Популяционный и биоценотический аспекты охраны редких животных

Тема: Популяционный и биоценотический аспекты охраны редких животных
Видовое разнообразие – очень важное свойство экосистем. С ним связана устойчивость систем к неблагоприятным факторам среды. Многие виды растений, грибов и животных стали редкими: состоят из нескольких малочисленных популяций, распространённых на ограниченной территории. Некоторые виды находятся под угрозой исчезновения, их численность сократилась до критического уровня – это исчезающие виды. Если факторы, вызвавшие сокращение численности, будут продолжать действовать, то сохранение таких видов маловероятно.
§ 1. Демографическая структура и динамика численности популяции
Описание полового и возрастного состава популяций называют демографией. Популяции состоят из особей разного пола и возраста. Соотношение возрастных и половых групп определяет многое в общей жизнеспособности и темпах роста  популяции и является важной характеристикой ее структуры. [5, с.125]
У любой особи с возрастом закономерно изменяются характер связей со средой и устойчивость к действию отдельных факторов. У некоторых видов эти возрастные различия выражены очень резко, происходит даже смена сред обитания, характера питания, способов передвижения. Возрастная структура популяции, т. е. соотношение в ней разных возрастных групп, зависит от двух причин: от особенностей жизненного цикла вида и от внешних условий.
Есть виды с очень простой возрастной структурой популяций, которые состоят практически из представителей одного возраста. Например, все однолетние растения весной находятся в проростках, затем примерно одновременно зацветают, дают семена и к осени отмирают. Среди животных также есть виды с однородными по возрасту популяциями, например, многие виды саранчи весной представлены личинками, ранним летом — бескрылыми неполовозрелыми особями, затем — крылатыми формами, а глубокой осенью — только яйцами, запрятанными в почве в кубышки.
У таких видов представители разных поколений никогда не встречаются друг с другом. Численность их очень изменчива в зависимости от внешних условий. Если в уязвимый период развития наступают заморозки или засуха, происходит массовая гибель. В благоприятной же ситуации популяция может дать взрыв численности.
Для видов с простой возрастной структурой изменения плотности популяции в сотни и тысячи раз — нормальное экологическое явление. Сложная возрастная структура популяций возникает тогда, когда в ней представлены все возрастные группы, одновременно живут несколько поколений, взрослые особи размножаются многократно и имеют достаточно большую продолжительность жизни. Критические внешние условия могут изменить их возрастной состав за счет гибели наиболее слабых, но самые устойчивые возрастные группы выживают и затем восстанавливают структуру популяции.
Для каждого вида конфигурация возрастной пирамиды при устойчивой численности своя, поэтому нужно хорошо знать особенности его развития и взаимоотношений со средой. Анализ возрастного и полового состава популяций — необходимое условие для прогноза численности тех видов, которые мы используем в дикой природе, разводим или с которыми боремся: в сельском и лесном хозяйстве, в рыбном промысле, в биологических технологиях. Динамика численности популяции – это изменение общего числа особей в популяции. Для интерпретации динамики численности используют математические модели. Известны две модели кривых роста численности популяции: модель экспоненциального роста и модель логистического роста.[3, с.276]
Если смертность превышает рождаемость, популяция становится сокращающейся. Хорошо известны случаи резкого сокращения численности популяций промысловых видов животных, усиленно уничтожаемых человеком (соболь, бобр и др.). Распашка степей привела к сокращению численности и ареалов популяций стрепета и дрофы. В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения, особенно у мелких животных (саранча, колорадский жук, одуванчик).
Численность популяции при отсутствии каких-либо экологических ограничений будет увеличиваться в геометрической прогрессии. Рост происходит сначала медленно, так как неизбежно тратится энергия на адаптацию к новым условиям. Затем, когда адаптация завершена, число особей стремительно увеличивается. Такая модель роста популяции возможна только в искусственных условиях, когда все экологические факторы поддерживаются на оптимальном для данной популяции уровнях.
