Еколозите изучават как организмите взаимодействат със заобикалящата ги среда на земята. Екология на населението е по-специализирана област на изследване на това как и защо популациите на тези организми се променят с течение на времето.
Тъй като човешкото население нараства през 21 век, информацията, получена от екологията на населението, може да помогне за планирането. Също така може да помогне с усилията за опазване на други видове.
Определение на екологията на населението
В популационна биология, терминът население се отнася до група членове на даден вид, живеещ в една и съща област.
Определението за екология на населението е изследването на това как различните фактори влияят върху растежа на населението, темповете на оцеляване и възпроизводство и риска от изчезване.
Характеристики на екологията на населението
Еколозите използват различни термини, когато разбират и обсъждат популации от организми. Популацията е един вид видове, пребиваващи на определено място. Население представлява общия брой индивиди в местообитание.
Размер на населението е представена с буквата N и е равна на общия брой индивиди в популация. Колкото по-голяма е популацията, толкова по-голяма е нейната обща вариация и следователно потенциалът й за дългосрочно оцеляване. Увеличеният брой на населението обаче може да доведе до други проблеми, като прекомерно използване на ресурси, водещо до срив на населението.
Гъстота на населението се отнася до броя на индивидите в дадена област. В зона с ниска плътност ще има повече организми, разпространени. Областите с висока плътност биха имали повече индивиди, живеещи по-близо един до друг, което би довело до по-голяма конкуренция на ресурсите.
Разсейване на населението: Дава полезна информация за това как видовете взаимодействат помежду си. Изследователите могат да научат повече за популациите, като изучават начина, по който са разпределени или разпръснати.
Разпределението на популацията описва как индивидите от даден вид са разпределени, независимо дали живеят в непосредствена близост един до друг или отдалечени, или групирани в групи.
- Равномерна дисперсия се отнася до организми, които живеят на определена територия. Един пример биха били пингвините. Пингвините живеят на територии и в рамките на тези територии птиците се разпределят относително равномерно.
- Случайна дисперсия се отнася до разпространението на индивиди като разпръснати от вятъра семена, които падат случайно след пътуване.
- Клъстерна или натрупана дисперсия се отнася до права капка семена на земята, вместо да се пренася, или до групи животни, живеещи заедно, като стада или училища. Кучетата риби проявяват този начин на разпръскване.
Как се изчисляват размерът и гъстотата на населението
Квадратен метод: В идеалния случай размерът на популацията може да бъде определен чрез преброяване на всеки индивид в местообитанието. Това е много непрактично в много случаи, ако не и невъзможно, така че еколозите често трябва да екстраполират такава информация.
В случай на много малки организми, бавно движещи се, растения или други неподвижни организми, учените сканират използването на това, което се нарича квадрат (не "квадрант"; обърнете внимание на правописа). Квадрат означава маркиране на квадрати със същия размер в местообитанието. Често се използват низ и дърво. След това изследователите могат по-лесно да преброят индивидите в квадрата.
Различни квадрати могат да бъдат поставени в различни области, така че изследователите да получават произволни проби. След това данните, събрани от преброяването на индивидите в квадратите, се използват за екстраполация на популацията.
Маркиране и повторно улавяне: Очевидно квадратът не би работил за животни, които се движат много. Така че, за да определят числеността на популацията на по-подвижни организми, учените използват метод, наречен маркирайте и вземете отново.
В този случай отделните животни се залавят и след това се маркират с етикет, лента, боя или нещо подобно. Животното се освобождава обратно в заобикалящата го среда. След това на по-късна дата се улавя друг набор животни и този набор може да включва вече маркирани, както и немаркирани животни.
Резултатът от улавянето както на маркирани, така и на немаркирани животни дава на изследователите съотношение за използване и от това те могат да изчислят приблизителния размер на популацията.
Пример за този метод е този на калифорнийския кондор, при който индивиди са били уловени и маркирани, за да проследяват популацията на този застрашен вид. Този метод не е идеален поради различни фактори, така че по-модерните методи включват радио проследяване на животни.
Теория на екологията на населението
Томас Малтус, който публикува есе, което описва връзката на населението с природните ресурси, формира най-ранната теория за населението екология. Чарлз Дарвин разшири това с концепциите си за „оцеляване на най-силните“.
В своята история екологията разчита на концепциите на други области на изследване. Един учен, Алфред Джеймс Лотка, промени хода на науката, когато измисли началото на екологията на населението. Лотка търси формирането на ново поле на „физическата биология“, в което той включва системен подход за изучаване на връзката между организмите и тяхната среда.
Биостатикът Реймънд Пърл отбеляза работата на Лотка и си сътрудничи с него, за да обсъдят взаимодействията на хищник и плячка.
Вито Волтера, италиански математик, започва да анализира връзките хищник и плячка през 20-те години на миналия век. Това би довело до това, което се наричаше Уравнения на Лотка-Волтера който служи като трамплин за математическа екология на населението.
Австралийският ентомолог A.J. Никълсън ръководи ранните области на изследване по отношение на факторите на смъртност, зависими от плътността. H.G. Andrewartha и L.C. Birch ще продължи да описва как популациите са засегнати от абиотични фактори. Системният подход на Лотка към екологията все още влияе на полето и до днес.
Темп на растеж на населението и примери
Ръст на населението отразява промяната в броя на индивидите за определен период от време. Темпът на растеж на населението се влияе от равнищата на раждаемост и смъртност, които от своя страна са свързани с ресурси в тяхната среда или външни фактори като климат и бедствия. Намалените ресурси ще доведат до намален прираст на населението. Логистичен растеж се отнася до нарастване на населението, когато ресурсите са ограничени.
Когато размерът на популацията срещне неограничени ресурси, той има тенденция да расте много бързо. Това се казва експоненциален растеж. Бактериите, например, ще растат експоненциално, когато им бъде предоставен достъп до неограничени хранителни вещества. Такъв растеж обаче не може да се поддържа безкрайно.
Товароносимост: Тъй като реалният свят не предлага неограничени ресурси, броят на хората в нарастващото население в крайна сметка ще достигне точка, когато ресурсите стават по-малко. Тогава темпът на растеж ще се забави и ще изравни.
След като населението достигне тази точка на изравняване, се счита за най-голямото население, което околната среда може да поддържа. Терминът за това явление е товароносимост. Буквата К представлява товароносимост.
Растеж, раждаемост и смъртност: За растежа на човешкото население изследователите отдавна използват демография, за да изследват промените в населението с течение на времето. Такива промени са резултат от раждаемостта и смъртността.
По-голямото население, например, би довело до по-висока раждаемост само заради повече потенциални партньори. Това обаче може да доведе и до по-високи нива на смъртност от конкуренция и други променливи като болест.
Населението остава стабилно, когато равнищата на раждаемост и смъртност са равни. Когато раждаемостта е по-голяма от смъртността, населението се увеличава. Когато смъртността надвишава раждаемостта, населението намалява. Този пример обаче не взема под внимание имиграцията и емиграцията.
Продължителността на живота също играе роля в демография. Когато хората живеят по-дълго, те също влияят върху ресурсите, здравето и други фактори.
Ограничаващи фактори: Еколозите изучават фактори, които ограничават прираста на населението. Това им помага да разберат промените, претърпени от популациите. Също така им помага да предскажат потенциално бъдеще за населението.
Ресурсите в околната среда са примери за ограничаващи фактори. Например, растенията се нуждаят от определено количество вода, хранителни вещества и слънчева светлина в дадена област. Животните се нуждаят от храна, вода, подслон, достъп до партньори и безопасни зони за гнездене.
Регулиране на населението в зависимост от плътността: Когато популационните еколози обсъждат растежа на популацията, това е през обектива на фактори, които са зависими от плътността или независими от плътността.
Регулиране на населението в зависимост от плътността описва сценарий, при който плътността на популацията влияе върху нейния темп на растеж и смъртност. Зависимата от плътността регулация има тенденция да бъде по-биотична.
Например, конкуренция между и между видовете за ресурси, болести, хищничество и натрупването на отпадъци представляват фактори, зависими от плътността. Плътността на наличната плячка също би повлияла на популацията на хищници, карайки ги да се движат или потенциално да гладуват.
Независимо от гъстотата регулиране на населението: За разлика, независимо от плътността регулиране на населението се отнася до естествени (физични или химични) фактори, които влияят върху смъртността. С други думи, смъртността се влияе, без да се взема предвид плътността.
Тези фактори са склонни да бъдат катастрофални, като природни бедствия (например горски пожари и земетресения). Замърсяванеобаче е фактор, създаден от човека, не зависи от плътността, който засяга много видове. Климатичната криза е друг пример.
Популационни цикли: Населението се увеличава и спада циклично в зависимост от ресурсите и конкуренцията в околната среда. Пример за това са морските тюлени, засегнати от замърсяване и прекомерен риболов. Намалената плячка на тюлените води до увеличена смърт на тюлените. Ако броят на ражданията трябваше да се увеличи, размерът на населението ще остане стабилен. Но ако смъртта им надмина ражданията, населението ще намалее.
Като изменението на климата продължава да оказва въздействие върху естествените популации, използването на модели на популационната биология става все по-важно. Многобройните аспекти на популационната екология помагат на учените да разберат по-добре как взаимодействат организмите и помагат в стратегиите за управление, опазване и защита на видовете.