Οι οικολόγοι μελετούν πώς οι οργανισμοί αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους στη γη. Οικολογία πληθυσμού είναι ένα πιο εξειδικευμένο πεδίο μελέτης για το πώς και γιατί οι πληθυσμοί αυτών των οργανισμών αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.
Καθώς ο ανθρώπινος πληθυσμός αυξάνεται τον 21ο αιώνα, οι πληροφορίες που συλλέγονται από την οικολογία του πληθυσμού μπορούν να βοηθήσουν στον προγραμματισμό. Μπορεί επίσης να βοηθήσει στις προσπάθειες διατήρησης άλλων ειδών.
Ορισμός οικολογίας πληθυσμού
Σε βιολογία του πληθυσμού, ο όρος πληθυσμός αναφέρεται σε μια ομάδα μελών ενός είδους που ζει στην ίδια περιοχή.
Ο ορισμός του οικολογία του πληθυσμού είναι η μελέτη του πώς διάφοροι παράγοντες επηρεάζουν την αύξηση του πληθυσμού, τα ποσοστά επιβίωσης και αναπαραγωγής και τον κίνδυνο εξαφάνισης.
Χαρακτηριστικά της Οικολογίας του Πληθυσμού
Οι οικολόγοι χρησιμοποιούν διάφορους όρους όταν κατανοούν και συζητούν πληθυσμούς οργανισμών. Ένας πληθυσμός είναι όλα ένα είδος ειδών που κατοικούν σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία.
Μέγεθος πληθυσμού αντιπροσωπεύει τον συνολικό αριθμό ατόμων σε ένα περιβάλλον. Πυκνότητα πληθυσμού αναφέρεται σε πόσα άτομα διαμένουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή.Μέγεθος πληθυσμού αντιπροσωπεύεται από το γράμμα N και ισούται με τον συνολικό αριθμό ατόμων σε έναν πληθυσμό. Όσο μεγαλύτερος είναι ο πληθυσμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η γενική του διακύμανση και συνεπώς το δυναμικό της για μακροπρόθεσμη επιβίωση. Ωστόσο, το αυξημένο μέγεθος του πληθυσμού μπορεί να οδηγήσει σε άλλα ζητήματα, όπως η υπερβολική χρήση πόρων που οδηγεί σε πληθυσμιακή κρίση.
Πυκνότητα πληθυσμού αναφέρεται στον αριθμό ατόμων σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Μια περιοχή χαμηλής πυκνότητας θα είχε περισσότερους οργανισμούς απλωμένους. Οι περιοχές υψηλής πυκνότητας θα έχουν περισσότερα άτομα να ζουν πιο κοντά, οδηγώντας σε μεγαλύτερο ανταγωνισμό πόρων.
Διασπορά πληθυσμού: Αποδίδει χρήσιμες πληροφορίες για το πώς τα είδη αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Οι ερευνητές μπορούν να μάθουν περισσότερα για τους πληθυσμούς μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο διανέμονται ή διασκορπίζονται.
Η κατανομή του πληθυσμού περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο εξαπλώνονται τα άτομα ενός είδους, είτε ζουν σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους ή σε απόσταση μεταξύ τους, είτε συγκεντρωμένα σε ομάδες.
- Ομοιόμορφη διασπορά αναφέρεται σε οργανισμούς που ζουν σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Ένα παράδειγμα θα ήταν οι πιγκουίνοι. Οι πιγκουίνοι ζουν σε περιοχές, και εντός αυτών των περιοχών τα πουλιά διαχωρίζονται σχετικά ομοιόμορφα.
- Τυχαία διασπορά αναφέρεται στην εξάπλωση ατόμων όπως οι σπόροι που διασκορπίζονται στον αέρα, οι οποίοι πέφτουν τυχαία μετά το ταξίδι.
- Ομαδοποιημένη ή ομαδοποιημένη διασπορά αναφέρεται σε μια ευθεία σταγόνα σπόρων στο έδαφος, αντί να μεταφέρονται, ή σε ομάδες ζώων που ζουν μαζί, όπως κοπάδια ή σχολεία. Τα σχολεία ψαριών παρουσιάζουν αυτόν τον τρόπο διασποράς.
