянно сортирует генетические вариации, обнаруживаемые в каждой популяции, отдавая предпочтение тем особям с фенотипами, которые лучше всего подходят для текущей среды. Таким образом, естественный отбор постоянно работает над уменьшением генетической изменчивости внутри популяций, но популяции рискуют исчезнуть без генетической изменчивости, которая позволяет популяциям эволюционно реагировать на изменения в физической среде, заболеваниях, хищниках и конкурентах.

Бесплатные карточки по биологии по биологии 11 7-8-9

Популяционная экология | Биология для майоров II

Обсудить масштабы и изучение популяционной экологии

Представьте, что вы плывете по реке на небольшой моторной лодке днем ​​в выходные дни; вода гладкая, и вы наслаждаетесь теплым солнцем и прохладным бризом, как вдруг вас ударил 20-фунтовый толстолобик по голове.Сейчас это представляет опасность для многих рек и систем каналов в Иллинойсе и Миссури из-за присутствия азиатского карпа.

Рис. 1. Азиатский карп выпрыгивает из воды во время электролова. Азиатский карп на врезке был выловлен в реке Литтл Калумет в штате Иллинойс в мае 2010 года с использованием ротенона, токсина, часто используемого в качестве инсектицида, с целью узнать больше о популяции этого вида. (основное изображение кредита: изменение работы Геологической службы США; вкладка кредита: изменение работы лейтенантаДэвид Френч, USCG)

Эта рыба — на самом деле группа видов, включая серебристого, черного, злакового и крупноголового карпа — разводилась и употреблялась в пищу в Китае более 1000 лет. Это один из важнейших пищевых ресурсов аквакультуры во всем мире. В Соединенных Штатах, однако, азиатский карп считается опасным инвазивным видом, который нарушает структуру и состав сообщества до такой степени, что угрожает местным видам.

Цели обучения

• Опишите, как экологи измеряют размер и плотность населения
• Определение методов, используемых для изучения изменений численности населения во времени
• Опишите, как естественный отбор влияет на модели жизненного цикла.
• Объясните характеристики и различия между экспоненциальными и логистическими моделями роста
• Сравните и сопоставьте регулирование роста, зависящее от плотности, и регулирование роста, не зависящее от плотности
• Сравните и сопоставьте K -выбранные и r -выбранные виды
• Обсудите, как человечество изменилось с течением времени

Демография населения

Популяции — это динамические сущности.Популяции состоят из всех видов, обитающих на определенной территории, а численность популяций колеблется в зависимости от ряда факторов: сезонных и ежегодных изменений окружающей среды, стихийных бедствий, таких как лесные пожары и извержения вулканов, а также конкуренции за ресурсы между видами и внутри них. Статистическое исследование динамики популяции, демография, использует ряд математических инструментов для изучения того, как популяции реагируют на изменения в их биотической и абиотической среде. Многие из этих инструментов изначально были разработаны для изучения популяций людей.Например, таблицы дожития, в которых подробно описывается ожидаемая продолжительность жизни отдельных лиц в составе населения, изначально были разработаны компаниями по страхованию жизни для определения страховых ставок. Фактически, хотя термин «демография» обычно используется при обсуждении людей, с помощью этого подхода можно изучать все живые популяции.

Размер и плотность населения

Изучение любой популяции обычно начинается с определения того, сколько существует особей определенного вида и насколько тесно они связаны друг с другом.В пределах конкретной среды обитания популяция может быть охарактеризована ее размером популяции ( N ), общим числом особей и ее плотностью популяции, числом особей в пределах определенной области или объема. Размер и плотность населения — две основные характеристики, используемые для описания и понимания популяций. Например, популяции с большим количеством особей могут быть более стабильными, чем небольшие популяции, на основании их генетической изменчивости и, следовательно, их способности адаптироваться к окружающей среде.С другой стороны, представителю популяции с низкой плотностью населения (более рассредоточенной по среде обитания) может быть труднее найти партнера для воспроизводства по сравнению с популяцией с более высокой плотностью. Как показано на Рисунке 2 ниже, более мелкие организмы, как правило, более плотно распределены, чем более крупные организмы.

Рис. 2. Австралийские млекопитающие демонстрируют типичную обратную зависимость между плотностью популяции и размером тела.

Практический вопрос

Как видно из этого графика, плотность населения обычно уменьшается с увеличением размера тела.Как вы думаете, почему это так?

Более мелким животным требуется меньше еды и других ресурсов, поэтому окружающая среда может поддерживать их большее количество.

Методы исследования населения

Рис. 3. Ученый использует квадраты для измерения размера и плотности населения. (кредит: NPS Sonoran Desert Network)

Самый точный способ определить размер популяции — просто подсчитать всех особей в среде обитания. Однако этот метод часто неосуществим с логистической или экономической точки зрения, особенно при изучении крупных местообитаний.Таким образом, ученые обычно изучают популяции, отбирая репрезентативную часть каждой среды обитания и используя эти данные, чтобы делать выводы о среде обитания в целом. Для выборки популяций с целью определения их размера и плотности могут использоваться различные методы. Для неподвижных организмов, таких как растения, или для очень маленьких и медленно движущихся организмов можно использовать квадраты. Квадрат — это способ обозначить квадратные области в пределах среды обитания, либо путем разметки участка палками и веревкой, либо с помощью деревянного, пластикового или металлического квадрата, помещенного на землю.После установки квадратов исследователи подсчитывают количество особей, находящихся в пределах их границ. Множественные пробы квадратов выполняются по всей среде обитания в нескольких случайных местах. Все эти данные затем можно использовать для оценки размера и плотности популяции во всей среде обитания. Количество и размер выборок квадратов зависит от типа исследуемых организмов и других факторов, включая плотность организма. Например, при взятии проб нарциссов можно использовать квадрат размером 1 м ² , тогда как для гигантских секвой, которые больше и живут намного дальше друг от друга, можно использовать квадраты большего размера в 100 м ² .Это гарантирует, что будет подсчитано достаточное количество особей вида, чтобы получить точную выборку, которая коррелирует с местом обитания, включая районы, в которых образцы не были взяты.

Для мобильных организмов, таких как млекопитающие, птицы или рыбы, часто используется метод, называемый меткой и повторной поимкой. Этот метод включает в себя пометку отловленных животных каким-либо образом (например, бирки, ленты, краски или другие отметки на теле), а затем выпуск их обратно в окружающую среду, чтобы они могли смешаться с остальной популяцией; позже собирается новая выборка, включая некоторых особей, которые помечены (повторно отловлены), и некоторых особей, которые не отмечены.

Рис. 4. Метка и повторная поимка используются для измерения размера популяции мобильных животных, таких как (а) снежный баран, (б) калифорнийский кондор и (в) лосось. (кредит а: модификация работы Нила Герберта, NPS; кредит b: модификация работы Тихоокеанского юго-западного региона USFWS; кредит c: модификация работы Ингрид Тайлар)

Используя соотношение отмеченных и немаркированных особей, ученые определяют, сколько особей находится в выборке. Исходя из этого, вычисления используются для оценки общей численности населения.Этот метод предполагает, что чем больше популяция, тем ниже процент помеченных организмов, которые будут отловлены повторно, поскольку они смешались с большим количеством немаркированных особей. Например, если отловлено, помечено и выпущено в лес 80 оленей, а затем отловлено 100 оленей и 20 из них уже помечены, мы можем определить размер популяции ( N ), используя следующее уравнение:

[латекс] \ displaystyle \ frac {\ text {число, отмеченное первым уловом} \ times \ text {общее количество второго улова}} {\ text {число, отмеченное вторым уловом}} = N [/ latex]

В нашем примере численность популяции оценивается в 400:

[латекс] \ displaystyle \ frac {80 \ times {100}} {20} = 400 [/ латекс]

Таким образом, в исходной популяции насчитывается около 400 особей.

Есть некоторые ограничения для метода метки и повторной поимки. Некоторые животные из первого улова могут научиться избегать поимки во втором раунде, таким образом завышая оценки популяции. В качестве альтернативы, животные могут быть предпочтительно повторно пойманы (особенно если предлагается еда), что приведет к недооценке численности популяции. Кроме того, некоторые виды могут пострадать из-за техники маркировки, что снижает их выживаемость. Был разработан целый ряд других методов, включая электронное слежение за животными, помеченными радиопередатчиками, и использование данных коммерческого рыболовства и операций по отлову в ловушку для оценки размера и состояния здоровья популяций и сообществ.

Распространение видов

Помимо измерения простой плотности, дополнительную информацию о популяции можно получить, посмотрев на распределение особей. Модели дисперсии видов (или модели распределения) показывают пространственные отношения между членами популяции в среде обитания в определенный момент времени. Другими словами, они показывают, живут ли представители вида близко друг к другу или далеко друг от друга, и какие закономерности проявляются, когда они находятся на некотором расстоянии друг от друга.

Индивидуумы в популяции могут быть более или менее равномерно распределены друг от друга, рассредоточены случайным образом без предсказуемой структуры или сгруппированы в группы. Они известны как равномерная, случайная и слипшаяся дисперсия соответственно. Равномерная дисперсия наблюдается у растений, которые выделяют вещества, подавляющие рост ближайших особей (например, высвобождение токсичных химикатов шалфеем Salvia leucophylla, явление, называемое аллелопатией), и у животных, таких как пингвин, которые занимают определенную территорию.Пример случайного распространения происходит с одуванчиком и другими растениями, у которых есть разносимые ветром семена, которые прорастают везде, где они упадут в благоприятной окружающей среде. Слипшуюся дисперсию можно увидеть у растений, которые бросают семена прямо на землю, таких как дубы или животных, которые живут группами (косяки рыб или стада слонов). Сгруппированные дисперсии также могут быть функцией неоднородности среды обитания. Таким образом, рассредоточение особей в популяции дает больше информации о том, как они взаимодействуют друг с другом, чем простое измерение плотности.Подобно тому, как виды с более низкой плотностью могут иметь больше трудностей с поиском партнера, у одиночных видов со случайным распределением могут возникнуть аналогичные трудности по сравнению с социальными видами, собранными вместе в группы.

