Gli ecologi studiano come gli organismi interagiscono con i loro ambienti sulla terra. Ecologia della popolazione è un campo di studio più specializzato di come e perché le popolazioni di quegli organismi cambiano nel tempo.
Man mano che la popolazione umana cresce nel 21° secolo, le informazioni raccolte dall'ecologia della popolazione possono aiutare nella pianificazione. Può anche aiutare con gli sforzi per preservare altre specie.
Definizione di ecologia della popolazione
Nel biologia della popolazione, il termine popolazione si riferisce a un gruppo di membri di una specie che vivono nella stessa area.
La definizione di ecologia della popolazione è lo studio di come vari fattori influenzano la crescita della popolazione, i tassi di sopravvivenza e riproduzione e il rischio di estinzione.
Caratteristiche dell'ecologia della popolazione
Gli ecologi usano vari termini quando comprendono e discutono le popolazioni di organismi. Una popolazione è tutta di un tipo di specie che risiede in un luogo particolare.
Dimensione della popolazione è rappresentato dalla lettera N, ed è uguale al numero totale di individui in una popolazione. Più grande è una popolazione, maggiore è la sua variazione generica e quindi il suo potenziale di sopravvivenza a lungo termine. L'aumento delle dimensioni della popolazione può, tuttavia, portare ad altri problemi, come l'uso eccessivo di risorse che porta a un crollo della popolazione.
Densità demografica si riferisce al numero di individui in una determinata area. Un'area a bassa densità avrebbe più organismi sparsi. Le aree ad alta densità avrebbero più individui che vivono più vicini tra loro, portando a una maggiore competizione per le risorse.
Dispersione della popolazione: Fornisce informazioni utili su come le specie interagiscono tra loro. I ricercatori possono saperne di più sulle popolazioni studiando il modo in cui sono distribuite o disperse.
La distribuzione della popolazione descrive il modo in cui gli individui di una specie sono sparsi, se vivono in stretta vicinanza l'uno all'altro o molto distanti o raggruppati in gruppi.
- Dispersione uniforme si riferisce a organismi che vivono in un determinato territorio. Un esempio potrebbero essere i pinguini. I pinguini vivono in territori, e all'interno di quei territori gli uccelli si spaziano in modo relativamente uniforme.
- Dispersione casuale si riferisce alla diffusione di individui come i semi dispersi dal vento, che cadono casualmente dopo aver viaggiato.
- Dispersione a grappolo o agglomerato si riferisce a una goccia diretta di semi a terra, piuttosto che essere trasportati, o a gruppi di animali che vivono insieme, come mandrie o scuole. I banchi di pesci mostrano questo modo di dispersione.
Come vengono calcolate le dimensioni e la densità della popolazione
Metodo del quadrato: Idealmente, la dimensione della popolazione potrebbe essere determinata contando ogni individuo in un habitat. Questo è altamente impraticabile in molti casi, se non impossibile, quindi gli ecologisti devono spesso estrapolare tali informazioni.
Nel caso di organismi molto piccoli, che si muovono lentamente, piante o altri organismi non mobili, gli scienziati utilizzano la scansione che viene chiamata quadrato (non "quadrante"; nota l'ortografia). Un quadrato comporta la marcatura di quadrati della stessa dimensione all'interno di un habitat. Spesso si usano corde e legno. Quindi, i ricercatori possono contare più facilmente gli individui all'interno del quadrato.
Quadrati diversi possono essere posizionati in aree diverse in modo che i ricercatori ottengano campioni casuali. I dati raccolti dal conteggio degli individui nei quadrati vengono quindi utilizzati per estrapolare la dimensione della popolazione.
Segna e riprendi: Ovviamente un quadrato non funzionerebbe per animali che si muovono molto in tondo. Quindi, per determinare la dimensione della popolazione di più organismi mobili, gli scienziati usano un metodo chiamato segnare e riprendere.
In questo scenario, i singoli animali vengono catturati e quindi contrassegnati con un tag, una banda, una vernice o qualcosa di simile. L'animale viene rilasciato nel suo ambiente. Quindi, in un secondo momento, viene catturato un altro gruppo di animali e tale gruppo può includere quelli già contrassegnati, così come gli animali non contrassegnati.
Il risultato della cattura di animali contrassegnati e non contrassegnati offre ai ricercatori un rapporto da utilizzare e, da questo, possono calcolare la dimensione stimata della popolazione.
Un esempio di questo metodo è quello del condor della California, in cui gli individui sono stati catturati e contrassegnati per seguire la dimensione della popolazione di questa specie minacciata. Questo metodo non è l'ideale a causa di vari fattori, quindi i metodi più moderni includono il monitoraggio radio degli animali.
Teoria dell'ecologia della popolazione
Thomas Malthus, che pubblicò un saggio che descriveva il rapporto della popolazione con le risorse naturali, formò la prima teoria della popolazione ecologia. Charles Darwin ha ampliato questo aspetto con i suoi concetti di "sopravvivenza del più adatto".
Nella sua storia, l'ecologia si è basata sui concetti di altri campi di studio. Uno scienziato, Alfred James Lotka, ha cambiato il corso della scienza quando ha inventato gli inizi dell'ecologia della popolazione. Lotka ha cercato la formazione di un nuovo campo della "biologia fisica" in cui ha incorporato un approccio sistemico allo studio della relazione tra gli organismi e il loro ambiente.
Il biostatistico Raymond Pearl ha preso nota del lavoro di Lotka e ha collaborato con lui per discutere delle interazioni predatore-preda.
