К и r стратегии. Экологические стратегии выживания. K-отбор и K-стратеги

Популяции видов, у которых рождаемость и смертность в значительной мере зависят от действия внешних факторов, быстро изменяют свою численность. Периодические изменения численности популяций называются популяционными волнами. В некоторых случаях численность изменяется в тысячи и миллионы раз. Эти популяции редко достигают численности К и существуют за счет высокого значения r. Такой способ воспроизведения популяций называется r–стратегия.

R-стратегии: (Отбор на количество потомков)

1. Высокая плодовитость

2. Короткое время регенерации

3. Высокая численность

4. Обычно мелкие размеры особей (мелкие семена у растений)

5. Малая продолжительность жизни, большие затраты энергии на размножение

6. Кратковременность местообитаний

7. Низкая конкурентноспособность

r–Стратеги (эксплеренты) характеризуются низкой конкурентоспособностью, высокой плодовитостью, отсутствием заботы о потомстве, быстрым развитием и короткой продолжительностью жизни. r–Стратегов образно называют «шакалами», поскольку они способны за короткое время завоевывать освободившееся экологическое пространство.

Популяции видов, у которых рождаемость и смертность в значительной мере зависят от их плотности (то есть от характеристики самой популяции), в меньшей степени зависят от действия внешних факторов. Они поддерживают численность, близкую к величине К, поэтому способ воспроизведения таких популяций называется К–стратегия.

K-стратегия: (Отбор на качество потомков)

1. низкая плодовитость

2. значительная продолжительность жизни

3. крупные размеры особей и семян, мощные корневые системы

4. высокая конкурентноспособность, устойчивость на занимаемой территории

5. высокая специализация образа жизни

6. забота о потомстве

К–Стратеги (виоленты) характеризуются высокой конкурентоспособностью, низкой плодовитостью, заботой о потомстве, длительным развитием и длительной продолжительностью жизни. К–Стратегов образно называют «львами», поскольку они способны долгое время удерживать экологическое пространство.

Кроме r–стратегии и К–стратегии выделяется еще и S–стратегия. S–Стратеги (патиенты) населяют местообитания с неблагоприятными условиями жизни для большинства организмов, в которых конкуренция практически отсутствует. Поэтому S–стратегов образно называют «верблюдами». По низкому значению r они близки к «львам» (виолентам), а по высокому значению К – к «шакалам» (эксплерентам). По длительности развития и длительности жизни S–стратеги могут быть сходными и с r–стратегами, и с К–стратегами.

Для крупных (глобальной) популяций человека на определенном этапе характерен гиперболический рост

Открытие Хайнца фон Ферстера (Science,1960): рост населения Земли с глубокой древности до 1960–1970-х годов описывается очень простым уравнением и точным графиком – гиперболой (R 2 = 0.996, для периода 1000 – 1970 гг)

Доказательство того,что рост человечества -это не экспонента: удельная скорость роста увеличивается с ростом населения (через снижение смертности)

Причины гиперболического роста – помимо «обычных» обратных положительных связей неограниченного экспоненциального роста любой популяции, в обществе человека действуют дополнительные его «ускорители» .

Для любого уровня технологического развития существует строго определенный уровень численности населения (гипотеза Саймона Кузнеца - Майкла Кремера ) темпы же технологического роста пропорциональны, с одной стороны, наличному уровню технологического развития (чем шире технологическая база, тем больше изобретений можно сделать на ее основе), а с другой - численности населения (чем больше людей, тем больше среди них потенциальных изобретателей и новаторов). Получается система двойных положительных обратных связей , которая и раскручивает маховик гиперболического роста населения в мире: технологический рост - рост потолка несущей способности Земли - демографический рост - больше потенциальных изобретателей - ускорение технологического роста - ускоренный рост несущей способности Земли - еще более быстрый демографический рост - ускоренный рост числа потенциальных изобретателей - еще более быстрый технологический рост - дальнейшее ускорение роста несущей способности Земли и т. д.

Из-за того что рост населения снова и снова превышал очередной несущий предел среды, задаваемый очередным скачком роста технологий, в период гиперболического роста периодически возникали эпидемии, войны, голод и прочие ужасы (т.н. «Мальтузианская ловушка »).

