Структура популяции в биологии: разбор заданий ЕГЭ

Популяция — это совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию.

Представь себе всех белок, живущих в одном крупном городском парке. Они свободно скрещиваются между собой, но почти не контактируют с белками из других лесов. Эта локальная группа особей считается популяцией.

В биологии популяция выступает элементарной единицей эволюции. Отдельный организм не может эволюционировать в течение своей жизни, так как его генотип остаётся неизменным от рождения до смерти. Изменения накапливаются в череде поколений при скрещивании организмов. В группе организмов возникают новые мутации, происходит обмен генами и действует естественный отбор. Эволюционные изменения всегда начинаются на популяционно-видовом уровне.

Любую группу организмов можно описать с помощью количественных показателей.

Численность означает абсолютное число особей, обитающих в границах определённого ареала. Например, в озере обитает ровно 500 карасей.

Плотность показывает отношение числа организмов к единице площади или объёма. Если эти 500 карасей живут в пруду объёмом 10 000 кубических метров, плотность составит 0,05 особи на кубический метр воды.

К статическим характеристикам также относят:

• Рождаемость — количество организмов, появившихся на свет за определённый отрезок времени;
• Смертность — количество организмов, погибших за аналогичный период;
• Прирост — разница между показателями рождаемости и смертности. Положительный прирост говорит о том, что рождаемость превышает смертность, в результате чего размер группы увеличивается.

Эта тема часто встречается на экзамене. Каждую группу особей анализируют по нескольким критериям.

Половая структура

Этот критерий отражает соотношение самцов и самок. Биологи выделяют три этапа формирования этого соотношения:

1. Первичное соотношение. Формируется в момент оплодотворения и обычно составляет один к одному.
2. Вторичное соотношение. Наблюдается к моменту рождения или вылупления потомства. Оно может сдвигаться из-за разной выживаемости эмбрионов мужского и женского пола.
3. Третичное соотношение. Фиксируется среди взрослых особей. Самцы многих видов чаще гибнут в драках за самку или территорию, поэтому среди взрослых животных могут преобладать самки.

Возрастная структура

Соотношение поколений удобно анализировать с помощью возрастных пирамид. В биологии выделяют три варианта развития событий.

• Растущая группа. Фундамент пирамиды широкий, так как преобладает молодняк. У такой группы есть огромный потенциал к расширению.
• Стабильная группа. Рождаемость полностью компенсирует естественную убыль, численность остаётся на одном уровне.
• Вымирающая группа. Преобладают старые особи, вышедшие из репродуктивного возраста. Такая ситуация ведёт к сокращению численности организмов.

Пространственная структура

Живые организмы по-разному распределяются по своей территории. Существуют три основных типа распределения.

• Равномерное. Возникает при очень жёсткой конкуренции за ресурсы. Примером служат деревья в густом лесу, борющиеся за солнечный свет.
• Случайное. Встречается в однородной среде без выраженной конкуренции. Например, одуванчики на большом лугу.
• Групповое (агрегированное). Это самый распространённый тип размещения в природе. Ресурсы всегда распределены неравномерно, поэтому организмы скапливаются возле них. Классический пример — это стада антилоп возле водопоя.

Этологическая структура

Этологическая структура отражает особенности поведения животных по отношению друг к другу. Выделяют одиночный и групповой образ жизни организмов. Во втором случае животные образуют семьи, стаи, стада или колонии. Внутри групп часто формируется жёсткая иерархия, которая определяет порядок доступа особей к пище и право на размножение.

В природе ни один вид не может неограниченно размножаться. Количество особей всегда меняется во времени под действием различных факторов.

Главными причинами колебаний могут быть изменения климатических условий, сокращение или рост кормовой базы, воздействие хищников.

Гомеостаз популяции означает способность биологической системы поддерживать относительную стабильность численности. Механизмы саморегуляции включаются автоматически. Если животных становится слишком много, возникает нехватка корма, усиливается стресс, снижается плодовитость и вспыхивают инфекции. В результате плотность группы падает до оптимальной нормы.

Рассмотрим задание второй части ЕГЭ и разберём алгоритм решения.

При исследовании двадцатилетней динамики численности леммингов на Дальнем Востоке было замечено, что их численность в разные годы то возрастала, то сокращалась примерно в сто раз. Проявлением какого эволюционного фактора является этот пример? Назовите не менее двух причин, в результате которых возникает такое явление. Что происходило с генофондом популяции леммингов в те годы, когда их численность снижалась до 10–20 особей на один гектар? Чем такое изменение генофонда может быть опасно для дальнейшей эволюции вида?

Как решать такие задания:

1. Определить базовый термин. В условии нужно назвать эволюционный фактор, связанный с колебаниями численности. Описанное явление — это популяционные волны. Это первый пункт ответа.
2. Указать причины феномена. Лемминги зависят от внешних факторов. Причинами колебаний могут быть изменение климатических условий, истощение кормовой базы, распространение массовых инфекций (эпизоотий) или резкое увеличение числа хищников (песцов, полярных сов).
3. Проанализировать генетические последствия. Когда размер популяции сжимается до двадцати особей, генофонд резко беднеет. Происходит случайное изменение частот аллелей, многие гены могут исчезнуть. Этот процесс носит название дрейф генов (в этом случае наблюдается эффект «бутылочного горлышка»).
4. Оценить опасность для эволюции. Снижение генетического разнообразия приводит к падению приспособленности группы. Если условия среды изменятся, у однородной группы не останется полезных мутаций для выживания, что может привести к вымиранию.

Часто при решении заданий забывают указать термин «дрейф генов», теряя баллы за теоретическое обоснование. На экзамене всегда нужно использовать строгую биологическую терминологию.

Попробуй решить реальные экзаменационные задания, чтобы закрепить материал, а затем сверься с ответами.

Задание 1.

Рассмотрите таблицу «Уровни организации живой природы». Запишите пропущенный термин, обозначенный вопросительным знаком.

Уровень — Пример
Молекулярный — Молекула ДНК
? — Популяция зайцев в лесу

Задание 2.

Экспериментатор изучал развитие устойчивости группы чёрных тараканов к ядохимикату хлорпирифосу. В начале эксперимента препарат убивал 90% насекомых. Через два с половиной года выживаемость возросла до 70%. Какую форму естественного отбора можно наблюдать в этом эксперименте?

После изучения этого материала можно уверенно решать задания ЕГЭ на знание свойств и структуры популяции. Теперь ты умеешь отличать статические показатели от динамических процессов, понимаешь механизмы работы популяционных волн и дрейфа генов. Чтобы закрепить теорию, рекомендуем решить 8–10 тренировочных тестов из открытого банка, обращая особое внимание на применение терминологии в заданиях развёрнутой части.