Ekolodzy badają, w jaki sposób organizmy oddziałują ze swoim środowiskiem na Ziemi. Ekologia ludności jest bardziej wyspecjalizowaną dziedziną badań nad tym, jak i dlaczego populacje tych organizmów zmieniają się w czasie.
Ponieważ populacja ludzka rośnie w XXI wieku, informacje zebrane z ekologii populacji mogą pomóc w planowaniu. Może również pomóc w wysiłkach na rzecz ochrony innych gatunków.
Definicja ekologii populacji
W biologia populacyjna, termin populacja odnosi się do grupy członków gatunku żyjących na tym samym obszarze.
Definicja ekologia populacji jest badaniem, w jaki sposób różne czynniki wpływają na wzrost populacji, wskaźniki przeżywalności i reprodukcji oraz ryzyko wyginięcia.
Charakterystyka ekologii populacji
Ekolodzy używają różnych terminów, kiedy rozumieją i omawiają populacje organizmów. Populacja to wszystkie gatunki jednego rodzaju zamieszkujące określoną lokalizację. Wielkość populacji reprezentuje całkowitą liczbę osobników w siedlisku. Gęstość zaludnienia odnosi się do tego, ile osób mieszka na określonym obszarze.
Wielkość populacji jest reprezentowana przez literę N i jest równa całkowitej liczbie osobników w populacji. Im większa populacja, tym większa jest jej zmienność rodzajowa, a tym samym jej potencjał do długoterminowego przeżycia. Zwiększona liczebność populacji może jednak prowadzić do innych problemów, takich jak nadmierne zużycie zasobów prowadzące do krachu populacji.
Gęstość zaludnienia odnosi się do liczby osób na określonym obszarze. Obszar o niskiej gęstości rozprzestrzeniłby się na większą liczbę organizmów. Na obszarach o dużym zagęszczeniu byłoby więcej osób mieszkających bliżej siebie, co prowadziłoby do większej konkurencji o zasoby.
Rozproszenie ludności: Dostarcza przydatnych informacji na temat interakcji między gatunkami. Naukowcy mogą dowiedzieć się więcej o populacjach, badając ich dystrybucję lub rozproszenie.
Rozmieszczenie populacji opisuje, w jaki sposób osobniki danego gatunku są rozmieszczone, niezależnie od tego, czy żyją blisko siebie, czy daleko od siebie, czy też grupują się w grupy.
- Jednolita dyspersja odnosi się do organizmów żyjących na określonym terytorium. Jednym z przykładów mogą być pingwiny. Pingwiny żyją na terytoriach, a ptaki w obrębie tych terytoriów rozmieszczają się stosunkowo równomiernie.
- Losowa dyspersja odnosi się do rozprzestrzeniania się osobników, takich jak nasiona przenoszone przez wiatr, które spadają losowo po podróży.
- Rozproszenie skupione lub zbite odnosi się do prostej kropli nasion na ziemię, a nie do przenoszenia, lub do grup zwierząt żyjących razem, takich jak stada lub szkoły. Ławice ryb wykazują ten sposób rozproszenia.
Jak obliczana jest wielkość i gęstość populacji
Metoda kwadratowa: Najlepiej byłoby, gdyby wielkość populacji można było określić, licząc każdego osobnika w siedlisku. W wielu przypadkach jest to wysoce niepraktyczne, jeśli nie niemożliwe, dlatego ekolodzy często muszą ekstrapolować takie informacje.
W przypadku bardzo małych organizmów, wolno poruszających się, roślin lub innych organizmów nieruchomych, naukowcy skanują wykorzystują tzw. kwadrat (nie „kwadrant”; zwróć uwagę na pisownię). Kwadrat polega na zaznaczeniu w habitacie kwadratów tej samej wielkości. Często używa się sznurka i drewna. Wtedy badacze mogą łatwiej policzyć osobniki w kwadracie.