Πώς υπολογίζεται το μέγεθος και η πυκνότητα του πληθυσμού
Μέθοδος Quadrat: Στην ιδανική περίπτωση, το μέγεθος του πληθυσμού θα μπορούσε να προσδιοριστεί μετρώντας κάθε άτομο σε ένα περιβάλλον. Αυτό είναι εξαιρετικά πρακτικό σε πολλές περιπτώσεις, αν όχι αδύνατο, έτσι οι οικολόγοι συχνά πρέπει να παρεκτείνουν τέτοιες πληροφορίες.
Στην περίπτωση πολύ μικρών οργανισμών, αργών μετακινήσεων, φυτών ή άλλων μη κινητών οργανισμών, οι επιστήμονες ανιχνεύουν τη χρήση αυτού που ονομάζεται τετράδυμο (όχι "τεταρτημόριο" · σημειώστε την ορθογραφία). Ένα τετράγωνο συνεπάγεται σήμανση τετραγώνων ίδιου μεγέθους μέσα σε ένα βιότοπο. Συχνά χρησιμοποιούνται κορδόνι και ξύλο. Στη συνέχεια, οι ερευνητές μπορούν να μετρήσουν ευκολότερα τα άτομα εντός του τετραγώνου.
Μπορούν να τοποθετηθούν διαφορετικά τετράγωνα σε διαφορετικές περιοχές, έτσι ώστε οι ερευνητές να πάρουν τυχαία δείγματα. Τα δεδομένα που συλλέγονται από την καταμέτρηση των ατόμων στα τετράγωνα χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την παρέκταση του μεγέθους του πληθυσμού.
Σημειώστε και ανακτήστε: Προφανώς, ένα τετράγωνο δεν θα λειτουργούσε για ζώα που κινούνται πολύ. Έτσι, για να προσδιοριστεί το μέγεθος του πληθυσμού περισσότερων κινητών οργανισμών, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια μέθοδο που ονομάζεται σήμανση και ανάκτηση.
Σε αυτό το σενάριο, μεμονωμένα ζώα συλλαμβάνονται και στη συνέχεια επισημαίνονται με ετικέτα, ταινία, χρώμα ή κάτι παρόμοιο. Το ζώο απελευθερώνεται πίσω στο περιβάλλον του. Στη συνέχεια, σε μεταγενέστερη ημερομηνία, συλλαμβάνεται ένα άλλο σύνολο ζώων και αυτό το σύνολο μπορεί να περιλαμβάνει αυτά που έχουν ήδη επισημανθεί, καθώς και ζώα που δεν έχουν επισημανθεί.
Το αποτέλεσμα της σύλληψης τόσο σημειωμένων όσο και μη επισημασμένων ζώων δίνει στους ερευνητές μια αναλογία προς χρήση και από αυτό μπορούν να υπολογίσουν το εκτιμώμενο μέγεθος του πληθυσμού.
Ένα παράδειγμα αυτής της μεθόδου είναι αυτή του κόνδορα της Καλιφόρνιας, στον οποίο άτομα συλλήφθηκαν και επισημάνθηκαν για να ακολουθήσουν το μέγεθος του πληθυσμού αυτού του απειλούμενου είδους. Αυτή η μέθοδος δεν είναι ιδανική λόγω διαφόρων παραγόντων, οπότε οι πιο σύγχρονες μέθοδοι περιλαμβάνουν ραδιοπαρακολούθηση ζώων.
Θεωρία Οικολογίας Πληθυσμού
Thomas Malthus, ο οποίος δημοσίευσε ένα δοκίμιο που περιέγραψε τη σχέση του πληθυσμού με τους φυσικούς πόρους, σχημάτισε την πρώτη θεωρία του πληθυσμού οικολογία. Ο Τσαρλς Ντάργουιν επεκτάθηκε σε αυτό με τις ιδέες του «επιβίωση των καλύτερων».
Στην ιστορία της, η οικολογία βασίστηκε στις έννοιες άλλων τομέων μελέτης. Ένας επιστήμονας, Άλφρεντ Τζέιμς Λότκα, άλλαξε την πορεία της επιστήμης όταν ήρθε με την αρχή της οικολογίας του πληθυσμού. Ο Λότκα επιδίωξε το σχηματισμό ενός νέου πεδίου «φυσικής βιολογίας» στον οποίο ενσωμάτωσε μια προσέγγιση συστημάτων για τη μελέτη της σχέσης μεταξύ οργανισμών και του περιβάλλοντός τους.
Ο βιοστατιστικός Raymond Pearl σημείωσε το έργο της Lotka και συνεργάστηκε μαζί του για να συζητήσει τις αλληλεπιδράσεις αρπακτικών.
