Сделай Сам Свою Работу на 5

Основные характеристики популяций





Структура популяции

 

Видом называют совокупность особей, сходных по основным морфологическим и функциональным признакам, кариотипу, поведенческим реакциям, имеющих общее происхождение, заселяющих определенную территорию (ареал), в природных условиях скрещивающихся исключительно между собой и при этом производящих плодовитое потомство.

Видовая принадлежность особи определяется по соответствию ее перечисленным критериям: морфологическому, физиолого-биохимическому, цитогенетическому, этологическому, экологическому и др. Наиболее важные признаки вида — его генетическая (репродуктивная) изоляция, заключающаяся в нескрещиваемости особей данного вида с представителями других видов, а также генетическая устойчивость в природных условиях, приводящая к независимости эволюционной судьбы.

Важнейшим фактором объединения организмов в виды служит половой процесс. Представители одного вида, скрещиваясь друг с другом, обмениваются наследственным материалом. Это ведет к перекомбинации в каждом поколении генов (аллелей), составляющих генотипы отдельных особей. В результате достигаются нивелировка различий между организмами внутри вида и длительное сохранение основных морфологических, физиологических и прочих признаков, отличающих один вид от другого. Благодаря половому процессу происходит также объединение генов (аллелей), распределенных по генотипам разных особей, в общий генофонд (аллелофонд)1 вида. Этот генофонд заключает в себе весь объем наследственной информации, которым располагает вид на определенном этапе его существования.



В природных условиях организмы одного вида расселены неравномерно. Имеет место чередование участков повышенной и пониженной концентрации особей (см. рис.).

В результате вид распадается на группировки или популяции, соответствующие зонам более плотного заселения. «Радиусы индивидуальной активности» отдельных особей ограничены.

Вероятность случайных скрещиваний (панмиксии), обусловливающих эффективную перекомбинацию генов из поколения в поколение, внутри «сгущений» оказывается выше, чем в зонах между ними и для вида в целом. Таким образом, в репродуктивном процессе генофонд вида представлен генофондами популяций.



Популяцией называют минимальную самовоспроизводящуюся группу особей одного вида, населяющих определенную территорию (ареал) достаточно долго (в течение многих поколений). В популяции фактически осуществляется сравнительно высокий уровень панмиксии, и она в определенной степени отделена от других популяций той или иной формой изоляции.

Численность особей в популяциях организмов разных видов различается. Существуют минимальные значения численности, при которых популяция способна поддерживать себя во времени. Сокращение численности ниже этого минимума приводит к вымиранию популяции.

 

Основные характеристики популяций

Численность и плотность – основные параметры популяции.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Динамика численностии плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень важно для прогнозов состояния популяций.

Рождаемость различают абсолютную и удельную.

Абсолютная рождаемость– это количество новых особей, появившихся за единицу времени.

Удельная рождаемость– то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции).



Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной (количество особей, погибших за определенное время), так и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Различают три типа смертности:

- одинаковый на всех стадиях развития; встречается редко, в оптимальных условиях;

- повышенная смертность в раннем возрасте;

- высокая смерть в старости.

Стабильные, растущие и сокращающиеся популяции.Популяция приспосабливается к изменению условий среды путем обновления и замещения особей, т.е. процессами рождения и убывания, дополняемыми процессами миграции. В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности близки, сбалансированы. Они могут быть непостоянны, но плотность популяции незначительно отличается от какой-то средней величины. Ареал вида при этом ни увеличивается, ни уменьшается.

В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения, особенно у мелких животных. Нередко растущими становятся популяции крупных животных в условиях заповедного режима или интродукции (лось в Ленинградской области, ондатра в Восточной Европе, домашние кошки в отдельных семьях). При переуплотнении популяции начинается дифференциация особей по размерам и жизненному состоянию, самоизреживание популяций, начинается миграция на сопредельные свободные участки.

Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного предела, а затем рождаемость (плодовитость) вновь повышается и популяция из сокращающейся становится растущей.

Структура популяций. Под демографической структурой популяции, прежде всего, понимают ее половой и возрастной состав. Кроме того, принято говорить о пространственной структуре популяции - то есть об особенностях размещения особей популяции в пространстве.