Рост численности популяций в природе никогда не бывает бесконечным. Ресурсы среды, за счет которых существуют виды (пища, места для жилища) на любой территории имеют пределы. Эти пределы называются емкостью среды – максимальный размер популяции одного вида, который экологическая система способна поддерживать в определенных условиях неопределенно долго. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля. Такая модель получила название логистической модели. Реальный рост численности популяций в природе описывается логистической кривой. В реальных условиях популяции обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою численность. Поддержание в популяции численности особей, оптимальной в данных условиях, называется гомеостазом популяции. Модифицирующие факторы, вызывая изменение численности популяции, сами не изменяются. Регулирующие факторы – это только биотические факторы. Регулирующие факторы сдерживают колебания численности популяции на уровне оптимальном. Если скорость роста численности популяции невелика, то ее регулирует деятельность хищников. Возросшая плотность популяции становится благоприятной для массового размножения паразитов, инфекционных болезней.
Виды, у которых численность из года в год находится на уровне поддерживающей емкости среды, имеют достаточно стабильные популяции. Подобное постоянство в размерах популяции характерно для видов, обитающих в стабильных условиях среды.
Некоторые виды каждые три-четыре года или каждые десять лет, или в иные постоянные временные интервалы резко увеличивают число особей, что затем сопровождается резким падением численности популяции. Данные виды относятся к популяциям с циклическим ростом численности.
§2. Генетическая структура многочисленных и малочисленных популяций.
Генетическая структура популяции - это соотношение в ней различных генотипов и аллельных генов. 
Наука о генетической структуру природных популяций и генетические процессы, происходящие в ней, называется популяционной генетикой. Она базируется на концепции, что все члены популяции несут части ее единого генофонда. [4, с.348]
По законам генетики в популяции поддерживается равновесие генетического фонда. При идеальных условиях (большая популяция, отсутствие мутаций, миграций и отбора) соотношение генотипов и аллельных генов во всех поколениях постоянное (закон Харди-Вайнберга).
Однако, в природе действуют различные факторы, которые нарушают такую равновесие и стабильность. К ним относится мутационные процессы, за счет которых создается резерв наследственной информации. Доминантные мутации возникают редко, проявляются уже в первом поколении и терпят подбора. Рецессивные мутации в гетерозиготных особей фенотипово не проявляются, но при скрещивании генофонд насыщается рецессивными генами, иногда опасными и нежелательными для популяции.
Резерв наследственной информации создается также за счет комбинативной изменчивости. В более-менее постоянных условиях среды под действием стабилизирующего естественного отбора, что является отбором на пользу нормы признаки, несоответствующие условиям скрытые мутации устраняются. Генофонд популяции пополняется и за счет миграции генов (генного потока), что обусловлено миграцией особей с других популяций, которые приносят новые гены. их действие при скрещиваниях проявляется не сразу, а в следующих поколениях особей.
Одной из причин изменения соотношения доминантных и рецессивных аллельных генов является дрейф генов. Это случайная нецеленаправленная изменение распределения частоты аллелей генов в популяции, что обусловлено периодическими популяционными волнами ее роста. Чаще всего дрейф генов встречается в малочисленных популяциях, существование которых поддерживается за счет поступления особей из других популяций.
Генетическая уникальность каждого локальной популяции обусловлена особенностью полового размножения организмов. их генотипы продуцируют адаптированы к конкретным условиям фенотипа. Оказавшись в других популяциях, такие особи часто погибают.
Множественное действие генов, изменения в структуре хромосом обусловливают полиморфизм популяции. Чем больше число генотипов в одной популяции, тем больше вероятность ее выживания в условиях резких изменений среды.
§3. Экологическая валентность, виды эври- и стенобионты, структура и «кружево» ареала
Пороговые значения температур, вызывающие гибель растений, называют верхним и нижним пределом выносливости, а диапазон значений фактора между ними – экологической валентностью (синонимы термина – пластичность, толерантность). [6] Приведенная зависимость интенсивности жизнедеятельности организма от дозы воздействия наблюдается для различных экологических факторов. Экологическая валентность – это способность организмов адаптироваться к тому или иному диапазону колебаний фактора среды.