Но по мере приближения к общему пределу насыщения среды (К) стали возникать обратные отрицательные связи уже тормозящие рост (женская грамотность, планирование семьи) через снижение рождаемости. Темпы роста снизились в основном за счет сокращения рождаемости (К-стратегия), тогда как до этого они росли за счет снижения смертности.

Строго гиперболический рост наблюдался у человечества с позднего палеолита (40 тыс. л.н.) только до 1970 г. Затем начался период снижения темпов роста, за счет общего демографического перехода , когда социальные факторы сперва снизили смертность, а чуть позднее - снизили и рождаемость. Главными факторами послужили: медицина, соцобеспечение и грамотность. Все это ознаменовало переход нашей глобальной популяции от r-стратегии к К-стратегии:вырастить пусть мало, зато качественных потомков . У людей это значит, прежде всего, – образованных, т.е. конкурентоспособных. А это стоит все дороже. Да и иметь много детей как в аграрном обществе - уже нет нужды.

Демографический переход - исторически быстрое снижение рождаемости и смертности, в результате чего воспроизводства населения сводится к простому замещению поколений. Этот процесс является частью перехода от традиционного общества (для которого характерна высокая рождаемость и высокая смертность) к индустриальному.

Экологические стратегии
Основы экологии

Задумывались ли вы когда-нибудь, почему одни организмы оставляют многочисленное потомство, а другие дают жизнь всего нескольким особям? Оказывается, что количество потомков и забота о них - это часть экологической стратегии вида, которая шлифуется тысячелетиями эволюции и обеспечивает представителям этого вида успех в борьбе за существование. Из этого урока вы узнаете об особенностях кардинально разных программ размножения: R-стратегии и K-стратегии, о причинах их возникновения и закрепления в процессе эволюции.

Экологическая стратегия - это комплекс эволюционных приспособлений, направленных на выживаемость вида.

Выбор экологической стратегии определяется факторами смертности .

В одних случаях факторы смертности приводят к неизбирательной гибели особей, независимо от их индивидуальной приспособленности. Например, особи криля гибнут в пасти синего кита независимо от их индивидуальных особенностей и приспособленности.

В других случаях смертность определяется факторами, которым особь может противостоять благодаря индивидуальной приспособленности. В этих случаях особь будет участвовать в острой межвидовой или внутривидовой конкуренции.

В первом случае возникает R-стратегия .

R-стратеги выживают за счет огромной рождаемости при низкой индивидуальной выживаемости отдельных особей.

R-стратегов отличает:

Невысокая продолжительность жизни;

Небольшие размеры;

Высокая рождаемость;

Как правило, одно размножение в течение жизни.

За счет колоссальной численности и быстрого развития R-стратеги первыми занимают новые места обитания, пока туда не попали более конкурентоспособные организмы.

Большинство потомков R-стратегов не выживают, поэтому их численность подвержена очень сильным колебаниям.

Во втором случае возникает К-стратегия .

К-стратеги выживают за счет высокой индивидуальной приспособленности организмов. Такие существа эффективно конкурируют за ресурсы среды и легко уходят от хищников.

К-стратеги характеризуются низкой смертностью и высокой продолжительностью жизни.

Благодаря высокой приспособленности практически все потомство К-стратегов выживает, поэтому их численность колеблется очень слабо и находится в районе своего верхнего предела.

Типичные примеры К-стратегов и R-стратегов можно найти среди растений. Типичный К-стратег - это дуб, он способен сформировать колоссальную крону на большой высоте, собирая весь доступный свет. Никакие другие растения не способны затенить дуб. Его корни будут доставать минеральные вещества с глубин, не доступных иным растениям. Бури и ветровалы практически не способны его повалить.

Травоядные животные не могут причинить дубу существенного вреда из-за его размеров. Однако дуб дает совсем немного всхожих желудей и очень долго растет.

Типичный R-стратег - это береза, она не может конкурировать с дубом ни площадью кроны, ни мощностью корневой системы. Но одна береза дает миллионы семян, переносимых ветром, которые рассеваются на большую площадь. Как только в результате ветровалов, пожаров или естественной гибели другого дерева возникает свободное место, там прорастет семя березы. Обычно береза успевает успешно вырасти и дать еще миллионы семян прежде, чем рядом прорастет дуб или ель и уничтожит ее тенью своей кроны.