Знание структуры популяции позволяет исследователю сделать выводы о ее благополучии или неблагополучии. Например, если в популяции отсутствуют генеративные (то есть способные дать потомство) особи и при этом много старовозрастных (сенильных) особей, то можно сделать неблагоприятный прогноз. У такой популяции может не быть будущего. Структуру популяции желательно изучать в динамике: зная ее изменение в течение нескольких лет, можно намного более уверенно говорить о тех или иных тенденциях.

Возрастная структура популяции. Этот тип структуры связан с соотношением особей различных возврастов в популяции. Особи одного возраста принято объединять в когорты, то есть возрастные группы.

 

Половая структура популяции. Половая структура, то есть соотношение полов, имеет прямое отношение к воспроизводству популяции и ее устойчивости.

Принято выделять первичное, вторичное и третичное соотношение полов в популяции. Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом. Например, у человека XY-хромосомы определяют развитие мужского пола, а XX - женского. В этом случае первичное соотношение полов 1:1, то есть равновероятно.

Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных). Оно может существенно отличаться от первичного по целому ряду причин: избирательность яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X- или Y-хромосому, неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению, различными внешними факторами. Например, зоологами описано влияние температуры на вторичное соотношение полов у рептилий. Аналогичная закономерность характерна и для некоторых насекомых. Так, у муравьев оплодотворение обеспечивается при температуре выше 20 С, а при более низких температурах откладываются неоплодотворенные яйца. Из последних вылупляются самцы, а из оплодотворенных - преимущественно, самки.

Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.

 

Пространственная структура популяции. Пространственная структура популяции отражает характер размещение особей в пространстве.

Выделяют три основных типа распределения особей в пространстве:

· единообразное (особи размещены в пространстве равномерно, на одинаковых расстояниях друг от друга), тип также носит название равномерного распределения;

· конгрегационное, или мозаичное (то есть "пятнистое", особи размещаются в обособленных скоплениях);

· случайное, или диффузное (особи распределены в пространстве случайным образом).

Равномерное распределение встречается в природе редко и чаще всего вызвано острой внутривидовой конкуренцией (как, например, у хищных рыб).

Случайное распределение можно наблюдать только в однородной среде и только у видов, которые не обнаруживают никакого стремления к объединению в группы. Как хрестоматийный пример равномерного распределения, обычно приводят распределение жука Tribolium в муке.

Распределение группами встречается намного чаще. Оно связано с особенностями микросреды или с особенностями поведения животных.

Пространственная структура имеет важное экологическое значение. Прежде всего, определенный тип использования территории позволяет популяции эффективно использовать ресурсы среды и снизить внутривидовую конкуренцию. Эффективность использования среды и снижение конкуренции между представителями популяции позволяют ей укрепить свои позиции по отношению к другим видам, населяющим данную экосистему.

Другое важное значение пространственной структуры популяции состоит в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции. Без определенного уровня внутрипопуляционных контактов популяция не сможет выполнять как свои видовые функции (размножение, расселение), так и функции, связанные с участием в экосистеме (участие в круговоротах веществ, создание биологической продукции и так далее).

Свойства популяции: самовоспроизводство, изменчивость, взаимодействие с другими популяциями, устойчивость.

 

Популяционные волны — колебания численности особей в популяциях, возникающие под влиянием биотических и абиотических факторов (например, весенние и осенние волны простудных заболеваний, вызванные сезонными колебаниями численности микроорганизмов; увеличение или уменьшение кормовых ресурсов для популяций хищников; разрушение биогеоценозов человеком; природные катастрофы — засухи, наводнения и т.п.).

Колебания численности носят случайный и ненаправленный характер. Популяционные волны приводят к случайным изменениям генетической структуры популяции, т.е. являются «поставщиком» эволюционного материала для естественного отбора.

Численность населения за исторический период в целом возросло. В эпоху неолита она составляла примерно 5 млн., в период появления городов - 10 - 20 млн., во времена Римской империи на начало новой эры - 200 млн., в 1600 г. - 500 млн., в 1800 г. - 1 млрд, в настоящее время - свыше 7 млрд. На фоне общей тенденции к увеличению численности имели место отдельные снижения этого показателя вследствие особенно опасных заболеваний. Во время эпидемии чумы в XIV в. в Европе погибло более 25 млн. лиц и 35 млн. - в Азии. Чума вошла в историю культурных народов под названием «черная смерть» и была жесточайшей из всех описанных эпидемий. Пандемия гриппа («испанка»), которая началась в начале 1918 г. во Франции, а затем перешла на Испанию и быстро распространилась, унесла 20 млн. человек. В 1972 - 1973 гг. гриппом переболело около 2,5 млрд. человек.

Периодические колебания численности населения в прошлом на больших и малых территориях меняли его плотность, вызвали миграции и влияли на генофонды человеческих популяций.

 

Дрейф генов - процесс случайного ненаправленного изменения частот аллелей в популяции при небольшой ее численности.

Значение дрейфа генов: уменьшается доля наследственной изменчивости в популяции и возрастает ее генетическая однородность (разные популяции, обитающие в сходных условиях, могут в результате этого утратить свое первоначальное сходство);

в популяции вопреки естественному отбору может сохраняться мутантный ген, снижающий жизнеспособность особей.

Мутационный процесс, миграция, популяционные волны, изоляция, дрейф генов в популяциях нарушают генетическое равновесие. Социальность человека вносит в их действие определенную специфику.

Мутационный процесс. Мутационный процесс у человека, как и у других организмов, ведет к возникновению вредных аллелей. В связи с реализацией международной программы "Геном человека" установлено, что число известных на январь 2000 года менделевских наследственных болезней составляет 11062. Спонтанная частота болезней этого типа равна 2,40%, в том числе: 1,50% аутосомно-доминантных, 0,75% аутосомно-рецессивных и 0,15% сцепленных с Х-хромосомой. Частота хромосомных и геномных мутаций намного выше.

41,50% всех беременностей прерывается спонтанными абортами;

в связи с хромосомными нарушениями количество прерванных беременностей - 5-6%, (это в 10 раз больше от количества детей, родившихся живыми с хромосомными синдромами (0,5-0,6% среди живорожденных)).

Спонтанная частота мутаций зависит от возраста родителей, особенно мужчин. В женщин после 35 лет резко повышается (до 10 раз) вероятность рождения детей с хромосомными мутациями (синдром Дауна).

В настоящее время мутационный процесс у человека происходит на фоне повышенной концентрации мутагенных факторов, созданных производственной деятельностью самого человека.

Исследования по радиационной генетики показали, что не существует пороговой генетически безопасной дозы ионизирующих излучений. Это означает, что индукция мутаций происходит при любых дозах, а с увеличением дозы пропорционально возрастает число мутаций. Генетический эффект малых доз суммируется. Сведения о частоте индуцированных ионизирующими излучениями мутаций у человека очень ограничены.

Для оценки риска облучения используют модель человек/мышь, которая базируется на оценке спонтанного мутационного процесса у человека и индуцированного радиацией мутагенеза мыши. Средняя частота спонтанных мутаций у человека, установленная при анализе отобранных 26 доминантных болезней, связанных с аутосомнымы генами (135 локусов),

равна 2,93 ± 0,64х 10-6 на локус. Средняя частота мутации определенных локусов при хроническом воздействии ионизирующих излучений низких доз равна у мыши 0,35 ± 0,09 х 10-5 на 1 Грей. Отношение спонтанной частоты мутагенеза у человека к частоте индуцированных мутаций у мыши дает величину 0,84 ± 0,31 Гр, которую называют дозой, которая удваивает число спонтанных мутаций у человека. По ориентировочным данным, доза 1 Гр, полученная при низком уровне радиации мужчинами, индуцирует от 1000 до 2000 мутаций с серьезными фенотипных последствиями на каждый миллион живых новорожденных. У женщин эта цифра ниже - 900. Существует естественная радиация, воздействие которой постепенно накапливается в течение жизни. Все ионизирующие излучения характеризуются биологическим действием. Проникая через ткани человеческого организма, они передают свою энергию атомам в этих тканях, вызывают их возбуждение и ионизацию.