Пределы выносливости различных организмов различны. Одни могут жить в широком диапазоне изменчивости условий среды, эти организмы называют эврибионтами (от греч. eurys – широкий). Для существования других организмов необходимы строго определенные, относительно постоянные условия внешней среды. Такие организмы называют стенобионтами (от stenos – узкий). В стабильных по свойствам средах обитания, например, в водной или почвенной, больше стенобионтов, в наземно-воздушной среде, которая является самой динамичной, больше шансов на выживание имеют эврибионты. Экологическая валентность у теплокровных животных обычно шире, чем у холоднокровных. Кроме того, адаптационные возможности организма зависят от его возраста: в то время как особи среднего возраста являются эврибионтами, на ранних и поздних стадиях онтогенеза у них возможно проявление стенобионтности.
Формы с широкой экологической валентностью называются - эврибионты (например, корненожка) с узкой – стенобионты (мадрепоровые кораллы). Виды имеющие очень высокою степень эврибионтности называются убиквистами, обычно убиквисты чаще всего становятся космополитами (двухстворчатый моллюск мидия съедобная, акула морская).
Особи любого вида размещаются в ареале неравномерно. Их плотность зависит от мезорельефа местности, в отдельных элементах которого складываются такие локальные условия внешней среды, которые выходят за границы толерантности конкретного вида. Такие участки остаются незаселенными видом и представляют собой барьеры для его распространения. В ареале есть участки, временно не заселенные видом в силу разных причин. Если нанести на карту положение особей какого-либо вида в некоторый момент времени, то получится узор, напоминающий кружево. Этот узор не стабилен. Население вида кочует по ареалу, обходя некоторые элементы рельефа. В разных частях ареала условия в неодинаковой мере благоприятны для существования вида. Наиболее благоприятны они в зоне оптимума, благодаря чему вид в ней наиболее прочно удерживает места обитания и быстро заселяет вновь освобождающиеся территории. Поэтому временно незаселенные видом участки недолговечны и относительно невелики, а «кружево» ареала плотное и быстро перестраивающее свою топологию.
4. Популяционно-видовой принцип сохранения редких животных
Решение практических проблем сохранения биоразнообразия должно быть основано на двух концептуальных подходах: – популяционно-видовом, который исходит из того, что каждый вид есть наименьшая генетически закрытая система, обладающая неповторимым генофондом; этот подход рассматривает генетически связанные системы популяционно-видовой иерархии; – экосистемном, который исходит из того, что все биологические системы неразрывно связаны со средой обитания и друг с другом, живые организмы в состоянии естественной свободы существуют только в составе экологических сообществ и экосистем; этот подход рассматривает экологические системы разного уровня. [2, с.248]
Популяционный мониторинг представляет собой постоянный контроль за состоянием популяций растений. Материалы популяционного мониторинга остро необходимы при организации так называемого экологического менеджмента, то есть управления производственными процессами на основе соблюдения экологических требований, вытекающих из концепции устойчивого развития цивилизации. Данные популяционного мониторинга используются в качестве критериев для выделения охраняемых природных территорий и оценки их состояния.
Сохранение и восстановление среды обитания, реконструкция местообитаний. Этот способ особенно важен в регионах с высокой интенсивностью хозяйственной деятельности. Сокращение разнообразия и общей площади местообитаний – одна из основных причин исчезновения природных популяций. Нередко для поддержания и сохранения находящейся под угрозой исчезновения популяции бывает необходимо и достаточно восстановить типичную для нее среду обитания, реконструировать исчезнувшие биотопы. Поддержание природных популяций с помощью искусственного воспроизводства – метод поддержания и восстановления популяций, естественные механизмы воспроизводства которых нарушены. При частичном, а тем более полном переходе на искусственное воспроизводство нарушается генетическая структура популяции, ее генофонд обедняется.
Необходимым условием сохранения разнообразия пород и сортов in-situ является сохранение типичных агроэкосистем и мест обитания и условий разведения. Одна из форм сохранения in-situ – территории традиционного хозяйствования, куда запрещен (не рекомендован) ввоз не характерных для данной территории пород и сортов. Способы сохранения in-situ совмещают задачи сохранения и устойчивого использования местных генетических ресурсов животных и растений, сохранения местных традиций хозяйствования и природопользования, в ряде случаев – задачи сохранения природных экосистем (например, использование аборигенных копытных для выпаса в степных резерватах). Предотвращение гибридизации сохраняемых популяций с живыми измененными (генно-инженерно модифицированными) организмами – важно, как для природных популяций, так и для домашних животных и культурных растений.