Różne kwadraty można umieścić w różnych obszarach, aby badacze otrzymali losowe próbki. Dane zebrane z liczenia osobników w kwadratach są następnie wykorzystywane do ekstrapolacji wielkości populacji.
Oznacz i odbij: Oczywiście kwadrat nie sprawdzi się w przypadku zwierząt, które dużo się poruszają. Aby określić wielkość populacji bardziej mobilnych organizmów, naukowcy stosują metodę zwaną method zaznacz i odbij.
W tym scenariuszu poszczególne zwierzęta są chwytane, a następnie oznaczane metką, opaską, farbą lub czymś podobnym. Zwierzę jest wypuszczane z powrotem do swojego środowiska. Następnie, w późniejszym terminie, schwytany jest inny zestaw zwierząt, który może zawierać zarówno te już oznaczone, jak i nieoznaczone.
Wynik schwytania zarówno oznaczonych, jak i nieoznaczonych zwierząt daje naukowcom stosunek do wykorzystania i na tej podstawie mogą obliczyć szacunkową wielkość populacji.
Przykładem tej metody jest metoda kondora kalifornijskiego, w której osobniki zostały schwytane i oznakowane w celu śledzenia wielkości populacji tego zagrożonego gatunku. Ta metoda nie jest idealna ze względu na różne czynniki, dlatego bardziej nowoczesne metody obejmują śledzenie radiowe zwierząt.
Teoria ekologii populacji
Tomasz Malthus, który opublikował esej opisujący stosunek populacji do zasobów naturalnych, stworzył najwcześniejszą teorię populacji ekologia. Charles Darwin rozwinął to, wprowadzając koncepcje „przetrwania najsilniejszych”.
W swojej historii ekologia opierała się na koncepcjach innych kierunków studiów. Jeden naukowiec, Alfred James Lotka, zmienił bieg nauki, kiedy wymyślił początki ekologii ludności. Lotka dążył do stworzenia nowej dziedziny „biologii fizycznej”, do której włączył podejście systemowe do badania relacji między organizmami a ich środowiskiem.
Biostatystyk Raymond Pearl zwrócił uwagę na pracę Lotki i współpracował z nim w celu omówienia interakcji drapieżnik-ofiara.
Vito Volterra, włoski matematyk, zaczął analizować relacje drapieżnik-ofiara w latach dwudziestych. Doprowadziłoby to do tego, co nazywano Równania Lotki-Volterry który służył jako trampolina do matematycznej ekologii populacji.
Australijski entomolog A.J. Nicholson kierował wczesnymi dziedzinami badań dotyczącymi czynników śmiertelności zależnych od gęstości. H.G. Andrewartha i L.C. Birch opisałby, w jaki sposób czynniki abiotyczne wpływają na populacje. Systemowe podejście Lotki do ekologii ma wpływ na tę dziedzinę do dziś.
Tempo wzrostu populacji i przykłady
Wzrost populacji odzwierciedla zmianę liczby osób na przestrzeni czasu. Na tempo wzrostu populacji wpływają wskaźniki urodzeń i zgonów, które z kolei są związane z zasobami w ich środowisku lub czynnikami zewnętrznymi, takimi jak klimat i katastrofy. Zmniejszone zasoby doprowadzą do zmniejszenia przyrostu populacji. Wzrost logistyczny odnosi się do wzrostu populacji, gdy zasoby są ograniczone.
Kiedy wielkość populacji napotyka nieograniczone zasoby, ma tendencję do szybkiego wzrostu. To się nazywa wykładniczy wzrost. Na przykład bakterie będą rosły wykładniczo, gdy otrzymają dostęp do nieograniczonej ilości składników odżywczych. Taki wzrost nie może być jednak utrzymywany w nieskończoność.
Nośność: Ponieważ rzeczywisty świat nie oferuje nieograniczonych zasobów, liczba osób w rosnącej populacji w końcu osiągnie punkt, w którym zasoby staną się coraz rzadsze. Wtedy tempo wzrostu zwolni i ustabilizuje się.