Рис. 5. Виды могут иметь равномерное, случайное или групповое распределение. Территориальные птицы, такие как пингвины, обычно имеют равномерное распределение. Такие растения, как одуванчики с рассеянными ветром семенами, как правило, расположены беспорядочно. Животные, такие как слоны, которые путешествуют группами, демонстрируют групповое распределение.(кредит a: модификация работы Бена Табби; кредит b: модификация работы Rosendahl; кредит c: модификация работы Ребекки Вуд)

Демография

Хотя размер и плотность населения описывают популяцию в определенный момент времени, ученые должны использовать демографию для изучения динамики популяции. Демография — это статистическое исследование изменений населения во времени: рождаемости, смертности и продолжительности жизни. На каждую из этих мер, особенно на уровень рождаемости, могут влиять описанные выше характеристики населения.Например, большой размер популяции приводит к более высокому уровню рождаемости, потому что присутствует больше потенциально репродуктивных особей. Напротив, большая численность населения может также привести к более высокому уровню смертности из-за конкуренции, болезней и накопления отходов. Точно так же более высокая плотность населения или сгруппированная модель расселения приводит к большему количеству потенциальных репродуктивных контактов между людьми, что может увеличить рождаемость. Наконец, смещенное к женщинам соотношение полов (соотношение мужчин и женщин) или возрастная структура (доля членов населения в определенных возрастных диапазонах), состоящая из многих лиц репродуктивного возраста, может повысить уровень рождаемости.

Кроме того, демографические характеристики населения могут влиять на то, как население растет или сокращается с течением времени. Если показатели рождаемости и смертности равны, численность населения остается стабильной. Однако численность населения увеличится, если уровень рождаемости превысит уровень смертности; численность населения будет уменьшаться, если рождаемость будет ниже смертности. Продолжительность жизни — еще один важный фактор; Продолжительность пребывания людей в популяции влияет на местные ресурсы, воспроизводство и общее состояние здоровья населения.Эти демографические характеристики часто отображаются в виде таблицы дожития.

Таблицы долговечности

Таблицы дожития предоставляют важную информацию об истории жизни организма. Таблицы дожития делят население на возрастные группы и часто по полу, и показывают, сколько, вероятно, проживет член этой группы. Они созданы на основе актуарных таблиц, используемых страховой отраслью для оценки продолжительности жизни человека. Таблицы дожития могут включать вероятность смерти людей до следующего дня рождения (т.е., их уровень смертности (), процент выживших людей, умирающих в определенном возрастном интервале, и их ожидаемая продолжительность жизни в каждом интервале. Пример таблицы дожития показан в таблице 1 по результатам исследования горных баранов Далла, вида, обитающего на северо-западе Северной Америки. Обратите внимание, что население разделено на возрастные интервалы (столбец A). Уровень смертности (на 1000 человек), показанный в столбце D, основан на делении числа людей, умерших в течение возрастного интервала (столбец B) на количество людей, выживших в начале интервала (столбец C), умноженном на 1000. .

[латекс] \ displaystyle \ text {коэффициент смертности} = \ frac {\ text {количество умерших людей}} {\ text {количество выживших людей}} \ times {N} [/ latex]

Например, в возрасте от трех до четырех лет умирают 12 особей из 776, оставшихся от первоначальной 1000 овец. Затем это число умножается на 1000, чтобы получить коэффициент смертности на тысячу.

[латекс] \ displaystyle \ text {коэффициент смертности} = \ frac {12} {776} \ times {1000} \ приблизительно {15.5} [/ latex]

Как видно из данных об уровне смертности (столбец D), высокий уровень смертности имел место в возрасте от 6 до 12 месяцев, а затем увеличился еще больше от 8 до 12 лет, после чего оставалось мало выживших.Данные показывают, что если бы овца в этой популяции дожила до одного года, можно было ожидать, что она проживет в среднем еще 7,7 лет, как показано цифрами ожидаемой продолжительности жизни в столбце E.

Кривые выживаемости

Рисунок 6.Кривые выживаемости показывают распределение людей в популяции по возрасту. У людей и большинства млекопитающих есть кривая выживаемости типа I, потому что смерть в основном наступает в пожилом возрасте. Птицы имеют кривую выживаемости типа II, поскольку вероятность смерти в любом возрасте одинакова. У деревьев есть кривая выживаемости типа III, потому что очень немногие выживают в молодые годы, но после определенного возраста у людей гораздо больше шансов выжить.

Другой инструмент, используемый популяционными экологами, — это кривая выживаемости , которая представляет собой график зависимости числа выживших особей в каждом возрастном интервале от времени (обычно с данными, собранными из таблицы выживаемости).Эти кривые позволяют сравнивать истории жизни разных популяций. Люди и большинство приматов демонстрируют кривую выживаемости типа I, потому что высокий процент потомства доживает до своего раннего и среднего возраста — смерть происходит преимущественно у пожилых людей. Эти типы видов обычно имеют небольшое количество потомков за один раз, и они уделяют большое внимание родительской заботе, чтобы обеспечить их выживание. Птицы являются примером кривой выживаемости среднего или второго типа, поскольку птицы умирают более или менее одинаково в каждом возрастном интервале.Эти организмы также могут иметь относительно небольшое количество потомства и обеспечивать значительную родительскую заботу. Деревья, морские беспозвоночные и большинство рыб демонстрируют кривую выживаемости типа III, потому что очень немногие из этих организмов выживают в молодые годы; однако те, кто доживет до преклонного возраста, с большей вероятностью выживут в течение относительно длительного периода времени. У организмов этой категории обычно очень большое количество потомков, но когда они рождаются, родительская забота оказывается незначительной. Таким образом, это потомство «само по себе» и уязвимо для хищников, но их огромное количество гарантирует выживание достаточного количества особей для сохранения вида.

Истории жизни и естественный отбор

История жизни вида описывает серию событий на протяжении его жизни, например, как ресурсы распределяются для роста, поддержания и воспроизводства. Черты жизненного цикла влияют на жизненный цикл организма. История жизни вида генетически детерминирована и сформирована окружающей средой и естественным отбором.

Образцы жизненного цикла и энергетические бюджеты

Энергия требуется всем живым организмам для их роста, поддержания и воспроизводства; в то же время энергия часто является основным ограничивающим фактором в определении выживания организма.Растения, например, получают энергию от солнца посредством фотосинтеза, но должны расходовать эту энергию для роста, поддержания здоровья и производства богатых энергией семян для производства следующего поколения. Животные несут дополнительное бремя использования части своих энергетических резервов для получения пищи. Кроме того, некоторым животным приходится тратить энергию на заботу о своем потомстве. Таким образом, у всех видов есть энергетический бюджет : они должны сбалансировать потребление энергии с использованием энергии для обмена веществ, воспроизводства, родительской заботы и хранения энергии (например, медведи накапливают жир для зимней спячки).

Родительская забота и плодовитость

Плодовитость — это потенциальная репродуктивная способность особи в популяции. Другими словами, плодовитость описывает, сколько потомства можно было бы произвести в идеале, если бы у особи было как можно больше потомков, повторяя репродуктивный цикл как можно скорее после рождения потомства. У животных плодовитость обратно пропорциональна степени родительской заботы об отдельном потомстве. Виды, такие как многие морские беспозвоночные, производящие много потомства, обычно почти не заботятся о потомстве (в любом случае у них не было бы энергии или возможностей для этого).Большая часть их энергетического бюджета уходит на производство крошечного потомства. Животные с этой стратегией часто становятся самодостаточными в очень раннем возрасте. Это связано с тем, что эти организмы жертвуют энергией, чтобы максимизировать свою эволюционную приспособленность. Поскольку их энергия используется для производства потомства, а не для родительской заботы, логично, что это потомство имеет некоторую способность перемещаться в своей среде и находить пищу и, возможно, убежище. Даже с этими способностями, их небольшой размер делает их чрезвычайно уязвимыми для хищников, поэтому производство большого количества потомства позволяет их достаточному количеству выжить, чтобы поддерживать вид.

Виды животных, у которых мало потомства во время репродуктивного периода, обычно проявляют большую родительскую заботу, тратя большую часть своего энергетического бюджета на эту деятельность, иногда в ущерб собственному здоровью. Так обстоит дело со многими млекопитающими, такими как люди, кенгуру и панды. Потомки этих видов относительно беспомощны при рождении и нуждаются в развитии, прежде чем они достигнут самодостаточности.

Растения с низкой плодовитостью дают мало богатых энергией семян (таких как кокосы и каштаны), у каждого из которых есть хорошие шансы прорасти в новый организм; растения с высокой плодовитостью обычно имеют много мелких семян с низким энергопотреблением (например, орхидей), которые имеют относительно низкие шансы на выживание.Хотя может показаться, что кокосы и каштаны имеют больше шансов на выживание, энергетический обмен орхидеи также очень эффективен. Это вопрос того, где используется энергия, для большого количества семян или для меньшего количества семян с большей энергией.

Раннее и позднее воспроизведение

Время воспроизводства в истории жизни также влияет на выживание видов. У организмов, которые размножаются в раннем возрасте, больше шансов произвести потомство, но обычно это происходит за счет их роста и поддержания здоровья.И наоборот, организмы, которые начинают размножаться в более позднем возрасте, часто имеют большую плодовитость или лучше способны обеспечивать родительскую заботу, но они рискуют не дожить до репродуктивного возраста. Примеры этого можно увидеть на рыбах. Маленькие рыбки, такие как гуппи, используют свою энергию для быстрого размножения, но никогда не достигают размера, который мог бы защитить их от некоторых хищников. Более крупные рыбы, такие как синежабра или акула, используют свою энергию для достижения большого размера, но делают это с риском того, что они умрут, прежде чем смогут воспроизвести или, по крайней мере, воспроизвести свой максимум.Эти различные энергетические стратегии и компромиссы являются ключом к пониманию эволюции каждого вида, поскольку он максимизирует свою приспособленность и заполняет свою нишу. Что касается энергетического бюджета, некоторые виды «взорвали все» и тратят большую часть своих энергетических резервов на воспроизводство раньше, чем они умрут. Другие виды откладывают размножение, чтобы стать более сильными и опытными особями и убедиться, что они достаточно сильны, чтобы обеспечить родительскую заботу в случае необходимости.

Одно или несколько репродуктивных событий

Некоторые особенности жизненного цикла, такие как плодовитость, время размножения и родительская забота, могут быть сгруппированы вместе в общие стратегии, которые используются несколькими видами. Semelparity происходит, когда вид воспроизводится только один раз в течение своей жизни, а затем умирает. Такие виды используют большую часть своего бюджета ресурсов во время одного репродуктивного события, жертвуя своим здоровьем до такой степени, что они не выживают. Примерами семелпарита являются бамбук, который один раз зацветает, а затем умирает, и чавычи (рис. 7а), которые используют большую часть своих энергетических запасов для миграции из океана в свои пресноводные места гнездования, где они воспроизводятся и затем умирают. Ученые выдвинули альтернативные объяснения эволюционного преимущества пост-репродуктивной смерти чавычи: запрограммированное самоубийство, вызванное массовым выбросом кортикостероидных гормонов, предположительно для того, чтобы родители могли стать пищей для потомства, или простое истощение, вызванное энергетическими потребностями воспроизводства. ; они все еще обсуждаются.

