Вопросы и упражнения

1. Какие явления могут воздействовать на динамику популяции?
Ответ:
На динамику популяции могут воздействовать различные факторы и явления, включая:
1. Рождаемость и смертность - количество новорожденных и умерших особей в популяции;
2. Миграция - перемещение особей между популяциями;
3. Конкуренция - борьба между особями за доступ к ресурсам;
4. Хищничество - поедание одними видами других, менее защищенных видов;
5. Патогенные факторы - воздействие на популяцию болезнетворных микроорганизмов и паразитов;
6. Абиотические факторы - воздействие на популяцию факторов окружающей среды, таких как климатические изменения, пожары, наводнения, засухи и т.д.
Все эти факторы взаимодействуют между собой и могут приводить к колебаниям численности популяции и изменению ее структуры в течение времени.

2. Какие возможные механизмы регуляции популяционной динамики вам известны?
Ответ:
Существует несколько возможных механизмов регуляции популяционной динамики:
1. Конкуренция: борьба между особями одного вида за ограниченные ресурсы может привести к ограничению роста популяции.
2. Хищничество: наличие хищников может ограничивать численность жертвенных популяций, что в свою очередь может повлиять на популяционную динамику.
3. Паразитизм: паразиты могут приводить к смертности хозяина, ограничивая таким образом численность популяции.
4. Эпидемии: быстрые распространения инфекционных заболеваний могут привести к массовой гибели особей в популяции.
5. Миграция: переселение особей из одной популяции в другую может влиять на численность популяции.
6. Дисперсия: расселение особей в пространстве может привести к изменению плотности популяции.
7. Климатические факторы: изменения климата могут привести к изменению условий среды, что может повлиять на популяционную динамику.
8. Генетические факторы: изменения в генетическом составе популяции могут повлиять на ее популяционную динамику, например, если это приведет к увеличению частоты редких генов.

3. От каких динамических показателей зависит численность популяции?
Ответ:
Численность популяции зависит от следующих динамических показателей:
1. Рождаемость - сколько новых особей рождается в популяции за единицу времени.
2. Смертность - сколько особей погибает в популяции за единицу времени.
3. Миграция (иммиграция и эмиграция) - какие изменения происходят в численности популяции из-за поступления новых особей из других популяций или ухода особей в другие популяции.
4. Размер популяции на начало периода - сколько было особей в популяции на начало рассматриваемого периода.
5. Другие факторы, такие как болезни, климатические условия, наличие пищи и т.д. могут также влиять на численность популяции, но они часто связаны с одним или несколькими из вышеперечисленных динамических показателей.

4. Чем определяется экспоненциальный рост популяции?
Ответ:
Экспоненциальный рост популяции определяется доступностью ресурсов, необходимых для выживания и размножения популяции, а также отсутствием значительных ограничений для роста. Если популяция имеет достаточно ресурсов и не сталкивается с ограничивающими факторами, то она может расти экспоненциально, т.е. удваиваться, утраиваться и т.д. в короткие промежутки времени.
Важно понимать, что ресурсы не являются бесконечными, и что факторы, ограничивающие рост популяции, могут появиться. Например, если популяция выросла настолько, что ресурсы стали недостаточными, это может привести к снижению скорости роста или даже к уменьшению численности популяции. Также могут возникнуть другие ограничения, такие как конкуренция за ресурсы, появление новых хищников или болезней.
Поэтому, в реальных условиях, экспоненциальный рост популяции является временным явлением, и в итоге популяция достигнет устойчивого уровня, который может поддерживаться имеющимися ресурсами и условиями. Это называется экологической ёмкостью популяции.

5. В чём принципиальные различия моделей Ферхюльста и Мальтуса?
Ответ:
Модель Мальтуса предполагает, что рост популяции происходит экспоненциально, то есть пропорционально текущему размеру популяции. Эта модель основана на идее, что популяция будет расти неограниченно, если не будут присутствовать ограничения, такие как конкуренция за ресурсы или заболевания. Модель Мальтуса описывает условия, при которых популяция может расти до бесконечности.
Модель Ферхюльста предполагает, что рост популяции уменьшается с увеличением численности, так как популяция сталкивается с ограниченностью ресурсов. Она описывает зависимость скорости роста популяции от текущей плотности популяции. Согласно модели Ферхюльста, популяция может расти быстро в начале, но скорость роста будет постепенно снижаться, когда достигнута экологическая ёмкость - максимальная численность, которую может поддерживать среда.
Таким образом, основное различие между моделями Ферхюльста и Мальтуса заключается в том, что модель Мальтуса предполагает неограниченный рост популяции, в то время как модель Ферхюльста учитывает ограничения ресурсов и возможности среды поддерживать определенную численность популяции.