Из животных можно привести пример млекопитающих: полевки и лошади (рис. 1).

Полевка дает десятки потомков и готова к размножению уже в первый год жизни, однако она часто становится жертвою хищников и даже своих собственных собратьев. Только быстрое размножение позволяет компенсировать большие потери и низкую продолжительность жизни полевки.

Лошадь, напротив, приносит в приплоде одного жеребенка и то не каждый год, но она способна проходить сотни километров в поисках корма, и лишь немногие хищники представляют для нее опасность. Выживаемость вида лошади обусловлена именно индивидуальным совершенством каждого организма.

Рис. 1. Примеры К-стратегов (лошадь - справа) и R-стратегов (мышь-полевка - слева) среди млекопитающих

Яркие примеры разделений экологических стратегий есть среди рыб.

Треска служит пищей для множества рыб и морских млекопитающих. У нее нет способов уйти от хищника или защитить свою икру, но одна особь трески дает в год порядка ста миллионов икринок. В итоге все равно масса икринок и взрослых особей выживает, чтобы снова дать потомство.

Рис. 2. Примеры К-стратегов (акула - слева) и R-стратегов (треска с её икрой - справа) среди рыб

Обратная ситуация наблюдается у голубой акулы. Это одно из самых быстрых существ в мире. Благодаря скорости и силе, она не имеет естественных врагов и проблем с добычей пищи. Она приносит всего одного детеныша в год, вынашивая единственную икринку в половых путях (рис. 2).

Таким образом, и К-стратеги, и R-стратеги успешно выживают в природе, используя при этом совершенно разные экологические стратегии.

Список литературы

1. А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. Общая биология, 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2005. По ссылке скачать учебник: ()
2. Д.К. Беляев. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. - 11-е издание, стереотипное. - М.: Просвещение, 2012. - 304 с. (

Слово «стратегия», исходно обозначающее определенную систему спланированных военных действий, пришло в экологию во второй половине ХХ столетия, причем первоначально говорили только о стратегии поведения животных.

П. Макартур и Е. Уилсон (MacArthur, Wilson, 1967) описали два типа стратегий организмов как результаты двух типов отбора, связанных отношениями трейдоффа – r–отбора и K–отбора:

«r–отбор» – эволюция в направлении увеличения затрат на размножение организма, итогом которой являются r‑стратеги;

«K–отбор» – эволюция в направлении увеличения затрат на поддержание жизни взрослого организма, ее итогом являются К‑стратеги.

Популяции К‑стратегов, крупных организмов, живущих в стабильных «предсказуемых» условиях, имеют достаточно постоянный показатель многочисленности, и среди взрослых особей наблюдается интенсивная конкуренция, на противодействие которой (т.е. на выживание) затрачивается основная доля ресурсов. Влияние конкуренции испытывают на себе и молодые особи, однако оно ослаблено, так как у животных‑К‑стратегов, как правило, отмечается забота родителей о потомстве, количество которого ограничено (слон, лев, тигр и др.).

Популяции r‑стратегов состоят из мелких организмов с высоким вкладом в размножение, они формируются в «непредсказуемых» флюктуирующих условиях (домовая мышь, рыжий таракан, домашняя муха и др.). Периоды быстрого роста этих популяций при избытке ресурсов и слабой конкуренции чередуются с периодами «кризисов», когда количество ресурсов резко уменьшается. По этой причине размер таких популяций зависит в первую очередь от количества ресурсов и потому колеблется вне связи с конкуренцией. У r‑стратегов – короткий жизненный цикл, позволяющий им успеть дать потомство до наступления очередного «кризиса», и специальные приспособления для переживания «кризисов» в покоящемся состоянии.

Э. Пианка (1981), рассматривая типы стратегий Макартура – Уилсона, подчеркнул, что «мир не окрашен только в черное и белое» и в природе преобладают организмы с переходными между r– и K‑типами стратегий. У таких организмов отмечается некоторый компромисс между полярными составляющими трейдоффа, однако не существует организмов со стратегией, включающей целиком синдромы К‑стратегов и r‑стратегов («нельзя быть одновременно салатом и кактусом»).

У системы стратегий Макартура – Уилсона было, по крайней мере, два независимых и неизвестных этим ученым предшественника, имевших такие же взгляды.

Во‑первых, о принципах дифференциации эволюции в направлениях поддержания организмами собственного существования и «продолжения себя в потомках» писал Г. Спенсер (1870). При этом Спенсер рассматривал данные направления эволюции как антагонистические, т.е. как трейдофф. В качестве примеров результатов такой эволюции он рассматривал слона и мелких животных.

Во‑вторых, предтечей системы К– и r‑стратегов был и ботаник Дж. Маклиод (McLeod, 1884, по Hermy, Stieperaere, 1985), который разделил растения на «пролетариев» и «капиталистов». (Разумеется, столь экстравагантные названия для типов были данью моде – именно в этот период в Европу пришел марксизм, тем не менее аналогии Маклиода весьма удачны).

Растения‑капиталисты затрачивают основную энергию на поддержание взрослых особей, они уходят зимовать с капиталом из фитомассы многолетних тканей – древесных стволов и ветвей, корневищ, клубней, луковиц и пр.

Растения‑пролетарии, напротив, зимуют в стадии семян, т.е. без капитала, так как энергия в основном затрачивается на размножение. Это однолетники, которые образуют большое количество семян и выживают за счет того, что всегда какая‑то их часть попадает в благоприятные условия. Кроме того «пролетарии» имеют семена, способные формировать почвенные банки, в которых подолгу сохраняют всхожесть и годами ждут «своего часа».

Растения с переходным типом стратегии, например многолетние луговые травы, характеризуются достаточно высокой плодовитостью и умеренной долей зимующих органов.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит принципиальное различие К‑отбора и r‑отбора?

2. Как относятся организмы К– и r‑стратегий к флюктуациям количества ресурсов?

3. Какие ученые внесли вклад в разработку концепции К‑отбора и r‑отбора?

4. Охарактеризуйте различия растений‑пролетариев и растений‑капиталистов.

«... два американских учёных, Роберт МакАртур и Эдвард Уилсон , создали теорию R-К отбора. Теорию двух разных стратегий размножения живых существ.

Теория двух стратегий оказалась настолько удачной, что используется в ряде наук, признана практически всеми, вошла в учебники и в учебные пособия.

R-стратегия - это рождение за единицу времени как можно большего числа детёнышей.

О каждом из них можно практически не заботиться, и каждый детёныш имеет не очень много шансов выжить. Муха откладывает 5 млн. яичек - и что, она очень волнуется по поводу судьбы этих 5 млн. будущих маленьких мушек? Сотнями тысяч и миллионами откладывают яички насекомые, ракообразные, моллюски. Рыбы, которые вымётывают «всего» десятки тысяч икринок, тем более лягушки, вымётывающие тысячи икринок, - это просто идеальные родители в сравнении с более простыми существами. Конечно, и они никак не заботятся о своих потомках, но эти более сложные животные вынуждены выметывать более сложные, более крупные икринки - а тем самым выметывать меньшее число этих икринок. Некоторые виды рыб уже стараются охранять своих вылупившихся рыбят: строят им гнезда, нападают на появившихся хищников. Некоторые виды даже держат мальков в собственном рту, и там мальки спасаются в случае опасности.

Это уже элементы К-стратегии: рождения небольшого числа детёнышей, каждый из которых важен и ценен. Чем сложнее вид - тем ценнее для него каждая отдельная жизнь, тем меньше детёнышей погибает между рождением и смертью. Чем проще устроено живое существо, тем меньше его надо учить и готовить к жизни, тем быстрее оно становится взрослым.

Мышь может родить три раза в год по десять мышат. Роды у мыши проходят очень легко, а малыши через три недели становятся взрослыми. Они уже могут о себе сами позаботиться, мать выгоняет их и готова родить новых. Если мышата не будут погибать - мир скоро заполнится полчищами взрослых мышей. У более сложных животных - слонов, шимпанзе, лосей, зубров - детёнышей рождается меньше, и они реже погибают.

Но и у крупных сложных животных физиологическая норма - смертность 60-70% новорожденных. Самка шимпанзе и слона рожает за свою жизнь 10-15 раз. 7, 10 или даже 12 из этих детёнышей умрут до того, как станут взрослыми. Вырастут и сами дадут племя те самые 2 или 3 детёныша, которые необходимы для воспроизводства вида.

После катастроф при взрывах вулканов, после цунами новые острова и побережья «захватывают» живые существа с R-стратегией. Но вскоре более крупные, сложно устроенные животные с К-стратегией начинают господствовать. Эволюция - во многом борьба не за выживание, а за господство».

Буровский А.М., Феномен мозга. Тайны 100 миллиардов нейронов, М., «Яуза»; «Эксмо», 2010 г., с. 77-79.

Наиболее ярко противоположные стратегии социальных контактов проявляются, конечно же, в репродуктивном поведении, т.е. в стратегии размножения.

У большинства видов, в том числе и у человека, встречаются обе стра­тегии размножения. Общее направление эволюции человека можно обо­значить как движение от r -стратегии к K- стратегии. Можно даже указать примерное время, когда K- стратегия стала преобладать, - это III тысяче­летие до н.э., когда на территории Малой Азии возник миф о конфликте Ниобы и Латоны.

Ниоба отказалась приносить жертвы Латоне и ее детям от Зевса Аполлону и Артемиде. Она объяснила это, в частности, тем, что у нее в семь раз больше детей, чем у Латоны. Обиженная Латона пожаловалась детям. Вступившиеся за мать Аполлон и Артемида перебили стрелами всех Ниобидов.

Биологический смысл этого мифа очевиден: лучше иметь немно­го потомков, но более приспособленных к окружающей среде, которые в конкурентной борьбе будут побеждать более многочисленных, но хуже приспособленных особей. А большие адаптивные возможности потомков достигаются, как уже отмечалось, во-первых, тщательным выбором репро­дуктивного партнера и, во-вторых, тщательным уходом за потомством - тем, что у человека называется воспитанием и обучением.

В эволюции человека r -стратегия постепенно вытесняется К -стратегией.

Эволюционное преимущество перешло к K- стратегам, т.е. большее количество репродуктивно успешных потомков стали оставлять те женщины, которые: 1) тщательно выбирали репродуктивного партнера (супруга) и 2) обладали выраженным родительским поведением, т.е. обеспечивали детям тщательный уход, занимались их воспитанием и давали им образование.

Женщина K -стратег заинтересована в том, чтобы репродуктивный партнер тратил все добываемые ресурсы на обеспечение только ее потомства.

Несмотря на то что в целом человек является моногамным видом (точ­нее, среди людей больше представителей K -стратегии), нередко встреча­ются и носители противоположной стратегии размножения, достаточно равнодушные к своим детям. Такие люди, особенно женщины, часто бо­лезненно переживают свое равнодушие, считая себя виноватыми в недо­статке родительских чувств. Врачи выделяют это состояние в особый не­вроз «плохой матери».

Тип стратегии размножения, к которому принадлежит человек, выяв­ляется только после рождения у него ребенка. Тогда гормональная реакция, сопровождающая роды, инициирует комплекс родительского поведения. Трудно до родов определить принадлежность женщины тому или иному пси­хологическому типу - r- либо К- стратегии. Внимание к собственным детям нельзя воспитать.

Холодность или неприязнь женщины к своим детям - варианты нормы. Это крайнее проявление r -стратегии размножения.

Если у здоровой женщины отмечается высокий уровень кортизола в состоянии покоя, т.е. она отно­сится к психологическому типу Б, то это служит основанием для прогноза интенсивного родительского поведе­ния. Концентрация кортизола в крови во время беременности растет у всех женщин. Но ее увеличение больше у тех женщин, которые впоследствии проявляли более выраженное материнское поведение.

Помимо кортизола, склонность к родительской аффилиации отража­ется в соотношении эстрадиола и прогестерона. Постепенное увеличение этого соотношения от ранних к поздним срокам беременности является маркером К -стратегии.

Относительно гормональной регуляции отцовского поведения, т.е. ро­дительского поведения мужчины, известно очень мало. Есть данные, свиде­тельствующие, что родительское поведение более выражено у мужчин с невы­соким уровнем тестостерона и высоким содержанием пролактина. У мужчин, проводящих много времени со своими детьми до 1 года, выше содержание кортизола и пролактина в крови, чем у тех, кто тратил на такое общение мало времени, однако отличия не достигают уровня статистической достоверности.

Практическое значение исследования биологических маркеров K -стра-тегии очевидно. Женщина предъявляет к половому и репродуктивному партнеру различные, во многом противоположные требования. Если лю­бовник должен обладать максимальным количеством достоинств, то у мужа должно быть минимальное количество недостатков. И только два положи­тельных качества: приносить деньги и хорошо относиться к детям. Поэто­му проблема выбора супруга значительно облегчится, когда будут найдены конкретные биологические признаки склонности человека к поведению, обеспечивающему K- стратегию размножения. К сожалению, пока что эта задача далека от разрешения.

Нужно отметить, что поведение, характерное для двух стратегий раз­множения, проявляется не только в отношениях к детям и супругам. Стра­тегии репродуктивного поведения являются частным случаем стратегий социальных контактов.

Выбирай - я или этот кот!

Ну, я тебя выбираю. Все-таки тебя я давно знаю, а этого кота в первый раз вижу.

Э. Успенский

Персонаж Э. Успенского - это очевидный K- стратег, т. к. в случае необходимости альтернативного выбора предпочитает хорошо знакомого человека. Обладатель противоположного психологического типа выберет незнакомца, поскольку общение с ним сулит новые впечатления, с ним интереснее.

r - и K- стратегии размножения являются частным случаем r - и К-стратегий социальных контактов.

r - и K -стратегии социальных контактов можно рассматривать как пси­хологические типы. Животные типа Б активно реагируют поведением и эндокринными реакциями на поведение другого животного. Крысы типа А индифферентны к поведению соседа. Очень показательны различия в системе окситоцина этих животных. У животных типа А активность системы окситоцина в два раза ниже, чем у животных типа Б. Та­ким образом, имеется соответствие различиям гуморальных механизмов и ти­пов социальных контактов у животных генетически селектированных линий.

Рассмотрим несколько примеров влияния окситоцина на поведение человека.

Добровольцам интраназально апплицировали окситоцин, что увеличивало доверие между людьми.

Более того, ранние социальные стрессы, вызванные разлукой с матерью, приводят к измененному уровню окситоцина у взрослых особей. Например, у макак-резусов, которые воспитывались в изоляции от матери, в возрасте 18, 24 и 36 месяцев драматически снижено количество аффилиативных со­циальных контактов, в том числе длительность аллогруминга, и увеличено количество агонистических контактов и длительность стереотипных дви­гательных актов. У таких изолянтов концентрация окситоцина в спинно­мозговой жидкости значительно ниже, чем у нормальных, т.е. выращенных с матерью обезьян.

Сходные результаты получены при исследовании людей с дефицитом контактов с родителями. Дети, которые с самого рождения были лише­ны материнского ухода, став взрослыми, страдают эмоциональными рас­стройствами и проявляют нарушенное социальное поведение. У них также обнаружена сниженная активность систем окситоцина и вазопрессина 147 . Нарушения в системе окситоцина отмечены и у детей, лишенных и отцов­ского присутствия тоже. Как известно, у детей матерей-одиночек повышен риск эмоциональных расстройств. У взрослых мужчин, выросших без отца, ослаблено тормозное влияние окситоцина, вводимого интраназально, на стрессорный подъем кортизола в крови

Подводя итоги обсуждения вопроса о стратегиях социальных контактов человека, следует сказать, что, несомненно, существуют две такие стратегии: r - и К-. Они проявляются, прежде всего, в отношениях к детям, но, также и при всех других социальных контактах. K -стратегия сопряжена с высокой активностью системы окситоцина в организме, а r- с низкой. Эти два сти­ля поведения детерминированы генетически, но могут изменяться, по край­ней мере, временно, при манипуляциях уровнем окситоцина в организме.