Iteroparity описывает виды, которые многократно воспроизводятся в течение своей жизни. Некоторые животные могут спариваться только один раз в год, но переживают несколько брачных сезонов. Вилорогая антилопа является примером животного, которое входит в сезонный цикл течки («течка»): физиологическое состояние, вызванное гормонами, подготавливающее тело к успешному спариванию (рис. 7b). Самки этих видов спариваются только во время фазы течки цикла. Иная картина наблюдается у приматов, включая людей и шимпанзе, которые могут попытаться воспроизвести потомство в любое время репродуктивного возраста, даже несмотря на то, что их менструальный цикл делает беременность вероятной только несколько дней в месяц во время овуляции (рис. 7c).

Рис. 7. (a) Чавычи спариваются один раз и умирают. (B) вилорогие антилопы спариваются в определенное время года в течение репродуктивной жизни. Приматы, такие как люди и (c) шимпанзе, могут спариваться в любой день, независимо от овуляции. (кредит a: модификация работы Роджера Табора, USFWS; кредит b: модификация работы Марка Гоке, USDA; кредит c: модификация работы «Shiny Things» / Flickr)

Энергетические бюджеты, репродуктивные затраты и половой отбор у

В исследовании того, как животные распределяют свои энергетические ресурсы для роста, поддержания и воспроизводства, использовались различные экспериментальные модели животных.Часть этой работы была проделана с использованием обыкновенной плодовой мухи Drosophila melanogaster . Исследования показали, что не только продолжительность жизни самцов плодовых мух зависит от воспроизводства, но и у плодовых мушек, которые уже спаривались несколько раз, остается ограниченное количество сперматозоидов для воспроизводства. Плодовые мушки максимально увеличивают свои последние шансы на размножение, выбирая оптимальных партнеров.

В исследовании 1981 г. самцов плодовых мух помещали в вольеры с девственными или осемененными самками.Самцы, которые спаривались с девственными самками, имели более короткую продолжительность жизни, чем те, которые контактировали с таким же количеством осемененных самок, с которыми они не могли спариваться. Этот эффект имел место независимо от того, насколько крупными (с учетом возраста) были самцы. Таким образом, самцы, которые не спаривались, жили дольше, что давало им больше возможностей найти себе пару в будущем.

Более поздние исследования, проведенные в 2006 году, показывают, как самцы выбирают самку, с которой они будут спариваться, и как на это влияют предыдущие спаривания (Таблица 2).Самцам было разрешено выбирать между более мелкими и крупными самками. Результаты показали, что более крупные самки обладают большей плодовитостью, давая в два раза больше потомства за одно спаривание, чем более мелкие самки. Самцы, которые ранее спаривались и, следовательно, имели меньшее количество сперматозоидов, были названы «истощенными в ресурсах», в то время как самцы, которые не спаривались, были названы «неистощенными в ресурсах». Исследование показало, что, хотя самцы, не истощившие ресурсы, преимущественно спаривались с более крупными самками, этот выбор партнеров был более выражен у самцов, истощенных в ресурсах.Таким образом, самцы с истощенными запасами спермы, которые были ограничены по количеству спариваний, прежде чем они пополнили свой запас спермы, выбирали более крупных и плодородных самок, тем самым увеличивая свои шансы на потомство. Это исследование было одним из первых, показавших, что физиологическое состояние самца влияет на его брачное поведение таким образом, что явно максимизирует использование ограниченных репродуктивных ресурсов.

Самцы плодовых мух, которые ранее спаривались (без сперматозоидов), выбирали более крупных и плодовитых самок чаще, чем те, которые не спаривались (без спермия).Это изменение поведения вызывает повышение эффективности ограниченного репродуктивного ресурса: спермы.

Эти исследования демонстрируют два способа, в которых энергетический бюджет является фактором воспроизводства. Во-первых, энергия, затрачиваемая на спаривание, может сократить продолжительность жизни животных, но к этому времени они уже воспроизводятся, поэтому в контексте естественного отбора эта ранняя смерть не имеет большого эволюционного значения. Во-вторых, когда ресурсы, такие как сперма (и энергия, необходимая для ее пополнения), недостаточны, поведение организма может измениться, чтобы дать ему наилучший шанс передать свои гены следующему поколению.Эти изменения в поведении, столь важные для эволюции, изучаются в дисциплине, известной как поведенческая биология или этология, на стыке популяционной биологии и психологии.

РЕЗЮМЕ: ИСТОРИЯ ЖИЗНИ И ЕСТЕСТВЕННАЯ ВЫБОРКА

Все виды развили образ жизни, называемый стратегией жизненного цикла, в которой они распределяют энергию для роста, поддержания и воспроизводства. Эти модели развиваются в результате естественного отбора; они позволяют видам адаптироваться к окружающей среде, чтобы получить ресурсы, необходимые для успешного воспроизводства.Между плодовитостью и родительской заботой существует обратная зависимость. Виды могут размножаться в раннем возрасте, чтобы обеспечить дожитие до репродуктивного возраста, или воспроизводиться в более позднем возрасте, чтобы стать крупнее и здоровее и лучше обеспечивать родительскую заботу. Вид может воспроизводиться один раз (семеларность) или много раз (итеропарность) в течение своей жизни.

Экологические ограничения роста населения

Хотя истории жизни описывают то, как многие характеристики населения (например, их возрастная структура) в общих чертах меняются с течением времени, популяционные экологи используют различные методы для математического моделирования динамики популяции.Эти более точные модели затем можно использовать для точного описания изменений, происходящих в популяции, и более точного прогнозирования будущих изменений. Некоторые модели, которые были приняты на протяжении десятилетий, в настоящее время модифицируются или даже отказываются от них из-за отсутствия у них предсказательной способности, и ученые стремятся создать новые эффективные модели.

Экспоненциальный рост

Чарльз Дарвин в своей теории естественного отбора находился под сильным влиянием английского священнослужителя Томаса Мальтуса. Мальтус опубликовал книгу в 1798 году, в которой утверждалось, что население с неограниченными природными ресурсами растет очень быстро, а затем рост населения уменьшается по мере истощения ресурсов.Эта ускоряющаяся модель увеличения численности населения называется экспоненциальным ростом .

Лучший пример экспоненциального роста наблюдается у бактерий. Бактерии — это прокариоты, которые размножаются прокариотическим делением. Для многих видов бактерий это деление занимает около часа. Если 1000 бактерий поместить в большую колбу с неограниченным запасом питательных веществ (чтобы питательные вещества не истощились), через час происходит один раунд деления, и каждый организм делится, в результате чего образуется 2000 организмов — увеличение на 1000.Через час каждый из 2000 организмов удвоится, произведя 4000, то есть на 2000 организмов больше. По истечении третьего часа в колбе должно быть 8000 бактерий, то есть на 4000 организмов больше. Важная концепция экспоненциального роста состоит в том, что темп роста населения — количество организмов, добавляемых в каждое репродуктивное поколение — ускоряется; то есть он увеличивается со все большей и большей скоростью. После 1 дня и 24 таких циклов население увеличилось бы с 1000 до более чем 16 миллиардов.Когда размер популяции N наносится на график во времени, получается J-образная кривая роста (Рисунок 8).

Рис. 8. Когда ресурсы неограничены, население демонстрирует экспоненциальный рост, в результате чего получается J-образная кривая. Когда ресурсы ограничены, население демонстрирует логистический рост. При логистическом росте рост населения уменьшается по мере того, как ресурсы становятся дефицитными, и выравнивается, когда достигается несущая способность окружающей среды, что приводит к S-образной кривой.

Пример с бактериями не является репрезентативным для реального мира, где ресурсы ограничены. Кроме того, некоторые бактерии погибнут во время эксперимента и, следовательно, не будут воспроизводиться, что снизит скорость роста. Следовательно, при расчете скорости роста популяции коэффициент смертности ( D ) (количество организмов, которые умирают в течение определенного интервала времени) вычитается из коэффициента рождаемости ( B ) (количество организмов, которые родился в этот промежуток времени).Это показано в следующей формуле:

[латекс] \ displaystyle \ frac {\ Delta {N} \ left (\ text {изменение числа} \ right)} {\ Delta {T} \ left (\ text {изменение во времени} \ right)} = B \ left (\ text {рождаемость} \ right) -D \ left (\ text {смертность} \ right) [/ latex]

Уровень рождаемости обычно выражается в расчете на душу населения (для каждого человека). Таким образом, B (рождаемость) = млрд. (коэффициент рождаемости на душу населения « b », умноженный на количество особей « N ») и D (уровень смертности) = dN ( коэффициент смертности на душу населения «d», умноженный на количество человек « N »).Кроме того, экологов интересует население в определенный момент времени, бесконечно малый промежуток времени. По этой причине терминология дифференциального исчисления используется для получения «мгновенной» скорости роста, заменяя изменение , числа и времени, конкретным мгновенным измерением числа и времени.

[латекс] \ frac {dN} {dT} = bN = dN = \ left (b-d \ right) N [/ latex]

Обратите внимание, что « d », связанное с первым термином, относится к производной (так как этот термин используется в расчетах) и отличается от коэффициента смертности, также называемого « d ».Разница между коэффициентами рождаемости и смертности еще больше упрощается путем замены отношения между коэффициентами рождаемости и смертности термином « r » (внутренняя скорость роста):

[латекс] \ frac {dN} {dT} = rN [/ латекс]

Значение « r» может быть положительным, что означает увеличение численности населения; или отрицательный, что означает уменьшение численности населения; или ноль, если численность населения не меняется, условие, известное как нулевой прирост населения .Дальнейшее уточнение формулы признает, что разные виды обладают присущими им различиями в собственной скорости роста (часто рассматриваемой как потенциал для воспроизводства) даже в идеальных условиях. Очевидно, что бактерия может размножаться быстрее и иметь более высокую внутреннюю скорость роста, чем человек. Максимальная скорость роста для вида — это его биотический потенциал , или r _max , что меняет уравнение на:

[латекс] \ frac {dN} {dT} = r _ {\ text {max}} N [/ латекс]

Логистический рост

Экспоненциальный рост возможен только при наличии бесконечных природных ресурсов; в реальном мире дело обстоит иначе.Чарльз Дарвин признал этот факт в своем описании «борьбы за существование», в котором говорится, что люди будут соревноваться (с представителями своего или другого вида) за ограниченные ресурсы. Успешные из них выживут, чтобы передать свои собственные характеристики и черты (которые, как мы теперь знаем, передаются генами) следующему поколению с большей скоростью (естественный отбор). Чтобы смоделировать реальность ограниченных ресурсов, экологи-популяционеры разработали модель логистического роста .