6. Определите абиотические факторы вашей местности, которые могут значительно влиять на изменения численности популяций (на порядки).
Ответ:

Задачи

7. Рассчитайте численность популяции по модели Мальтуса для следующих ситуаций:
а) кишечная палочка (r = 2,5 на особь за час) при N₀ = 1 — через 1 ч, 10 ч, 1 сутки;
б) инфузория-туфелька (r = 0,94 на особь за сутки) при N₀ = 10 — через 12 ч, 1 сутки, 10 дней;
в) чёрная крыса (r = 0,0147 на особь за сутки) при N₀ = 10 — через 10, 100 и 1000 дней.
Сравните полученные значения и попытайтесь их объяснить.
Ответ:
а) Кишечная палочка:
- Через 1 час: N = 1 * e^(2,5*1) ≈ 4,48
- Через 10 часов: N = 1 * e^(2,5*10) ≈ 22026,47
- Через 1 сутки (24 часа): N = 1 * e^(2,5*24) ≈ 1238518,99
б) Инфузория-туфелька:
- Через 12 часов: N = 10 * e^(0,94*12/24) ≈ 14,94
- Через 1 сутки (24 часа): N = 10 * e^(0,94*24/24) ≈ 19,12
- Через 10 дней (240 часов): N = 10 * e^(0,94*240/24) ≈ 30576,32
в) Чёрная крыса:
- Через 10 дней: N = 10 * e^(0,0147*10) ≈ 10,74
- Через 100 дней: N = 10 * e^(0,0147*100) ≈ 231,03
- Через 1000 дней: N = 10 * e^(0,0147*1000) ≈ 4989110,06
Можно заметить, что скорость роста (r) у кишечной палочки наибольшая, поэтому ее численность возрастает очень быстро. У инфузории-туфельки скорость роста ниже, чем у кишечной палочки, но все же она возрастает довольно быстро. У чёрной крысы скорость роста наименьшая, поэтому ее численность возрастает очень медленно. Также стоит отметить, что при одинаковом временном интервале (например, сутки) численность кишечной палочки вырастает на несколько порядков выше, чем численность инфузории-туфельки, а численность чёрной крысы почти не меняется. Это связано с разными значениями скорости роста у этих видов.

8. Основываясь на параметрах предыдущей задачи, оцените время удвоения численности в соответствии с моделью Мальтуса для тех же видов. Сравните полученные значения и попытайтесь их объяснить.
Ответ:
Время удвоения численности популяции - это время, за которое численность популяции увеличивается в два раза. Данное время можно рассчитать по формуле: t2 = ln(2)/r, где ln - натуральный логарифм, r - скорость роста популяции.
Для кишечной палочки скорость роста на особь составляет 2,5 за час, поэтому время удвоения численности будет равно ln(2)/2,5, что примерно равно 0,277 часа.
Для инфузории-туфельки скорость роста на особь составляет 0,94 за сутки, поэтому время удвоения численности будет равно ln(2)/0,94, что примерно равно 0,737 суток.
Для чёрной крысы скорость роста на особь составляет 0,0147 за сутки, поэтому время удвоения численности будет равно ln(2)/0,0147, что примерно равно 47,09 суток.
Можно заметить, что у кишечной палочки время удвоения численности наименьшее, что означает, что ее численность растет очень быстро. У инфузории-туфельки время удвоения численности больше, чем у кишечной палочки, но все же она удваивается быстрее, чем у чёрной крысы. У последней время удвоения численности наибольшее, что означает, что ее численность растет очень медленно. Это связано с тем, что скорость роста популяции у этих видов различна.

Точка зрения

9. Модели Мальтуса и Ферхюльста далеко не полностью отражают процессы, происходящие в природных популяциях. Какие свойства популяции необходимо учитывать в моделях динамики популяций видов, у которых поколения не перекрываются, и видов с перекрывающимися поколениями?
Ответ: