Befolkningsøkologi: definisjon, egenskaper, teori og eksempler

Økologer studerer hvordan organismer samhandler med miljøene sine på jorden. Befolkningsøkologi er et mer spesialisert studieretning om hvordan og hvorfor populasjonene i disse organismene endres over tid.

Når den menneskelige befolkningen vokser i det 21. århundre, kan informasjonen hentet fra befolkningsøkologien hjelpe til med planleggingen. Det kan også hjelpe i arbeidet med å bevare andre arter.

I populasjonsbiologi, begrepet befolkning refererer til en gruppe medlemmer av en art som bor i samme område.

Definisjonen av befolkningsøkologi er studien av hvordan ulike faktorer påvirker befolkningsvekst, overlevelsesrate og reproduksjon, og risiko for utryddelse.

Økologer bruker forskjellige begreper når de forstår og diskuterer populasjoner av organismer. En populasjon er alle av en slags art som bor på et bestemt sted. Befolkningsstørrelse representerer det totale antall individer i et habitat. Befolkningstetthet refererer til hvor mange individer som bor i et bestemt område.

Befolkningsstørrelse er representert med bokstaven N, og den tilsvarer det totale antallet individer i en befolkning. Jo større en befolkning er, jo større er den generiske variasjonen og derfor potensialet for langvarig overlevelse. Økt befolkningsstørrelse kan imidlertid føre til andre problemer, for eksempel overforbruk av ressurser som fører til en befolkningskrasj.

Befolkningstetthet refererer til antall individer i et bestemt område. Et område med lav tetthet ville ha flere organismer spredt. Områder med høy tetthet vil ha flere individer som bor nærmere hverandre, noe som fører til større ressurskonkurranse.

Befolkningsdispersjon: Gir nyttig informasjon om hvordan arter samhandler med hverandre. Forskere kan lære mer om populasjoner ved å studere hvordan de blir distribuert eller spredt.

Befolkningsfordeling beskriver hvordan individer av en art er spredt, enten de bor i nærheten av hverandre eller langt fra hverandre, eller gruppert i grupper.

• Ensartet spredning refererer til organismer som lever i et bestemt territorium. Et eksempel kan være pingviner. Pingviner lever i territorier, og innenfor disse områdene plasserer fuglene seg relativt jevnt.
• Tilfeldig spredning refererer til spredning av individer som vinddispergede frø, som faller tilfeldig etter reiser.
• Klynget eller klumpet spredning refererer til en rett dråpe frø til bakken, i stedet for å bli båret, eller til grupper av dyr som lever sammen, for eksempel flokker eller skoler. Fiskeskoler viser denne måten å spre seg på.

Quadrat-metode: Ideelt sett kan befolkningsstørrelsen bestemmes ved å telle hver enkelt person i et habitat. Dette er svært upraktisk i mange tilfeller, om ikke umulig, så økologer må ofte ekstrapolere slik informasjon.

Når det gjelder veldig små organismer, langsomme flyttere, planter eller andre ikke-mobile organismer, skanner forskere bruk det som kalles en kvadrat (ikke "kvadrant"; merk stavemåten). En kvadrat innebærer å merke av firkanter i samme størrelse inne i et habitat. Ofte brukes snor og tre. Deretter kan forskere lettere telle individene i kvadraten.

Ulike kvadrater kan plasseres i forskjellige områder slik at forskere får stikkprøver. Dataene som samles inn fra å telle individene i kvadratene, blir deretter brukt til å ekstrapolere befolkningsstørrelsen.

Merk og gjenfang: Åpenbart vil en kvadrat ikke fungere for dyr som beveger seg en runde mye. Så for å bestemme populasjonsstørrelsen på mer mobile organismer, bruker forskere en metode som kalles merke og gjenerobre.

I dette scenariet blir individuelle dyr fanget og deretter merket med et merke, bånd, maling eller noe lignende. Dyret slippes tilbake i omgivelsene. På et senere tidspunkt blir et annet sett med dyr fanget opp, og det settet kan omfatte de som allerede er merket, samt umerkede dyr.

Resultatet av å fange både merkede og umerkede dyr gir forskere et forhold å bruke, og ut fra det kan de beregne estimert populasjonsstørrelse.

Et eksempel på denne metoden er den i California-kondoren, der individer ble fanget og merket for å følge populasjonsstørrelsen til denne truede arten. Denne metoden er ikke ideell på grunn av ulike faktorer, så mer moderne metoder inkluderer radiosporing av dyr.

Thomas Malthus, som publiserte et essay som beskrev befolkningens forhold til naturressurser, dannet den tidligste befolkningsteorien økologi. Charles Darwin utvidet dette med sin “survival of the fittest” konsepter.

I sin historie stod økologi på begrepene fra andre studieretninger. En forsker, Alfred James Lotka, endret vitenskapsløpet da han kom på begynnelsen av befolkningsøkologi. Lotka søkte dannelsen av et nytt felt av "fysisk biologi" der han innarbeidet en systemtilnærming for å studere forholdet mellom organismer og deres miljø.

Biostatistikeren Raymond Pearl noterte seg Lotkas arbeid og samarbeidet med ham for å diskutere samspill med rovdyr og byttedyr.