и логистическая модель

В реальном мире с его ограниченными ресурсами экспоненциальный рост не может продолжаться бесконечно. Экспоненциальный рост может происходить в среде, где мало людей и много ресурсов, но когда количество людей становится достаточно большим, ресурсы истощаются, замедляя темпы роста. В конце концов, скорость роста выйдет на плато или стабилизируется (Рисунок 8). Этот размер популяции, который представляет собой максимальный размер популяции, который может поддерживать конкретная среда, называется пропускной способностью или К .

Формула, которую мы используем для расчета логистического роста, добавляет несущую способность как сдерживающую силу в скорости роста. Выражение « K — N » указывает, сколько особей может быть добавлено к популяции на данном этапе, а « K — N », деленное на « K », представляет собой долю от грузоподъемность доступна для дальнейшего роста. Таким образом, модель экспоненциального роста ограничивается этим фактором для генерации уравнения логистического роста:

[латекс] \ displaystyle \ frac {dN} {dT} = r _ {\ text {max}} \ frac {dN} {dT} = r _ {\ text {max}} N \ frac {\ left (KN \ right )} {K} [/ латекс]

Обратите внимание, что когда N очень мало, ( KN ) / K становится близким к K / K или 1, а правая часть уравнения уменьшается до r _max N , что означает население растет в геометрической прогрессии и не зависит от пропускной способности.С другой стороны, когда N велико, ( K-N ) / K приближаются к нулю, что означает, что рост населения будет значительно замедлен или даже остановлен. Таким образом, рост населения в больших популяциях сильно замедляется из-за пропускной способности K . Эта модель также учитывает отрицательный прирост населения или сокращение численности населения. Это происходит, когда количество особей в популяции превышает пропускную способность (поскольку значение (K-N) / K отрицательно).

График этого уравнения дает S-образную кривую (рис. 8), и это более реалистичная модель роста населения, чем экспоненциальный рост. S-образная кривая делится на три разных участка. Изначально рост идет экспоненциально, потому что мало людей и достаточно ресурсов. Затем, когда ресурсы начинают ограничиваться, темпы роста снижаются. Наконец, рост стабилизируется в зависимости от емкости окружающей среды, при этом численность популяции со временем меняется незначительно.

Роль внутривидовой конкуренции

Логистическая модель предполагает, что каждый человек в популяции будет иметь равный доступ к ресурсам и, следовательно, равные шансы на выживание. Для растений важными ресурсами являются количество воды, солнечный свет, питательные вещества и пространство для роста, тогда как у животных важные ресурсы включают пищу, воду, укрытие, место для гнездования и самцов.

В реальном мире фенотипические вариации среди людей в популяции означают, что одни люди будут лучше адаптированы к своей среде, чем другие.Возникающая в результате конкуренция между членами популяции одного и того же вида за ресурсы называется внутривидовая конкуренция ( внутри, — = «внутри»; — специфическая = «вид»). Внутривидовая конкуренция за ресурсы может не влиять на популяции, которые значительно ниже их несущей способности — ресурсов много, и все люди могут получить то, что им нужно. Однако по мере увеличения численности населения эта конкуренция усиливается. Кроме того, накопление отходов может снизить пропускную способность окружающей среды.

Примеры логистического роста

Дрожжи, микроскопический гриб, используемый для приготовления хлеба и алкогольных напитков, при выращивании в пробирке демонстрируют классическую S-образную кривую (рис. 9). Его рост стабилизируется, поскольку население истощает питательные вещества, необходимые для его роста. Однако в реальном мире у этой идеализированной кривой есть вариации.

Рис. 9. Дрожжи, выращенные в идеальных условиях в пробирке, демонстрируют классическую S-образную логистическую кривую роста.

Примеры диких популяций включают овец и морских котиков (рис. 10).В обоих примерах размер популяции на короткое время превышает допустимую, а затем падает ниже ее. Это колебание в размере популяции продолжает происходить, поскольку популяция колеблется вокруг своей вместимости. Тем не менее, даже при этом колебании логистическая модель подтверждается.

Рис. 10. Естественная популяция тюленей демонстрирует колебания в реальном мире.

Практический вопрос

Если основной источник пищи тюленей сократится из-за загрязнения или перелова, что из следующего может произойти?

1. Пропускная способность тюленей уменьшится, как и их популяция.
2. Пропускная способность тюленей уменьшится, но популяция тюленей останется прежней.
3. Число смертей тюленей увеличится, но число рождений также увеличится, поэтому численность популяции останется прежней.
4. Пропускная способность тюленей останется прежней, но популяция тюленей уменьшится.

Вариант a: Пропускная способность тюленей уменьшится, как и их популяция.

РЕЗЮМЕ: Экологические ограничения роста населения

Население с неограниченными ресурсами растет в геометрической прогрессии с ускоряющейся скоростью роста.Когда ресурсы становятся ограниченными, население движется по кривой логистического роста. Популяция вида выровняется по мере увеличения пропускной способности окружающей среды.

Динамика населения и регулирование

Логистическая модель роста населения, хотя и действительна для многих природных популяций и является полезной моделью, является упрощением динамики населения реального мира. В модели подразумевается, что несущая способность окружающей среды не меняется, а это не так. Пропускная способность меняется ежегодно: например, некоторые лета жаркие и засушливые, а другие холодные и влажные.Во многих регионах пропускная способность зимой намного ниже, чем летом. Кроме того, природные явления, такие как землетрясения, извержения вулканов и пожары, могут изменить окружающую среду и, следовательно, ее пропускную способность. Кроме того, популяции обычно не существуют изолированно. Они участвуют в межвидовой конкуренции : то есть они делят окружающую среду с другими видами, соревнуясь с ними за одни и те же ресурсы. Эти факторы также важны для понимания того, как будет расти конкретная популяция.

Природа регулирует рост населения множеством способов. Они сгруппированы в зависящих от плотности, факторов, в которых плотность населения в данный момент времени влияет на скорость роста и смертность, и независимых от плотности факторов, которые влияют на смертность в популяции независимо от плотности населения. Обратите внимание, что в первом случае влияние фактора на популяцию зависит от плотности популяции в начале болезни. Биологи-заповедники хотят понять оба типа, потому что это помогает им управлять популяциями и предотвращать вымирание или перенаселение.

Регламент, зависящий от плотности

Большинство факторов, зависящих от плотности, являются биологическими по своей природе (биотическими) и включают хищничество, межвидовую и внутривидовую конкуренцию, накопление отходов и болезни, например, вызываемые паразитами. Обычно чем плотнее популяция, тем выше ее смертность. Например, во время внутривидовой и межвидовой конкуренции показатели воспроизводства особей обычно ниже, что снижает темпы роста их популяции. Кроме того, низкая плотность добычи увеличивает смертность его хищника, потому что ему труднее находить источник пищи.

Пример зависимой от плотности регуляции показан на рисунке 11 с результатами исследования гигантского кишечного круглого червя ( Ascaris lumbricoides ), паразита человека и других млекопитающих. Более плотные популяции паразита обладали меньшей плодовитостью: в них было меньше яиц. Одно из возможных объяснений этого состоит в том, что самки будут меньше в более плотных популяциях (из-за ограниченных ресурсов) и что у более мелких самок будет меньше яиц. Эта гипотеза была проверена и опровергнута в исследовании 2009 года, которое показало, что женский вес не имел никакого влияния.Фактическая причина зависимости плодовитости от плотности у этого организма до сих пор неясна и требует дальнейшего изучения.

Рис. 11. У этой популяции круглых червей плодовитость (количество яиц) уменьшается с увеличением плотности популяции.

Регулирование, не зависящее от плотности, и взаимодействие с факторами, зависящими от плотности

Многие факторы, обычно физические или химические по своей природе (абиотические), влияют на смертность населения независимо от его плотности, включая погоду, стихийные бедствия и загрязнение.Отдельный олень может погибнуть в лесном пожаре независимо от того, сколько оленей находится в этом районе. Его шансы на выживание одинаковы независимо от того, высокая или низкая плотность населения. То же самое и в холодную зимнюю погоду.

В реальных жизненных ситуациях регулирование численности населения очень сложно, и могут взаимодействовать зависящие от плотности и независимые факторы. Плотная популяция, которая сокращается независимо от плотности каким-либо фактором (факторами) окружающей среды, сможет восстанавливаться иначе, чем редкая популяция.Например, популяция оленей, пострадавших от суровой зимы, восстановится быстрее, если останется больше оленей для воспроизводства.

Почему вымер шерстистый мамонт?

Легко заблудиться в обсуждении динозавров и теорий о том, почему они вымерли 65 миллионов лет назад. Было ли это из-за падения метеора на Землю у побережья современной Мексики или из-за какого-то длительного погодного цикла, который еще не изучен? Одна из гипотез, которая никогда не будет выдвинута, заключается в том, что люди имеют к этому какое-то отношение.65 миллионов лет назад млекопитающие были маленькими, незначительными лесными созданиями, а людей не существовало.

Рис. 12. Три фотографии включают: (а) фреску 1916 года с изображением стада мамонтов из Американского музея естественной истории, (б) единственную чучелу мамонта в мире из Зоологического музея, расположенного в Санкт-Петербурге, Россия, и (c) месячный мамонтенок по имени Люба, обнаруженный в Сибири в 2007 году. (Фото а: модификация работы Чарльза Р. Найта; кредит b: модификация работы «Танапон» / Flickr; кредит c : модификация работы Мэтта Хоури)

Шерстистые мамонты, однако, начали вымирать около 10 000 лет назад, когда они делили Землю с людьми, которые анатомически ничем не отличались от современных людей.Мамонты выжили в изолированных островных популяциях еще в 1700 году до нашей эры. Мы много знаем об этих животных по трупам, найденным вмерзшим во льдах Сибири и других регионов севера. Ученые секвенировали не менее 50 процентов его генома и полагают, что мамонты на 98-99 процентов идентичны современным слонам.

