6.4 ЧИСЕЛЬНІСТЬ ОРГАНІЗМІВ У ПОПУЛЯЦІЇ
Упродовж тривалого існування популяція займає певний простір і зберігає певну середньостатистичну кількість особин. Саме за цими величинами оцінюють «величину» популяції, особливо з метою господарського використання. Крім того, ці параметри визначають функціональну значимість виду в екосистемі та ступінь його впливу. Основними кількісними параметрами величини популяції є чисельність і щільність особин.
Чисельність популяції — загальна кількість особин на всій території або в усьому об'ємі (води, ґрунті), які належать до однієї популяції. Не зважаючи на свою простоту на перший погляд, чисельність популяції є одним з найбільш важливих інтегральних параметрів, який розкриває як біологічні особливості виду, такі і відображує сукупний вплив всіх факторів середовища. Основний вплив на динаміку чисельність популяції мають співвідношення величини народження та смертності особин. Крім того важливими чинниками можуть виступати процеси міграції особин.
Чисельність популяції постійно змінюється у часі. Проте, для кожної популяції існують закономірні обмеження верхньої та нижньої величини чисельності. Верхня межа чисельності популяції, яку вона може теоретично досягти у найоптимальніших умовах, має назву «ємкість середовища». Її величина визначається наявністю ресурсу в даній екосистемі, обмежується умовами середовища, що залежать від чисельності особин. Перевищення популяцією ємкості середовища призводить до масового вимирання особин у зв’язку впливом обмежуючих чинників середовища: нестача кормових ресурсів, накопичення у середовищі продуктів метаболізму, поширення інфекційних хвороб тощо. В результаті народжування припиняється, а смертність зростає. Чисельність популяції знижується.
Приклад коливань чисельності рудої нориці на території Фінляндії за 40 років. Верхня лінія обмежує ємкість середовища, нижня лінія – вказує величину мінімальної життєздатної популяції
Нижня межа чисельності популяції (мінімальна життєздатна популяція, МЖП) – це мінімальна кількість особин, яка необхідна для підтримання стабільного її відтворення протягом багатьох поколінь. На відміну від величини ємкості середовища, яка головним чином залежить від параметрів екосистеми, величина мінімальної життєздатної популяції є біологічною властивістю виду і є більш-менш сталим параметром. Мінімальна життєздатна популяція завжди є значно більшою, ніж теоретично розрахована чисельність, яка потрібна для підтримання стабільного стану популяції – яку називають ефективна чисельність популяції. Це пов’язано з тим, що у природних умовах далеко не кожна особина досягає статевої зрілості та залишає життєздатне потомство.
Зниження чисельності популяції понад величину мінімальної життєздатної популяції неодмінно призводить до її вимирання. Часто цей процес значно розтягнутий у часі, особливо у випадку видів з тривалим часом життя. Проте, навіть теоретично можна розрахувати, коли така популяція вимре (див. рис.). Єдина умова збереження таких популяції є імміграція нових особин з інших популяцій.
Вплив початкової чисельності популяції (N) канадського сніжного барана на виживання популяції протягом 50 років. Всі популяції з кількістю особин менше 50 зникли за цей період (за Berger, 1990)
Величину мінімальної життєздатної популяції важливо знати при розробці заходів щодо збереження рідкісних та зникаючих видів. Слід пам’ятати, що зберегти вид можна лише за умови існування життєздатної популяції. На жаль у природоохоронній практиці з метою збереження таких видів охороняють територій (наприклад, природно-заповідні території), а не їх популяції. Проблема полягає у тому, що величина території, яка може забезпечити існування мінімальної життєздатної популяції, може значно відрізнятися в залежності від конкретних умов середовища. Як результат, для підтримки популяцій дрібних ссавців необхідні заповідники площею від 10 000 до 100 000 га. А для збереження таких великих хижаків, як бурий ведмідь грізлі з великими індивідуальними ділянками, необхідні заповідні площі у 50 000 км2 для існування 50 особин, й 2 420 000 км2 для 1000 особин!
У більшості випадків для збереження більшості видів необхідні численні популяції. Види, які на даний момент представлені невеликими популяціями знаходяться перед реальною загрозою вимирання. Основними причинами приреченості до зникнення дрібних популяцій є:
1. Втрати генетичного різноманіття у зв’язку з ризиком зникнення рідкісних алелів та негативний вплив близькоспорідненого схрещування (дрейф генів).
2. Значний вплив випадкових причин на співвідношення рівнів народжуваності та смертності. Катастрофічні природні явища (пожежі, повені) здатні знищити нечисленну популяцію
3. Відсутність запасу опору впливу обмежуючих біотичних факторів – хижаків, конкуренції, інфекційних хвороб. Подібно до попередньої причини, нечисленна популяція може бути повністю знищена внаслідок епізоотії.
Зміна частот алелів при дрейфі генів за умов математичного моделювання двох популяцій чисельністю 25 та двох популяцій чисельністю 250 особин
Видно, що у невеликих популяціях частота алеля змінюється хаотично, що може призвести як до фіксації його популяції, так і до повної елімінації. У великих популяціях ситуація є більш стабільною
Найчастіше всі зазначені вище причини діють одночасно і призводять до невідворотного вимирання. Це явище отримало назву – «водоверть вимирання». Наприклад природна катастрофа або антропогенний вплив призводять до скорочення розміру популяції. Мала популяція починає страждати від збіднення генетичного різноманіття, що у свою чергу зменшує плодючість та виживання нащадків. Будь які нові зміни довкілля збільшують ймовірність повного вимирання популяції. Єдиним способом підтримання такої популяції є вселення (імміграція) особин ззовні.