Vito Volterra, un matematico italiano, iniziò ad analizzare le relazioni predatore-preda negli anni '20. Questo porterebbe a ciò che sono stati chiamati Equazioni di Lotka-Volterra che serviva da trampolino di lancio per l'ecologia matematica della popolazione.
L'entomologo australiano A.J. Nicholson ha guidato i primi campi di studio sui fattori di mortalità dipendenti dalla densità. H.G. Andrewartha e L.C. Birch proseguirebbe descrivendo come le popolazioni sono influenzate da fattori abiotici. L'approccio sistemico di Lotka all'ecologia influenza ancora il campo fino ad oggi.
Tasso di crescita della popolazione ed esempi
Crescita demografica riflette la variazione del numero di individui in un periodo di tempo. Il tasso di crescita della popolazione è influenzato dai tassi di natalità e mortalità, che a loro volta sono legati alle risorse nel loro ambiente oa fattori esterni come il clima e le catastrofi. La diminuzione delle risorse porterà a una diminuzione della crescita della popolazione. Crescita logistica si riferisce alla crescita della popolazione quando le risorse sono limitate.
Quando una popolazione incontra risorse illimitate, tende a crescere molto rapidamente. Questo è chiamato crescita esponenziale. I batteri, ad esempio, cresceranno in modo esponenziale quando avranno accesso a nutrienti illimitati. Tuttavia, tale crescita non può essere sostenuta indefinitamente.
Portata: Poiché il mondo reale non offre risorse illimitate, il numero di individui in una popolazione in crescita alla fine raggiungerà un punto in cui le risorse diventeranno più scarse. Quindi il tasso di crescita rallenterà e si stabilizzerà.
Una volta che una popolazione raggiunge questo punto di stabilizzazione, è considerata la più grande popolazione che l'ambiente può sostenere. Il termine per questo fenomeno è portata. La lettera K rappresenta la capacità di carico.
Tasso di crescita, natalità e mortalità: Per la crescita della popolazione umana, i ricercatori hanno utilizzato a lungo la demografia per studiare i cambiamenti della popolazione nel tempo. Tali cambiamenti derivano dai tassi di natalità e dai tassi di mortalità.
Popolazioni più numerose, ad esempio, porterebbero a tassi di natalità più elevati solo a causa di più potenziali compagni. Tuttavia, questo può anche portare a tassi di mortalità più elevati per competizione e altre variabili come la malattia.
Le popolazioni rimangono stabili quando i tassi di natalità e mortalità sono uguali. Quando i tassi di natalità sono superiori ai tassi di mortalità, la popolazione aumenta. Quando i tassi di mortalità superano i tassi di natalità, la popolazione diminuisce. Questo esempio, tuttavia, non tiene conto dell'immigrazione e dell'emigrazione.
Anche l'aspettativa di vita gioca un ruolo in demografia. Quando gli individui vivono più a lungo, influiscono anche sulle risorse, sulla salute e su altri fattori.
Fattori limitanti: Gli ecologi studiano i fattori che limitano la crescita della popolazione. Questo li aiuta a capire i cambiamenti che subiscono le popolazioni. Li aiuta anche a prevedere potenziali futuri per le popolazioni.
Le risorse nell'ambiente sono esempi di fattori limitanti. Ad esempio, le piante hanno bisogno di una certa quantità di acqua, sostanze nutritive e luce solare in un'area. Gli animali richiedono cibo, acqua, riparo, accesso ai compagni e aree sicure per la nidificazione.
Regolazione della popolazione dipendente dalla densità: Quando gli ecologi della popolazione discutono della crescita di una popolazione, è attraverso la lente di fattori che sono dipendenti o indipendenti dalla densità.
Regolazione della popolazione dipendente dalla densità descrive uno scenario in cui la densità di una popolazione influenza il suo tasso di crescita e mortalità. La regolazione dipendente dalla densità tende ad essere più biotica.
Ad esempio, la competizione all'interno e tra le specie per risorse, malattie, predazione e l'accumulo di rifiuti rappresentano tutti fattori dipendenti dalla densità. La densità delle prede disponibili influenzerebbe anche la popolazione di predatori, facendoli muovere o potenzialmente morire di fame.
Regolazione della popolazione indipendente dalla densità: In contrasto, regolazione della popolazione indipendente dalla densità si riferisce a fattori naturali (fisici o chimici) che influenzano i tassi di mortalità. In altre parole, la mortalità è influenzata senza che si tenga conto della densità.
Questi fattori tendono ad essere catastrofici, come i disastri naturali (ad esempio incendi e terremoti). Inquinamento, tuttavia, è un fattore indipendente dalla densità artificiale che colpisce molte specie. La crisi climatica è un altro esempio.
Cicli di popolazione: Le popolazioni aumentano e diminuiscono in modo ciclico a seconda delle risorse e della concorrenza nell'ambiente. Un esempio potrebbero essere le foche, colpite dall'inquinamento e dalla pesca eccessiva. La diminuzione della preda per le foche porta ad un aumento della morte delle foche. Se il numero delle nascite dovesse aumentare, quella dimensione della popolazione rimarrebbe stabile. Ma se le loro morti superassero le nascite, la popolazione diminuirebbe.
Come cambiamento climatico continua ad avere un impatto sulle popolazioni naturali, l'uso di modelli di biologia della popolazione diventa più importante. Le molte sfaccettature dell'ecologia della popolazione aiutano gli scienziati a capire meglio come interagiscono gli organismi e aiutano nelle strategie per la gestione, la conservazione e la protezione delle specie.