Реинтродукция видов - это преднамеренное высвобождение вида в дикую природу, из неволи или других мест, где этот организм способен выжить. Цель реинтродукции видов - создать здоровую, генетически разнообразную, самоподдерживающуюся популяцию в районе, где она была истреблена, или увеличить существующую популяцию. Реакклиматизация должна производиться с учетом требований вида к среде обитания (в прежних местах обитания после восстановления там необходимых для вида условий, а также в специально подобранные или реконструированные биотопы).
§5. Сохранение популяций редких животных в искусственно созданной среде обитания
Сохранение биологического разнообразия планеты – глобальная причина и цель существования и создания зоопарков, питомников. Значительная часть мировой популяции многих видов (подвидов) млекопитающих, птиц и рептилий сосредоточена в зоопарках и питомниках различного профиля.
В мировой практике главная задача зоопарков – разведение редких животных в неволе. Для того чтобы предоставить животным необходимые условия для жизни и размножения в неволе, необходимо точное понимание видоспецифических особенностей их поведения, физиологии, образа жизни в природе и знание множества других особенностей питомцев зоопарка. Большинство этих знаний могут быть получены лишь в ходе специальных научных исследований. Не случайно исследования животных признаны в мире одной из основных задач зоопарков. [1]
Широко практикуемый обмен производителями между зоопарками лишь продлевает срок «доживания» вида, и только интенсивное размножение в питомнике при полувольном содержании, как это было сделано с зубром, может дать виду шанс на выживание. Тем не менее эта деятельность, которой многие энтузиасты посвящают всю свою жизнь, совершенно необходима: пока живы хотя бы несколько представителей исчезающего вида, сохраняется надежда на то, что на их основе удастся восстановить вид. Не контролируемый естественным отбором дрейф генов и отрицательные последствия инбридинга в той же мере, что животным в зоопарке, свойственны растениям в ботанических садах, если они там размножаются в течение нескольких поколений.
Во всех случаях длительного содержания в малочисленных популяциях заметно обедняется резерв наследственной изменчивости вида, что может потребовать для каждого вида перед его возвращением в природу проводить специальную работу по увеличению генетического разнообразия. Для возвращения вида в природу необходимое условие успеха — ликвидация причин, вызвавших роковое снижение его численности. В большинстве случаев, как мы уже знаем, эта причина — разрушение местообитаний. Следовательно, нужно пытаться сохранить возможность восстановления вида, обреченного на исчезновение, до тех пор, пока не сложатся условия для восстановления пригодных для этого вида местообитаний.
Таким образом, биологическое разнообразие на уровне видов или позволяет живым существам сохраниться, или, наоборот, полностью исчезнуть. На данный момент рассмотренная проблема является актуальной и требует внимания со стороны ученых, государств, каждого из нас.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ:
Литература:
1. Обеспечивая будущее для дикой животной планеты. Природоохранная стратегия всемирного сообщества зоопарков и аквариумов. Швейцария, Берн: Исполнительный отдел WAZA, 2005 г. Перевод: Татьяна Аржанова. WAZA, 2005: Building a Future for Wildlife – The World Zoo and Aquarium Conservation Strategy.
2. Пушкин С.В. Охрана биоранообразия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://bio.wikireading.ru/22263 (дата обращения: 21.11.2020 в 11 00).
3.Соколов С. В. Модели динамики популяций: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2018. 61 с.
4.Тимофеев-Ресовский Н.В., Яблоков А.В., Глотов Н.В. Очерк учения о популяции. М., 1973.
5. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология: учебник для вузов. 2004 год. 416 с.
Электронные ресурсы:
6. Электронный научный журнал «Современные проблемы науки и образования». URL - https://science-education.ru/ (дата обращения: 21.11.2020 в 11 00).