Βίτο Βολτέρρα, ένας Ιταλός μαθηματικός, άρχισε να αναλύει τις σχέσεις αρπακτικών θηραμάτων τη δεκαετία του 1920. Αυτό θα οδηγούσε σε αυτό που ονομάστηκε Εξισώσεις Lotka-Volterra που χρησίμευσε ως εφαλτήριο για την οικολογία του μαθηματικού πληθυσμού.
Αυστραλός εντομολόγος A.J. Ο Nicholson ήταν επικεφαλής των πρώτων πεδίων μελέτης σχετικά με τους παράγοντες θνησιμότητας που εξαρτώνται από την πυκνότητα. H.G. Andrewartha και L.C. Ο Birch θα συνεχίσει να περιγράφει πώς οι πληθυσμοί επηρεάζονται από αβιοτικούς παράγοντες. Η προσέγγιση συστημάτων της Lotka στην οικολογία εξακολουθεί να επηρεάζει το πεδίο μέχρι σήμερα.
Ποσοστό αύξησης πληθυσμού και παραδείγματα
Ανάπτυξη του πληθυσμού αντικατοπτρίζει την αλλαγή στον αριθμό των ατόμων για μια χρονική περίοδο. Ο ρυθμός αύξησης του πληθυσμού επηρεάζεται από τα ποσοστά γέννησης και θανάτου, τα οποία με τη σειρά τους σχετίζονται με πόρους στο περιβάλλον τους ή με εξωτερικούς παράγοντες όπως το κλίμα και οι καταστροφές. Οι μειωμένοι πόροι θα οδηγήσουν σε μειωμένη αύξηση του πληθυσμού. Λογιστική ανάπτυξη αναφέρεται στην αύξηση του πληθυσμού όταν οι πόροι είναι περιορισμένοι.
Όταν ένα μέγεθος πληθυσμού αντιμετωπίζει απεριόριστους πόρους, τείνει να αυξάνεται πολύ γρήγορα. Αυτό ονομάζεται εκθετική αύξηση. Τα βακτήρια, για παράδειγμα, θα αναπτυχθούν εκθετικά όταν τους δοθεί πρόσβαση σε απεριόριστα θρεπτικά συστατικά. Ωστόσο, μια τέτοια ανάπτυξη δεν μπορεί να διατηρηθεί επ 'αόριστον.
Μεταφορική ικανότητα: Επειδή ο πραγματικός κόσμος δεν προσφέρει απεριόριστους πόρους, ο αριθμός των ατόμων σε έναν αυξανόμενο πληθυσμό τελικά θα φτάσει σε ένα σημείο όπου οι πόροι γίνονται λιγότεροι. Τότε ο ρυθμός ανάπτυξης θα επιβραδυνθεί και θα μειωθεί.
Μόλις ένας πληθυσμός φτάσει σε αυτό το σημείο ισοπέδωσης, θεωρείται ο μεγαλύτερος πληθυσμός που μπορεί να διατηρήσει το περιβάλλον. Ο όρος για αυτό το φαινόμενο είναι φέρουσα ικανότητα. Το γράμμα Κ αντιπροσωπεύει φέρουσα ικανότητα.
Ποσοστό ανάπτυξης, γέννησης και θανάτου: Για την αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού, οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει εδώ και καιρό τη δημογραφία για να μελετήσουν τις αλλαγές πληθυσμού με την πάροδο του χρόνου. Αυτές οι αλλαγές προκύπτουν από τα ποσοστά γεννήσεων και τα ποσοστά θανάτου.
Οι μεγαλύτεροι πληθυσμοί, για παράδειγμα, θα οδηγούσαν σε υψηλότερα ποσοστά γεννήσεων μόνο λόγω περισσότερων πιθανών συντρόφων. Ωστόσο, αυτό μπορεί επίσης να οδηγήσει σε υψηλότερα ποσοστά θανάτου από τον ανταγωνισμό και άλλες μεταβλητές όπως η ασθένεια.
Οι πληθυσμοί παραμένουν σταθεροί όταν τα ποσοστά γέννησης και θανάτου είναι ίδια. Όταν τα ποσοστά γεννήσεων είναι μεγαλύτερα από τα ποσοστά θανάτου, ο πληθυσμός αυξάνεται. Όταν τα ποσοστά θανάτου ξεπερνούν τα ποσοστά γεννήσεων, ο πληθυσμός μειώνεται. Αυτό το παράδειγμα, ωστόσο, δεν λαμβάνει υπόψη τη μετανάστευση και τη μετανάστευση.
Το προσδόκιμο ζωής παίζει επίσης ρόλο δημογραφία. Όταν τα άτομα ζουν περισσότερο, επηρεάζουν επίσης τους πόρους, την υγεία και άλλους παράγοντες.
Περιοριστικοί παράγοντες: Οι οικολόγοι μελετούν παράγοντες που περιορίζουν την αύξηση του πληθυσμού. Αυτό τους βοηθά να κατανοήσουν τις αλλαγές που υφίστανται οι πληθυσμοί. Τους βοηθά επίσης να προβλέψουν πιθανά μελλοντικά συμβόλαια για τους πληθυσμούς.
Οι πόροι στο περιβάλλον είναι παραδείγματα περιοριστικών παραγόντων. Για παράδειγμα, τα φυτά χρειάζονται μια ορισμένη ποσότητα νερού, θρεπτικών συστατικών και ηλιακού φωτός σε μια περιοχή. Τα ζώα χρειάζονται τροφή, νερό, καταφύγιο, πρόσβαση σε συντρόφους και ασφαλείς περιοχές για φωλιάσματα.
Ρύθμιση του πληθυσμού που εξαρτάται από την πυκνότητα: Όταν οι οικολόγοι του πληθυσμού συζητούν την ανάπτυξη ενός πληθυσμού, είναι μέσω φακών παραγόντων που εξαρτώνται από την πυκνότητα ή δεν εξαρτώνται από την πυκνότητα.
Ρύθμιση του πληθυσμού που εξαρτάται από την πυκνότητα περιγράφει ένα σενάριο στο οποίο η πυκνότητα ενός πληθυσμού επηρεάζει το ρυθμό ανάπτυξης και τη θνησιμότητα του. Η ρύθμιση που εξαρτάται από την πυκνότητα τείνει να είναι πιο βιοτική.
Για παράδειγμα, ο ανταγωνισμός εντός και μεταξύ ειδών για πόρους, ασθένειες, αρπαγή και η συσσώρευση απορριμμάτων αντιπροσωπεύει παράγοντες που εξαρτώνται από την πυκνότητα. Η πυκνότητα των διαθέσιμων θηραμάτων θα επηρέαζε επίσης τον πληθυσμό των αρπακτικών, προκαλώντας τους να κινούνται ή ενδεχομένως να λιμοκτονούν.
Ρύθμιση του πληθυσμού ανεξάρτητα από την πυκνότητα: Σε αντίθεση, ανεξάρτητη από την πυκνότητα ρύθμιση του πληθυσμού αναφέρεται σε φυσικούς (φυσικούς ή χημικούς) παράγοντες που επηρεάζουν τα ποσοστά θνησιμότητας. Με άλλα λόγια, η θνησιμότητα επηρεάζεται χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η πυκνότητα.
Αυτοί οι παράγοντες τείνουν να είναι καταστροφικοί, όπως φυσικές καταστροφές (π.χ., πυρκαγιές και σεισμοί). Ρύπανση, ωστόσο, είναι ένας παράγοντας ανεξάρτητος από την ανθρώπινη πυκνότητα που επηρεάζει πολλά είδη. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η κλιματική κρίση.
Κύκλοι πληθυσμού: Οι πληθυσμοί αυξάνονται και πέφτουν με κυκλικό τρόπο ανάλογα με τους πόρους και τον ανταγωνισμό στο περιβάλλον. Ένα παράδειγμα θα ήταν οι φώκιες του λιμανιού, που επηρεάζονται από τη ρύπανση και την υπεραλίευση. Η μειωμένη λεία για τις φώκιες οδηγεί σε αυξημένο θάνατο φώκιας. Εάν ο αριθμός των γεννήσεων επρόκειτο να αυξηθεί, αυτό το μέγεθος του πληθυσμού θα παρέμενε σταθερό. Αλλά εάν οι θάνατοι τους ξεπέρασαν τις γεννήσεις, ο πληθυσμός θα μειωνόταν.
Οπως και κλιματική αλλαγή συνεχίζει να επηρεάζει τους φυσικούς πληθυσμούς, η χρήση μοντέλων βιολογίας πληθυσμού γίνεται πιο σημαντική. Οι πολλές πτυχές της οικολογίας του πληθυσμού βοηθούν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς αλληλεπιδρούν οι οργανισμοί και βοηθούν σε στρατηγικές διαχείρισης, διατήρησης και προστασίας ειδών.