Особенно чувствительными являются пролиферирующие ткани - лимфоидные и кроветворные. Ионизирующее облучение действует на все компоненты клетки, но особенно уязвимы хромосомы ядра. В молекулах ДНК возникают разрывы, появляются хромосомные аберрации; число точечных мутаций возрастает в линейной зависимости от дозы и эффекта положения генов. Любое применение ионизирующего излучения требует соблюдение правил радиационной безопасности и противолучевой защиты пациентов и медперсонала.

Врач должен знать, что мутации в половых клетках могут передаваться потомкам, а соматические мутации дают начало мутантного клона клеток и это может привести к онкологическим заболеваниям. Перечень мутагенных для человека химических факторов включает вещества из промышленного окружения: ацетальдегид, бензол, тяжелые металлы (кадмий, никель, ртуть, свинец), формальдегид, бытовые средства (Адгезивные аэрозоли, лаки, краски), эпоксидные смолы и тд. В сельском хозяйстве мутагенным действием обладают инсектициды (малатион, трихлорфон, метилпаратион), пестициды (фталафос, гардона, валексон, ДДТ). Врач должен также знать, что мутагенное действие имеют некоторые лекарственные препараты, в том числе: цитостатики (Уретан, Сарколизин), противосудорожные препараты, наркозные газы, психотропные (клозепин), хлоридин, хлорпропанамид, метилксантины (кофеин), фуросемид, хлоралгидрат и др.. Мутации могут вызываться биологическими факторами (вирусы, живые вакцины), неполноценным питанием (экзогенные факторы), а также гистамином, стероидными гормонами, которые вырабатываются в организме человека (эндогенные факторы). С целью профилактики мутагенеза с 1979 г. каждое химическое соединение, которое перед его внедрением в широкое применение (лекарства, красители, пластмассы, пищевые добавки), испытываются на мутагенный эффект. Ведутся также поиски антимутагенов, но их число по сравнению с количеством мутагенных загрязнителей, невелико.

 

Миграция. Миграционные процессы населения за последние времена увеличились. Их последствиями является появление смешанных браков. Миграция (поток генов) ведет к изменениям генофондов как в популяциях, из которых население мигрировало, так и в популяциях, куда оно иммигрировало.

Так, в результате массового переселения народов с востока Азии в Европу в период между 500 и 1500 гг. изменилась частота генов, определяющих группу крови по системе MNS. Вместе с проникновением восточных народов повышалась частота гена 7s. Этот ген практически отсутствует у коренного населения Пиренейского полуострова, а в районе Астрахани его частота достигает 30%.

Изоляция. Причины изоляции человеческих популяций разные: географические, национальные, расовые, религиозные. Известны изоляты в современных многомиллионных городах. Речь идет не о географической, а о расовой, национальной, религиозной формах изоляции. Основным результатом изоляции является ограничение численности популяции. В немногочисленных популяциях неизбежно возрастает процент родственных браков (инбридинг) и проявляется дрейф генов.

Изолированные популяции отличаются частотами определенных аллелей. Например, полярное племя эскимосов вблизи Туле на севере Гренландии (271 человек) в течение многих поколений находилось в полной изоляции и с тех пор, пока не встретилось с другим племенем эскимосов, считавшего себя единственными жителями на Земли. Выяснилось, что это племя существенно отличается от главных популяций эскимосов по частоте аллелей групп крови. В более крупных популяциях эскимосов частота аллеля IА составляла 27-40%, а в популяции полярных эскимосов - 9%. Вместе с тем частота аллеля I0 в популяции полярных эскимосов составляла 84%, в других - 49-70%.

Медико-генетическим следствием изоляции является увеличение частоты наследственных заболеваний, обусловленных рецессивными генами. Так, в одной деревне в Швейии (в долине р. Рона) среди 2200 жителей насчитывалось 50 глухонемых, а 200 человек имели генетически обусловленные дефекты слуха.

В XX веке возросла тенденция к распаду изолятов вследствие миграционных процессов, развития транспорта, социального прогресса, следствием чего является нивелирование изолированности распространения аллелей в человеческих популяциях.

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.