Vito Volterra, en italiensk matematiker, begynte å analysere rovdyr-byttedyrrelasjoner på 1920-tallet. Dette ville føre til det som ble kalt Lotka-Volterra ligninger som fungerte som et springbrett for matematisk befolkningsøkologi.

Australsk entomolog A.J. Nicholson ledet de tidlige studieretningene om tetthetsavhengige dødelighetsfaktorer. H.G. Andrewartha og L.C. Birch fortsatte med å beskrive hvordan populasjoner påvirkes av abiotiske faktorer. Lotkas systemtilnærming til økologi påvirker fortsatt feltet til i dag.

Befolkningsvekst gjenspeiler endringen i antall individer over en periode. Befolkningsvekstraten påvirkes av fødsels- og dødsratene, som igjen er relatert til ressurser i deres miljø eller utenfor faktorer som klima og katastrofer. Reduserte ressurser vil føre til redusert befolkningsvekst. Logistisk vekst refererer til befolkningsvekst når ressursene er begrenset.

Når en befolkningsstørrelse møter ubegrensede ressurser, har den en tendens til å vokse veldig raskt. Dette kalles eksponensiell vekst. Bakterier vil for eksempel vokse eksponentielt når de får tilgang til ubegrensede næringsstoffer. En slik vekst kan imidlertid ikke opprettholdes på ubestemt tid.

Bæreevne: Fordi den virkelige verden ikke tilbyr ubegrensede ressurser, vil antall individer i en voksende befolkning til slutt nå et punkt når ressursene blir knappere. Da vil vekstraten avta og avta.

Når en befolkning når dette utjevningspunktet, regnes det som den største befolkningen miljøet kan opprettholde. Begrepet for dette fenomenet er bæreevne. Bokstaven K representerer bæreevne.

Vekst, fødsel og dødsrate: For menneskelig befolkningsvekst har forskere lenge brukt demografi for å studere befolkningsendringer over tid. Slike endringer skyldes fødselsrate og dødsrate.

Større befolkninger vil for eksempel føre til høyere fødselsrate bare på grunn av flere potensielle venner. Dette kan imidlertid også føre til høyere dødsfall fra konkurranse og andre variabler som sykdom.

Befolkningen holder seg stabil når fødsels- og dødsratene er like. Når fødselstallene er større enn dødstallene, øker befolkningen. Når dødsfallet overgår fødselsraten, går befolkningen ned. Dette eksemplet tar imidlertid ikke hensyn til innvandring og utvandring.

Forventet levealder spiller også en rolle i demografi. Når enkeltpersoner lever lenger, påvirker de også ressurser, helse og andre faktorer.

Begrensende faktorer: Økologer studerer faktorer som begrenser befolkningsveksten. Dette hjelper dem å forstå endringene populasjonene gjennomgår. Det hjelper dem også med å forutsi potensiell fremtid for befolkningen.

Ressurser i miljøet er eksempler på begrensende faktorer. For eksempel trenger planter en viss mengde vann, næringsstoffer og sollys i et område. Dyr krever mat, vann, ly, tilgang til kamerater og trygge områder for hekking.

Tetthetsavhengig befolkningsregulering: Når populasjonsøkologer diskuterer veksten av en befolkning, er det gjennom linsen til faktorer som er tetthetsavhengige eller tetthetsuavhengige.

Tetthetsavhengig befolkningsregulering beskriver et scenario der en befolkningstetthet påvirker vekstraten og dødeligheten. Tetthetsavhengig regulering har en tendens til å være mer biotisk.

For eksempel konkurranse innen og mellom arter om ressurser, sykdommer, predasjon og avfallsmassasje representerer alle tetthetsavhengige faktorer. Tettheten av tilgjengelig byttedyr vil også påvirke rovdyrpopulasjonen og føre til at de beveger seg eller potensielt sulter.

Tetthetsuavhengig befolkningsregulering: I motsetning, tetthetsuavhengig befolkningsregulering refererer til naturlige (fysiske eller kjemiske) faktorer som påvirker dødeligheten. Med andre ord påvirkes dødeligheten uten at tetthet blir tatt i betraktning.

Disse faktorene pleier å være katastrofale, for eksempel naturkatastrofer (f.eks. Brann og jordskjelv). Forurensinger imidlertid en menneskeskapt tetthetsuavhengig faktor som påvirker mange arter. Klimakrise er et annet eksempel.

Befolkningssykluser: Befolkningen stiger og faller på en syklisk måte avhengig av ressursene og konkurransen i miljøet. Et eksempel kan være sel, påvirket av forurensning og overfiske. Redusert byttedyr for selene fører til økt seldød. Hvis antall fødsler skulle øke, ville befolkningsstørrelsen forbli stabil. Men hvis dødsfallet deres overgikk fødsler, ville befolkningen reduseres.

Som Klima forandringer fortsetter å påvirke naturlige populasjoner, blir bruken av populasjonsbiologimodeller viktigere. De mange fasettene av befolkningsøkologi hjelper forskere bedre å forstå hvordan organismer samhandler, og hjelper til med strategier for artsforvaltning, bevaring og beskyttelse.