Принято считать, что изменение климата и охота на людей привели к их исчезновению. Исследование 2008 года показало, что изменение климата сократило ареал обитания мамонта с 3 000 000 квадратных миль 42 000 лет назад до 310 000 квадратных миль 6 000 лет назад.Также хорошо известно, что люди охотились на этих животных. Исследование 2012 года показало, что ни один единственный фактор не был ответственен исключительно за исчезновение этих великолепных существ. Помимо охоты на людей, изменения климата и сокращения среды обитания, эти ученые продемонстрировали, что еще одним важным фактором исчезновения мамонтов была миграция людей через Берингов пролив в Северную Америку во время последнего ледникового периода 20 000 лет назад.

Кроме того, исследование 2017 года указывает на то, что геном шерстистого мамонта начал накапливать избыточные дефекты, поскольку численность популяции сократилась до 300 особей, живущих на изолированном острове. Точная роль, которую мог сыграть этот геномный «обвал», неизвестна, но это произошло просто до исчезновения этого вида.

Поддержание стабильной популяции было и остается очень сложным, и результат зависит от множества взаимодействующих факторов. Важно помнить, что люди — тоже часть природы. Когда-то мы способствовали упадку вида, используя только примитивные охотничьи технологии.

Современные теории истории жизни

Теория отбора r, и K , хотя и принималась на протяжении десятилетий и использовалась для многих новаторских исследований, теперь была пересмотрена, и многие популяционные биологи отказались от нее или изменили ее.За прошедшие годы несколько исследований попытались подтвердить теорию, но эти попытки в значительной степени потерпели неудачу. Было идентифицировано много видов, которые не соответствовали предсказаниям теории. Кроме того, теория игнорировала возрастную смертность населения, которая, как теперь известно ученым, очень важна. Были разработаны новые демографические модели эволюции жизненного цикла, которые включают многие экологические концепции, включенные в теорию отбора r и K , а также возрастную структуру населения и факторы смертности.

Истории жизни K-отобранных и r-отобранных видов

Хотя репродуктивные стратегии играют ключевую роль в истории жизни, они не учитывают такие важные факторы, как ограниченные ресурсы и конкуренция. Регулирование роста популяции с помощью этих факторов может быть использовано для введения классической концепции в популяционной биологии, согласно которой K -отобранных видов по сравнению с r -отобранными видами.

Ранние теории об истории жизни

Ко второй половине двадцатого века концепция K- и r-отобранных видов широко и успешно использовалась для изучения популяций.Эта концепция относится не только к репродуктивным стратегиям, но и к среде обитания и поведению вида, особенно к тому, как они получают ресурсы и заботятся о своем потомстве. Он также включает факторы продолжительности жизни и выживаемости. Для этого анализа популяционные биологи сгруппировали виды в две большие категории — K, — отобранные и r — отобранные, — хотя на самом деле они представляют собой два конца одного континуума.

K — отобранные виды — это виды, отобранные в стабильной, предсказуемой среде.Популяции отобранных видов K имеют тенденцию существовать близко к их продуктивности (отсюда и термин K -selected), где высока внутривидовая конкуренция. Эти виды имеют немногочисленное, крупное потомство, длительный период беременности и часто оказывают долгосрочную помощь своему потомству (Таблица 3). Будучи более крупными при рождении, потомство относительно беспомощно и незрело при рождении. К тому времени, когда они достигнут совершеннолетия, они должны развить навыки, необходимые для борьбы за природные ресурсы. Что касается растений, ученые думают о родительской заботе в более широком смысле: сколько времени требуется для развития плода или как долго он остается на растении, являются определяющими факторами, определяющими время до следующего репродуктивного события.Примерами видов, выбранных из K , являются приматы (включая людей), слоны и растения, такие как дубы (рис. 13).

Рис. 13. Слоны считаются отобранными К видами, поскольку они живут долго, поздно созревают и обеспечивают долгосрочную родительскую заботу лишь немногим потомкам. Дубы дают много потомства, которое не получает родительской заботы, но считается K-отобранными видами на основании долголетия и позднего созревания.

Дубы растут очень медленно, и в среднем требуется 20 лет, чтобы дать первые семена, известные как желуди.Отдельное дерево может произвести до 50 000 желудей, но скорость прорастания низкая, так как многие из них гниют или поедаются такими животными, как белки. В некоторые годы дубы могут давать исключительно большое количество желудей, и эти годы могут иметь двух- или трехлетний цикл в зависимости от породы дуба ( r -выбор).

По мере того, как дубы вырастают до больших размеров, и за много лет до того, как они начнут давать желуди, они тратят значительную часть своего энергетического бюджета на рост и уход.Высота и размер дерева позволяют ему доминировать над другими растениями в борьбе за солнечный свет, основной энергетический ресурс дуба. Кроме того, когда дуб действительно размножается, он дает большие, богатые энергией семена, которые используют свой запас энергии, чтобы быстро укорениться ( K — выбор).

Напротив, r -выбранные виды имеют большое количество мелких потомков (отсюда их обозначение r ). Эта стратегия часто используется в непредсказуемых или меняющихся условиях.Животные, отобранные по типу или , не обеспечивают долгосрочную родительскую заботу, а потомство является относительно зрелым и самодостаточным при рождении. Примерами отобранных видов r являются морские беспозвоночные, такие как медузы, и растения, такие как одуванчик (рис. 14). У одуванчиков есть мелкие семена, которые разносятся ветром на большие расстояния. Многие семена производятся одновременно, чтобы гарантировать, что хотя бы некоторые из них попадут в благоприятную среду. Семена, высаженные в неблагоприятных условиях, имеют мало шансов на выживание, поскольку их семена имеют низкое содержание энергии.Обратите внимание, что выживание не обязательно зависит от энергии, хранящейся в самом семени.

Рис. 14. Одуванчики и медузы считаются r-отобранными видами, поскольку они рано созревают, имеют короткую продолжительность жизни и дают много потомства, не получающего родительской заботы.

Рост населения

Концепции динамики популяции животных могут быть применены к росту человеческой популяции.Люди не уникальны в своей способности изменять окружающую среду. Например, бобровые плотины изменяют речную среду, в которой они построены. Однако люди обладают способностью изменять среду обитания, чтобы увеличить ее пропускную способность, иногда в ущерб другим видам (например, путем искусственного отбора сельскохозяйственных культур с более высоким урожаем). Человеческое население Земли растет быстрыми темпами, до такой степени, что некоторые беспокоятся о способности окружающей среды Земли поддерживать это население, поскольку долгосрочный экспоненциальный рост несет в себе потенциальные риски голода, болезней и крупномасштабной смерти.

Хотя люди увеличили пропускную способность окружающей среды, технологии, используемые для достижения этой трансформации, вызвали беспрецедентные изменения в окружающей среде Земли, изменив экосистемы до такой степени, что некоторые из них могут оказаться в опасности коллапса. Истощение озонового слоя, эрозия из-за кислотных дождей и ущерб от глобального изменения климата вызваны деятельностью человека. Окончательный эффект этих изменений на нашу пропускную способность неизвестен. Как некоторые отмечают, вполне вероятно, что отрицательные последствия увеличения пропускной способности перевешивают положительные — пропускная способность мира для людей может фактически уменьшиться.

Человеческое население мира в настоящее время демонстрирует экспоненциальный рост, несмотря на то, что человеческое воспроизводство намного ниже его биотического потенциала (Рисунок 15). Чтобы реализовать свой биотический потенциал, все самки должны будут беременеть примерно каждые девять месяцев в течение репродуктивного возраста. Кроме того, ресурсы должны быть такими, чтобы окружающая среда поддерживала такой рост. Ни одного из этих двух условий не существует. Несмотря на это, человеческое население продолжает расти в геометрической прогрессии.

Рисунок 15.Рост населения с 1000 г. до н.э. экспоненциальный (синяя линия). Обратите внимание, что в то время как население Азии (желтая линия), где расположено много экономически слаборазвитых стран, растет экспоненциально, население Европы (голубая линия), где большинство стран являются экономически развитыми, растет гораздо медленнее.

Следствием экспоненциального роста населения Земли является время, необходимое для добавления определенного количества людей на Землю, становится короче.На рисунке 16 показано, что в 1930 году потребовалось 123 года, чтобы добавить 1 миллиард человек в 1930 году, но потребовалось всего 24 года, чтобы добавить два миллиарда человек между 1975 и 1999 годами. бесконечно в конечном мире неопределенно. Согласно прогнозам, без новых технологических достижений в ближайшие десятилетия темпы роста человека замедлятся. Однако население все равно будет расти, и угроза перенаселения сохраняется.

Рис. 16. Время между появлением каждого миллиарда людей на Земле со временем уменьшается. (кредит: модификация работы Райана Т. Крагана)

Преодоление положения, зависящего от плотности

Люди уникальны в своей способности изменять окружающую среду с сознательной целью увеличения ее пропускной способности. Эта способность является основным фактором, ответственным за рост человеческой популяции, и способом преодоления регуляции роста, зависящей от плотности.Большая часть этой способности связана с человеческим интеллектом, обществом и общением. Люди могут построить укрытие, чтобы защитить себя от непогоды, и развили сельское хозяйство и приручили животных, чтобы увеличить свои запасы пищи. Кроме того, люди используют язык для передачи этой технологии новым поколениям, позволяя им улучшить предыдущие достижения.

Другими факторами роста населения являются миграция и общественное здоровье. Люди произошли в Африке, но с тех пор мигрировали почти на все пригодные для проживания земли на Земле.Общественное здравоохранение, санитария и использование антибиотиков и вакцин снизили способность инфекционных заболеваний ограничивать рост населения. В прошлом такие болезни, как бубонная бляшка четырнадцатого века, убивали от 30 до 60 процентов населения Европы и сокращали общую численность населения мира на целых 100 миллионов человек. Сегодня угроза инфекционных заболеваний, хотя и не исчезла, определенно менее серьезна. По данным Всемирной организации здравоохранения, смертность от инфекционных заболеваний в мире снизилась с 16.4 миллиона в 1993 году до 14,7 миллиона в 1992 году. Для сравнения с некоторыми эпидемиями прошлого, процент погибших в период с 1993 по 2002 год снизился с 0,30 процента мирового населения до 0,24 процента. Таким образом, похоже, что влияние инфекционных заболеваний на рост населения становится менее значительным.