Gdy populacja osiągnie ten punkt wyrównania, jest uważana za największą populację, jaką może utrzymać środowisko. Termin na to zjawisko to nośność. Litera K oznacza nośność.
Wskaźnik wzrostu, urodzeń i zgonów: W przypadku wzrostu populacji ludzkiej naukowcy od dawna wykorzystują demografię do badania zmian populacji w czasie. Takie zmiany wynikają z przyrostu naturalnego i śmiertelności.
Na przykład większe populacje prowadziłyby do wyższych wskaźników urodzeń tylko z powodu większej liczby potencjalnych partnerów. Może to jednak również prowadzić do wyższej śmiertelności w wyniku konkurencji i innych zmiennych, takich jak choroba.
Populacje pozostają stabilne, gdy wskaźniki urodzeń i zgonów są równe. Kiedy wskaźniki urodzeń są wyższe niż wskaźniki zgonów, populacja wzrasta. Kiedy wskaźniki zgonów przewyższają wskaźniki urodzeń, populacja spada. Ten przykład nie uwzględnia jednak imigracji i emigracji.
Oczekiwana długość życia również odgrywa rolę w demografia. Kiedy ludzie żyją dłużej, wpływają one również na zasoby, zdrowie i inne czynniki.
Czynniki ograniczające: Ekolodzy badają czynniki ograniczające wzrost populacji. To pomaga im zrozumieć zmiany, jakim podlegają populacje. Pomaga im również przewidywać potencjalną przyszłość populacji.
Zasoby w środowisku to przykłady czynników ograniczających. Na przykład rośliny potrzebują określonej ilości wody, składników odżywczych i światła słonecznego na danym obszarze. Zwierzęta potrzebują jedzenia, wody, schronienia, dostępu do partnerów i bezpiecznych miejsc do gniazdowania.
Regulacja populacji zależna od gęstości: Kiedy ekolodzy populacyjni dyskutują o wzroście populacji, dzieje się to przez pryzmat czynników, które są zależne od gęstości lub niezależne od gęstości.
Regulacja populacji zależna od gęstości opisuje scenariusz, w którym gęstość populacji wpływa na jej tempo wzrostu i śmiertelność. Regulacja zależna od gęstości jest bardziej biotyczna.
Na przykład konkurencja w obrębie gatunków i między gatunkami o zasoby, choroby, drapieżnictwo a nagromadzenie odpadów to czynniki zależne od gęstości. Gęstość dostępnej zdobyczy wpłynęłaby również na populację drapieżników, powodując ich przemieszczanie się lub potencjalnie głód.
Regulacja populacji niezależna od gęstości: W przeciwieństwie, niezależna od gęstości regulacja populacji odnosi się do naturalnych (fizycznych lub chemicznych) czynników, które wpływają na śmiertelność. Innymi słowy, na śmiertelność wpływa bez uwzględniania gęstości.
Czynniki te bywają katastrofalne, takie jak klęski żywiołowe (np. pożary i trzęsienia ziemi). Skażenie, jest jednak czynnikiem niezależnym od gęstości przez człowieka, który wpływa na wiele gatunków. Innym przykładem jest kryzys klimatyczny.
Cykle populacyjne: Populacje rosną i maleją w sposób cykliczny w zależności od zasobów i konkurencji w środowisku. Przykładem mogą być foki pospolite, dotknięte zanieczyszczeniem i przełowieniem. Zmniejszona ofiara fok prowadzi do zwiększonej śmierci fok. Gdyby liczba urodzeń wzrosła, ta wielkość populacji pozostałaby stabilna. Ale gdyby ich zgony przewyższały liczbę urodzeń, populacja zmniejszyłaby się.
Tak jak zmiana klimatu nadal wpływa na populacje naturalne, coraz ważniejsze staje się wykorzystanie modeli biologii populacji. Wiele aspektów ekologii populacji pomaga naukowcom lepiej zrozumieć interakcje między organizmami oraz pomaga w opracowywaniu strategii zarządzania gatunkami, ich ochrony i ochrony.