Возрастная структура, рост населения и экономическое развитие

Возрастная структура населения — важный фактор в динамике населения. Возрастная структура — это доля населения в разных возрастных группах. Возрастная структура позволяет лучше прогнозировать рост населения, а также дает возможность связать этот рост с уровнем экономического развития в регионе. Страны с быстрым ростом имеют пирамидальную форму на диаграммах возрастной структуры, демонстрируя преобладание более молодых людей, многие из которых находятся в репродуктивном возрасте или скоро станут им (Рисунок 17). Эта закономерность чаще всего наблюдается в слаборазвитых странах, где люди не доживают до старости из-за неоптимальных условий жизни.Возрастная структура регионов с медленным ростом, включая развитые страны, такие как США, по-прежнему имеет пирамидальную структуру, но с гораздо меньшим количеством людей молодого и репродуктивного возраста и большей долей людей старшего возраста. В других развитых странах, таких как Италия, рост населения нулевой. Возрастная структура этих популяций более коническая, с еще большим процентом лиц среднего и старшего возраста. Фактические темпы роста в разных странах показаны на Рисунке 18, при этом самые высокие темпы, как правило, наблюдаются в менее экономически развитых странах Африки и Азии.

Практический вопрос

Рис. 17. Показаны типичные диаграммы возрастной структуры. Диаграмма быстрого роста сужается до точки, указывая на то, что количество особей быстро уменьшается с возрастом. В модели медленного роста количество особей неуклонно уменьшается с возрастом. Диаграммы стабильной популяции закруглены сверху, показывая, что количество людей в возрастной группе постепенно уменьшается, а затем увеличивается для более старшей части населения.

Диаграммы возрастной структуры быстрорастущих, медленно растущих и стабильных популяций показаны на этапах с 1 по 3.Как вы думаете, какой тип изменения населения представляет стадия 4?

Стадия 4 представляет собой сокращающуюся популяцию.

Рисунок 18. Показаны процентные темпы роста населения в разных странах. Обратите внимание, что наибольший рост наблюдается в менее экономически развитых странах Африки и Азии.

Долгосрочные последствия экспоненциального роста населения

Было сделано много мрачных прогнозов относительно численности населения мира, ведущей к серьезному кризису, называемому «демографическим взрывом».В книге 1968 года « Демографическая бомба » биолог доктор Пол Р. Эрлих написал: «Битва за то, чтобы накормить все человечество, окончена. В 1970-х годах сотни миллионов людей умрут от голода, несмотря на все запущенные сейчас программы аварийного восстановления. На столь позднем этапе ничто не может предотвратить существенного увеличения уровня смертности в мире ». Хотя многие критики считают это заявление преувеличением, законы экспоненциального роста населения все еще действуют, и неконтролируемый рост населения не может продолжаться бесконечно.

Усилия по контролю над ростом населения привели к политике «один ребенок» в Китае, которая раньше имела более серьезные последствия, но теперь предусматривает штрафы для городских пар, у которых более одного ребенка. Из-за того, что некоторые пары хотят иметь наследника мужского пола, многие китайские пары по-прежнему имеют более одного ребенка. Сама политика, ее социальные последствия и эффективность ограничения общего прироста населения противоречивы. Несмотря на политику контроля численности населения, человеческое население продолжает расти.В какой-то момент запасы продовольствия могут закончиться из-за последующей необходимости производить все больше и больше еды, чтобы прокормить наше население. По оценкам Организации Объединенных Наций, будущий рост мирового населения может варьироваться от 6 миллиардов (сокращение) до 16 миллиардов человек к 2100 году. Невозможно узнать, замедлится ли рост населения до такой степени, что кризис, описанный д-ром Эрлихом, будет предотвращено.

Еще один результат роста населения — угроза окружающей среде.Многие страны пытались уменьшить влияние человека на изменение климата за счет сокращения выбросов парникового газа двуокиси углерода. Однако эти договоры ратифицированы не всеми странами, и многие слаборазвитые страны, пытающиеся улучшить свое экономическое положение, могут с меньшей вероятностью согласиться с такими положениями, если это приведет к замедлению экономического развития. Кроме того, роль человеческой деятельности в изменении климата стала горячо обсуждаемым социально-политическим вопросом в некоторых развитых странах, включая Соединенные Штаты.Таким образом, мы вступаем в будущее со значительной неуверенностью в своей способности сдерживать рост населения и защищать окружающую среду.

Видеообзор

Человеческое население мира растет экспоненциальными темпами. Люди увеличили пропускную способность мира за счет миграции, сельского хозяйства, медицинских достижений и связи. Возрастная структура населения позволяет прогнозировать рост населения.Неконтролируемый рост населения может иметь тяжелые долгосрочные последствия для окружающей среды.

В этом видео рассказывается, почему и как происходил рост населения за последние сто пятьдесят лет или около того, и как эти особенности связаны с экологией.

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. В этой короткой викторине , а не засчитываются в вашу оценку в классе, и вы можете пересдавать ее неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

Что предотвращает видообразование в симпатрической популяции, класс 11, биология CBSE

Полный ответ:
Сначала мы поймем определение симпатрического видообразования и то, как оно возникает, затем мы поймем, что мешает ему возникать.Помните, что только когда скрещивание между двумя субпопуляциями прекращается, то есть когда возводится естественный репродуктивный барьер, в игру вступает видообразование.

Но мы знаем, что симпатрическое видообразование происходит, когда новый вид происходит от только одного вида предковых видов, поскольку оба остаются в одной и той же географической области. Для этого требуется разделение видов-предков на две или несколько отдельных репродуктивных групп, которые не разделены географически.
Имейте в виду, что главная особенность симпатрического видообразования заключается в том, что это может происходить только при физическом контакте двух или более зарождающихся организмов, что потенциально позволяет им скрещиваться и обмениваться генами.

Таким образом, скрещивание является основной причиной видообразования, которое предотвращается особенно среди такой популяции, симпатрической популяции.

Примечание: Симпатрические популяции, претерпевающие видообразование, встречаются редко и могут возникать при соблюдении определенных условий:
— Выбор среды обитания: Говорят, что разделение или предпочтение спаривания являются примерами выбора среды обитания, которые в конечном итоге способствуют формированию такие отличные субпопуляции (или демы). Видообразование происходит, когда поток генов среди этих демов полностью прекращается.Это можно наблюдать у самых разных морских животных.
— Мгновенное выделение генов: обычно обнаруживается в растениях из-за нерегулярного мейоза, вызывающего полиплоидию и другие проблемы. Когда хромосома в случайно созданной флоре удваивается, в той же среде обитания появляется новый вид.

Естественный отбор — Биологический онлайн-словарь

Естественный отбор
n., Ænætʃəɹəl // səˈlɛkʃən
Процесс, с помощью которого наследуемые черты увеличивают шансы организма на выживание и воспроизводство Авторы: Джеки Малвин, (CC BY-SA 4.0)

Определение естественного отбора

Что такое естественный отбор в биологии? Естественный отбор определяется как природный процесс, посредством которого живые организмы приспосабливаются и изменяются в ответ на условия окружающей среды. А организмы, которые лучше приспособлены к окружающей среде, как правило, выживают дольше и производят больше потомства.

Различные условия склоняют конкретный организм к приобретению адаптивного признака . Затем эти черты будут переданы следующим поколениям.Со временем эти черты станут более распространенными, поскольку они будут преобладать над другими чертами в популяции.

Естественный отбор (определение биологии): процесс в природе, в котором организмы, обладающие определенными генотипическими характеристиками, которые позволяют им лучше адаптироваться к окружающей среде, имеют тенденцию выживать, воспроизводить, увеличивать количество или частоту и, следовательно, способны передавать увековечивают их основные генотипические качества для последующих поколений.

Согласно Urry et al., (2016) естественный отбор относится к дифференциальной выживаемости и воспроизводству особей. Это жизненно важный механизм эволюции, при котором наследственные черты популяции меняются из поколения в поколение.

Основная идея естественного отбора состоит в том, что особи по своей природе изменчивы, а это означает, что каждый из них в чем-то отличается. Эта вариация существует внутри организмов, и изменения происходят в случайных . Он будет передан следующему потомству.

Естественный отбор происходит, когда некоторые из этих изменений помогают организму выжить и производить больше, чем другие, в результате чего их гены со временем становятся более распространенными в популяции.

Поскольку окружающая среда постоянно меняется, ни один организм не считается идеально подходящим или абсолютно адаптированным к своей среде. Он всегда будет избирательным в отношении определенных организмов, обладающих определенными генетическими комбинациями. Это делает естественный отбор важной движущей силой эволюции.

Объяснение естественного отбора

Давайте попробуем понять принципы, лежащие в основе естественного отбора . Даже если родители были идеально адаптированы к окружающей среде, тем не менее, каким-то образом среда меняется, их потомство имеет тенденцию адаптироваться к меняющейся среде, пытаясь выжить, несмотря на ограниченные ресурсы, и выиграть конкуренцию с другими обитателями.К тому времени наиболее приспособленные организмы будут иметь возможность воспроизводиться. В результате те, кто способен выжить, смогут передать свои черты или гены следующему поколению.

Генетическая изменчивость организма заставляет каждого человека немного отличаться. Эти различия побуждают их к большему воспроизводству, создавая индивидуумов, более приспособленных к успеху. Организм без этих генетических приспособлений не будет продолжать воспроизводство. В результате их линии со временем перестают существовать.

Процесс естественного отбора заставляет популяции со временем адаптироваться к окружающей среде. Особи в популяции наследуют черты, которые помогают им выжить в условиях стресса окружающей среды, такие как присутствие хищников и доступность пищи.

Те люди, которые унаследовали эти черты, будут иметь больше потомства в следующем поколении по сравнению с их сверстниками. Эти полезные черты позволят им более эффективно выживать и размножаться.Ресурсы ограничены по своей природе, поэтому люди с благоприятными чертами чаще встречаются из поколения в поколение.

Естественный отбор описывается как дифференциальное воспроизведение . Некоторые организмы, несущие благоприятные генетические варианты, которые, как правило, увеличивают выживаемость, имеют более высокий репродуктивный успех, чем те, которые несут альтернативные генетические варианты. Отбор происходит в результате различий в выживаемости, успешности спаривания, развитии и плодовитости.

Естественный отбор — это процесс, с помощью которого унаследованные черты повышают шансы организма на выживание и воспроизводство.Полезные черты, как правило, предпочтительнее менее полезных.

История естественного отбора

Теория естественного отбора основана на непосредственном наблюдении британского натуралиста Чарльза Дарвина во время путешествия HMS Beagle, который должен был совершить кругосветное путешествие с 1831 по 1836 год. Он увидел, что один и тот же организм проявляет различия во внешнем виде в разных географических точках. К тому времени он частично предположил, что такие физические изменения были адаптацией организмов к окружающей среде.Но до теории естественного отбора Дарвина существовали и другие эволюционные мысли, заслуживающие объяснения.

Жан Батист Шевалье де Ламарк (1744-1829) был первым теоретиком эволюции, публично провозгласившим свою идею о процессе, ведущем к биологическим изменениям. Он был одним из сторонников спонтанного зарождения , теории, которая когда-то была популярной, полагая, что живые организмы возникают спонтанно из неживых материалов и постепенно переходят в более сложную форму, постоянно стремясь к совершенству.( Додарвиновская эволюционная теория , 2015)

Его имени приписывают теорию. Эта теория, известная как ламаркианство , основывалась на идее Ламарка о том, что эволюция происходила главным образом за счет наследования характеристик по мере того, как организмы приспосабливались к окружающей среде. ( Додарвиновская эволюционная теория , 2015)

Он считал, что человеческая раса была конечным продуктом этой целенаправленной эволюции . (Додарвиновская эволюционная теория, 2015)

В книге «Наследование приобретенных персонажей » Ламарк утверждал, что эволюция происходит, когда организм использует часть тела таким образом, что в конечном итоге она изменяется в течение своей жизни.Это изменение может быть унаследовано его потомством.

В качестве примера он объяснил эту теорию на жирафах, которые со временем приобретают длинные шеи. Он считал, что предки жирафов изначально были короткошеими. Поскольку жирафы продолжают вытягивать шеи в поисках листьев для еды, их шеи со временем становились длиннее с каждым поколением. Это изменение формы тела, вероятно, передавалось по наследству.

Другой пример — болотные птицы, такие как цапли и белые цапли.Казалось, они развили свои длинные ноги, вытянув их, чтобы они оставались сухими.

Ламарк также считал, что у организмов могут развиваться новые органы, которые изменяют структуру и функции старых.

Эта теория, однако, уже не так популярна, как когда она была дискредитирована более современными эволюционными идеями и исследованиями. Хотя его теория была неверной, он был инструментом в направлении научных открытий к основанию эволюционной биологии .

Джордж Кювье (1769-1832) был французским ученым, дискредитировавшим книгу Ламарка «Наследование приобретенных персонажей ». Тем не менее он все еще верил, что существовала более ранняя форма жизни. Кювье был первым ученым, задокументировавшим исчезновение древних животных. Он был экспертом по динозаврам. Кювье считал, что « видов были фиксированными и не изменились на » (Браун (2007).

Другой додарвиновской школой мысли была Катастрофизм .Его защитниками-натуралистами были Жозеф Фурье и граф де Бюффон. Теория была основана на идее, что катастрофические события изменили Землю. Катастрофы считают, что Земля возникла как горячий шар из расплавленной породы, который со временем остыл. ( Униформитаризм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Эту школу оспаривал Чарльз Лайель (1797–1875), английский юрист и геолог, когда некоторые натуралисты связывали катастрофизм с Библией. ( Униформитаризм: Чарльз Лайель, 2020 ).

Лайель хотел основать геологию как науку, далекую от богословских аспектов. Таким образом, он обратился к идеям Джеймса Хаттона, которые привели к концепции школы мысли: Униформитаризм .

Лайель утверждал, что на протяжении всего времени Земля претерпевала медленные процессы, а не огромную катастрофу. Эти постепенные процессы, такие как выветривание, осаждение, литификация и т. Д., Преобразовали Землю в том виде, в каком мы ее видим сегодня. Он описал эти природные силы как силу, изменяющую форму поверхности земли.

И Лайель, и Хаттон, однако, рассматривали историю Земли как нечто обширное и беспредметное. Лайель считал, что процессы, изменившие Землю, были единообразными во времени.

С точки зрения истории жизни в этом нет достоинства. Тем не менее эта революционная идея способствовала пониманию Чарльзом Дарвина биологической эволюции в 1830-х годах. Джордж Кювье и Чарльз Лайель категорически отвергли идею биологической эволюции. Кювье не прожил достаточно долго, чтобы узнать о доказательствах эволюции Чарльза Дарвина.Однако Лайель узнал об этом и принял это доказательство в начале 1860-х годов, и он стал другом Чарльза Дарвина. Сегодня наш мир был сформирован случайными катастрофическими событиями. Все эти события, возможно, повлияли на скорость и направление биологической эволюции.

Во время экспедиции Чарльза Дарвина он видел интригующую закономерность в распределении и физических характеристиках организмов. Одним из этих замечательных образцов, которые он заметил, был вид вьюрков на Галапагосских островах.

Эти птицы не были идентичными видами, каждый вид хорошо подходил для своей среды и своей роли. Например, у некоторых птиц, которые едят крупные семена, как правило, большие и жесткие клювы. У других птиц, питавшихся насекомыми, были тонкие и острые клювы. Однако Дарвин не знал, что эти зяблики были родственниками, пока он не представил свой образец орнитологу (биологу птиц).

Постепенно он разработал идею, объясняющую структуру разных зябликов. По его словам, такая картина была возможна, если бы остров Галапагос раньше был заселен птицами с материка.

Зяблики могли медленно адаптироваться к местным условиям в течение длительного периода, что привело к образованию отдельных видов на каждом острове.

С этой идеей Дарвин разработал Теорию эволюции путем естественного отбора . В нем говорится, что виды могут меняться со временем и что новые виды возникают из уже существующих. Следовательно, у видов есть общий предок, который постепенно отошел от первоначального вида и стал новым видом.

Прочтите: Дарвин и естественный отбор (учебник)

Эволюция путем естественного отбора — одна из наиболее подтвержденных теорий в истории науки.В этой теории есть два основных момента. Во-первых, все формы жизни на Земле связаны и связаны. Во-вторых, это разнообразие жизни является продуктом изменений в результате естественного отбора, когда одни черты окружающей среды предпочитали другие. Все это теория естественного отбора Чарльза Дарвина.

Теория эволюции путем естественного отбора Дарвина влечет за собой следующие фундаментальные идеи:

• Признаки часто передаются по наследству. Это означает, что организмы унаследовали черты, позволяющие им выживать и воспроизводиться в данных условиях окружающей среды. Когда особь обладает полезными характеристиками, производит больше потомства и передает его следующему поколению.
• Произведено больше потомства, чем окружающая среда может его поддержать. Таким образом, между населением происходит конкуренция за ограниченные ресурсы. Это соревнование включает нехватку пищевых ресурсов, среды обитания и товарищей. Поскольку полезные черты передаются по наследству, и родители могут передать эти черты своему потомству, эти черты затем становятся более распространенными в популяции.
• Потомство с унаследованными персонажами позволяет им лучше всего соревноваться за ограниченные ресурсы. Эти особи выживут и будут иметь больше потомства, чем те, у которых меньше вариаций, чтобы конкурировать.Поскольку характеристики наследуются, указанные символы будут представлены в следующем поколении. Благодаря этому население будет меняться в следующем поколении. Дарвин назвал этот процесс спуском с модификацией .

Принципы естественного отбора

Как работает естественный отбор? Вот несколько объяснений, которые могут помочь вам лучше это понять.

Первый , естественный отбор зависит от окружающей среды.Он не способствует лучшему признаку, но отдает предпочтение признакам, которые являются полезными для выживания и воспроизводства в определенной области. Характеристики, полезные в одной среде обитания, могут быть вредными для другой.

Вторая , естественный отбор воздействует на существующие наследственные признаки. Эта наследственная дисперсия служит исходным материалом для естественного отбора. В-третьих, наследственные вариации происходят из случайных изменений или мутаций генов. Случайные мутации генов приводят к появлению новых наследуемых вариантов признаков.

Ниже приведены четыре фундаментальных принципа естественного отбора , которые Чарльз Дарвин первоначально изложил в своей книге Происхождение видов :

Вариация : особи в популяции демонстрируют вариативность в поведении и внешнем виде. Это изменение включает цвет, рост, вес и другие характеристики. Каждый индивидуум с благоприятными вариациями изменит частоту черт в популяции. Однако некоторые организмы демонстрируют большее разнообразие, чем другие, из-за специфических условий окружающей среды.В результате эти популяции приобретают очень четкую характеристику. Как, например, бабочки одного вида с разной окраской крыльев. Бабочки, имеющие цвет, похожий на кору дерева, лучше маскируются, чем бабочки другого цвета. Таким образом, бабочки древесного цвета, вероятно, выживут, будут размножаться и передавать свои гены.

Наследование : Унаследованные черты, полезные для выживания, с большей вероятностью будут переданы последующим поколениям. Чтобы происходил естественный отбор, особь должна обладать наследуемой чертой, на которую сильно влияют условия окружающей среды.Считается, что эти полезные черты отобраны или одобрены естественным отбором. Со временем неудачные характеристики исчезнут, а удачные станут более распространенными. Однако, когда различия достаточно высоки, появится новый вид. Мы смотрим на пример галапагосских вьюрков; варианты клювов «отобраны» естественным отбором. Это изменение черт было унаследовано последующими поколениями и стало более обычным явлением, образуя новый особый вид. Таким образом, в целом, лучше адаптированные организмы могут передавать свои полезные характеристики своему потомству по наследству.

Высокие темпы роста населения : Популяции производят больше потомства каждый год, чем может поддержать окружающая среда, что ведет к борьбе за ресурсы. Каждое поколение испытывает значительную смертность, поскольку представители населения борются за ограниченность природных ресурсов. Только тогда выжившая особь может передать характеристики следующему поколению. Большинство видов, которые считаются перепроизводящими, например, рыба откладывает миллионы икры за один раз, но выживает лишь небольшая часть из них.Морские черепахи откладывают от 70 до 190 яиц за раз, но обычно выживает только 1 из 100. Хотя перепроизводство похоже на смертный приговор, в этом есть свои преимущества. У рыб и черепах много хищников, поэтому увеличение добычи также увеличивает шансы на выживание. Это помогает улучшить генетическую линию, поддерживая выживание наиболее приспособленных. Выживут те лучшие люди, которые способны адаптироваться к экологическим проблемам. Лучшие гены будут переданы следующему поколению, что сделает вид в целом сильнее.

Репродуктивное преимущество : Означает, что видимые выраженные характеристики организмов могут изменяться с течением времени. Эти преимущества передаются потомству и приносят репродуктивную пользу популяции, имеющей благоприятный признак. Наличие положительных черт означает, что в следующем поколении этих черт будет больше. Например, у павлина великолепный длинный хвост, который привлекает самок и дает им репродуктивное преимущество. Бабочки, которые маскируются под кору дерева, чтобы избежать хищников и способны к размножению, дают им преимущество в выживании.Что касается растений, они увеличивают спектр потенциальных опылителей, давая растениям репродуктивное преимущество. При репродуктивном преимуществе необходимо учитывать такие факторы, как выбор партнера и половой отбор, поэтому репродуктивное преимущество отличается от приспособленности. Родительская забота также является важным фактором, поскольку лучшая забота о потомстве часто дает преимущество в дальнейшей жизни. Однако его количественно определяют по поколениям, поскольку организмы нивелируют влияние изменений в течение одного года или сезона размножения.

Естественный отбор — одна из основных движущих сил эволюции. Естественный отбор выбирает черты, которые будут передаваться с большей частотой от одного поколения к другому, когда они улучшат приспособленность организма к окружающей среде.

Принципы эволюции

Каковы четыре принципа эволюции? Как эти принципы реализуются в естественном отборе? Четыре принципа эволюции Чарльза Дарвина представлены ниже.

Конкуренция : Каждое поколение производит больше людей в данной среде. Однако эти люди конкурируют друг с другом за природные ресурсы. Ресурсы, которые заставляют их выжить и имеют шанс передать свои гены следующему поколению. Более того, конкуренция может быть внутривидовой или межвидовой . Внутривидовая конкуренция происходит между представителями одного и того же вида. Например, две ящерицы одного вида соревнуются за спаривание на одной территории.Такая конкуренция — общий фактор естественного отбора, который приводит к лучшей адаптации организма в популяции. Другой тип — межвидовое соревнование , в котором соревнуются представители двух разных видов. Например, хищники разных видов на одной территории соревнуются за одну и ту же добычу. Этот тип конкуренции может привести к вымиранию других видов. Если этот вид менее адаптирован и получает меньше ресурсов, чем нужно двум разным видам.

Наследственные различия : Генетические или характерные различия могут быть обнаружены внутри отдельных особей в популяции.Эти различия проявляются как в видимых, так и в невидимых чертах, которые могут быть полезными или нет. В таком случае вариация является предпочтительной и существенной, поскольку она обеспечивает более высокий шанс выживания вида. Более того, наследственность — это концепция, которая подразумевает, насколько вариативность данного признака соответствует генетической вариативности. Считается, что он специфичен для одной популяции в той же среде и со временем меняется по мере изменения обстоятельств. Как, например, меланизм перечной мотылька в Англии.Индустриализация приводит к загрязнению воздуха в этом районе, сажа с заводов делает деревья темнее. Мы знаем, что раньше у пяденицы был светлый цвет, который сочетал в себе кору дерева и лишайники. В этом случае темной бабочки стало больше, чем светлой бабочки, поскольку последняя стала уязвимой для хищников.

Выживание наиболее приспособленных : Генетическая изменчивость человека, как правило, хорошо подходит к окружающей среде для выживания и воспроизводства. Под фитнесом понимаются полезные качества — выносливость, сила, скорость, социальные навыки, интеллект и т. Д.которые помогают организмам выжить. Хотя силы, влияющие на выживание, не были одинаковыми для людей, всегда были различия. Эти вариации придавали бы пригодность другим. Мы снова посмотрели на пример с пяденицей перечной; темная моль становится более приспособленной к изменяющейся среде. По мере роста приспособленности темного мотылька он смог выживать и воспроизводить потомство. Хотя количество светлых пядениц уменьшается, физическая форма для них неблагоприятна. Фитнес означает выживание и размножение в определенной среде.

Происхождение с модификацией : Образование нового вида от общего предка в результате репродуктивной изоляции. Существует отклонение генетических характеристик, которые позволяют организмам отчетливо происходить от общего предка. Например, у популяции черепах на острове Галапагос шея длиннее, чем у черепах, обитающих на засушливых низинах. Выбраны длинношеие черепахи, потому что они могут дотянуться до большего количества листьев и получить доступ к лучшей пище. Когда наступает засуха, на островах будет меньше листьев.Те, кто может схватить больше листьев, имеют больше шансов выжить, чем те, кто не смог добраться до листьев. В результате у черепах с длинной шеей больше шансов добиться репродуктивного успеха. К тому времени черта длинной шеи будет передана их потомству. Со временем в популяции будут доступны только длинношеие черепахи. Поскольку черты наследуются, эти черты будут представлены в следующем поколении. Затем это приведет к изменению популяции на протяжении поколений посредством процесса, называемого «происхождение с модификацией».

Типы естественного отбора

Какие существуют типы естественного отбора? Давайте узнаем ниже.

Это происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение промежуточным состояниям персонажа , а не крайним вариациям персонажа, чтобы выжить . Как, например, высота растений, маленькое растение получало меньше солнечного света по сравнению с высоким растением. Однако высокие растения уязвимы перед ветром.Учитывая эти два давления, растение будет поддерживать среднюю высоту. Со временем количество мелких и высоких растений уменьшается, а количество средних растений продолжает расти. В этом сценарии растения проходят стабилизирующий отбор. Разнообразие растений уменьшается, поскольку популяция стабилизируется на определенном значении признака — средние растения. Этот тип выбора подталкивает черту к среднему, а не к крайним значениям. Проще говоря, заявлено, что причина стабилизирующего отбора увеличивала репродуктивный успех среднего человека.Эти крайние черты имеют тот или иной недостаток, а значит, сниженное воспроизводство.

При направленном отборе это происходит , когда предпочтение отдается одному фенотипу, в результате чего частота смещается в одном направлении . Распределение популяционных признаков изменится в сторону другого крайнего признака. В данном случае классический пример — это пяденица в Англии. До промышленной революции перечная пяденица имела естественный светлый цвет, чтобы гармонировать со светлыми деревьями и лишайниками.Однако, когда загрязнение воздуха промышленными предприятиями делает деревья более темными. Светлые бабочки на затемненных деревьях становятся уязвимыми для хищников. Мотыльки пернатые со временем меняют цвет, становясь темнее, маскируя темные деревья. Число более темных бабочек увеличивается, поскольку у них более высокая выживаемость в местообитаниях, подверженных загрязнению воздуха. Когда среда часто меняется, популяция подвергается направленному отбору. Таким образом, происходит сдвиг популяционной генетической дисперсии в сторону фенотипической дисперсии нового соответствия.Когда характеристика попадает на один конец, а другой фенотипический спектр предпочтительнее других, отбор является направленным.

Этот тип отбора удаляет человека из центра фенотипического распределения. Это происходит, когда естественный отбор благоприятствует обеим крайним непрерывным вариациям . При таком выборе распределение становится бимодальным. Два крайних варианта станут более распространенными, что в конечном итоге приведет к появлению двух новых различных видов.Как, например, окраска позволяет организму соответствовать или смешивать фон, чтобы предотвратить распознавание хищниками. В случае с устрицами светлые устрицы более скрыты, чем устрицы промежуточного цвета. С другой стороны, темные устрицы сливаются с тенями скал. Следовательно, устрицы промежуточного цвета более уязвимы для употребления в пищу крабами. Устрицы светлого и темного цвета выживут и будут воспроизводиться. Этот тип выбора, который дает больше вариаций, называется полиморфизмом.

Говорят, что организм, который более способен обеспечивать самок, более приспособлен к окружающей среде. Наличие определенной черты у представителей одного пола может каким-то образом вызвать влечение к противоположному полу. Как, например, у мух Drosophila , некоторые из них имеют желтую окраску тела в результате спонтанной мутации . Напротив, у других нормальная желтовато-серая пигментация. Желтовато-серая окраска самцов мух более предпочтительна, чем самцы желтого цвета.Другой пример — олени (самцы). Рога оленей повышают мастерство в соревнованиях. Таким образом, в состязании силы те, у кого рога лучше, имеют преимущество выиграть и обеспечить себе пару. Таким образом, половой отбор приводит к увеличению размера и агрессивности самцов. Конечная цель полового отбора — размножение, при котором особь должна максимально увеличить способность получить партнера и произвести жизнеспособное потомство. Половой отбор также называют неслучайным дифференциальным воспроизводством в результате различного доступа к половым и репродуктивным родам.Как, например, павлиний хвост, когда половой отбор способствует развитию заметных структур ухаживания, тогда он увеличивает успех спаривания.

Этот тип естественного отбора представляет собой взаимодействие между организмами, при котором хищник захватывает и съедает часть или все тело другого организма — жертву . Хищники и жертвы часто обладают выгодными чертами, возникающими в результате естественного отбора, которые помогают им лучше работать в окружающей среде.Как, например, жертва имеет защитную адаптацию, чтобы убежать от хищников. Эти защиты различаются по природе, могут быть химическими, механическими и поведенческими. Например, многоножка обладает как химической защитой, так и защитой тела. Он производит ядовитое вещество и сворачивается в защитный мяч при угрозе. Многие организмы использовали свою окраску или форму тела, чтобы избежать хищников. Например, хамелеон меняет цвет, чтобы смешать свое окружение. Со временем процесс естественного отбора может изменить организм, сделав его лучшими хищниками и более защитной добычей.В любом случае адаптация меняет всю динамику хищник-жертва. Если организм не может адаптироваться с соответствующей защитой, он может каким-то образом исчезнуть. Отношения хищник-жертва часто образуют «эволюционную гонку вооружений», которая развивается, чтобы противостоять друг другу.

Этот тип естественного отбора предполагает альтруистическое поведение. Родственный отбор происходит, когда естественный отбор отдает предпочтение чертам или характеру, которые приносят пользу родственным членам группы.Например, рабочие пчелы проявляют альтруистическое поведение, тратя всю свою жизнь на работу в улье, но никогда не имеют возможности воспроизводить потомство самостоятельно. Однако все пчелы в ульях — близкие родственники. Признаки рабочих пчел передаются следующему поколению косвенно через матку. Таким образом, матка произвела больше родственных потомков, что привело к более высокой приспособленности рабочей пчелы, хотя она никогда не воспроизводила напрямую. Похоже, что поведение рабочего не будет поддерживаться или поддерживаться естественным отбором.Потому что любой фактор, вызывающий такое поведение, скорее всего, будет исключен из населения. Поскольку дифференциальный репродуктивный успех зависит не от рабочих пчел, а от матки.

Примеры естественного отбора