Ekológovia skúmajú, ako organizmy interagujú s prostredím na Zemi. Ekológia obyvateľstva je špecializovanejší študijný odbor na to, ako a prečo sa populácie týchto organizmov v priebehu času menia.
S rastom ľudskej populácie v 21. storočí môžu informácie získané z populačnej ekológie pomôcť pri plánovaní. Môže tiež pomôcť pri úsilí o zachovanie iných druhov.
Definícia ekológie populácie
V populačná biológia, termín populácia Výraz „skupina“ znamená skupinu členov druhu žijúcu v tej istej oblasti.
Definícia ekológia obyvateľstva je štúdia o tom, ako rôzne faktory ovplyvňujú rast populácie, mieru prežitia a reprodukcie a riziko vyhynutia.
Charakteristika ekológie populácie
Ekológovia používajú rôzne pojmy, keď rozumejú populáciám organizmov a diskutujú o nich. Populácia je všetko jedného druhu druhov žijúcich na konkrétnom mieste. Veľkosť populácie predstavuje celkový počet jedincov v biotope. Hustota obyvateľstva označuje počet osôb, ktoré majú bydlisko v konkrétnej oblasti.
Veľkosť populácie je reprezentované písmenom N a rovná sa celkovému počtu jedincov v populácii. Čím je populácia väčšia, tým väčšie sú jej generické variácie, a teda aj jej potenciál dlhodobého prežitia. Zvýšená veľkosť populácie však môže viesť k ďalším problémom, napríklad k nadmernému využívaniu zdrojov, ktoré vedie k zrúteniu populácie.
Hustota obyvateľstva sa týka počtu jednotlivcov v konkrétnej oblasti. V oblasti s nízkou hustotou by sa rozšírilo viac organizmov. V oblastiach s vysokou hustotou by viac ľudí žilo bližšie pri sebe, čo by viedlo k väčšej konkurencii zdrojov.
Rozptyl populácie: Poskytuje užitočné informácie o tom, ako druhy navzájom interagujú. Vedci sa môžu dozvedieť viac o populáciách študovaním spôsobu, akým sú distribuovaní alebo rozptýlení.
Distribúcia populácie popisuje, ako sú jednotlivci určitého druhu rozmiestnení, či už žijú v tesnej vzájomnej blízkosti alebo od seba ďaleko, alebo sú zoskupení do skupín.
- Rovnomerné rozptýlenie sa týka organizmov, ktoré žijú na konkrétnom území. Jedným z príkladov by mohli byť tučniaky. Tučniaky žijú na územiach a na týchto územiach sa vtáky rozmiestňujú pomerne jednotne.
- Náhodné rozptýlenie sa týka šírenia jedincov, ako sú vetrom rozptýlené semená, ktoré po cestovaní náhodne padnú.
- Zoskupená alebo zhlukovaná disperzia Označuje priamu kvapku semien na zem, ktoré sa nesmú prenášať, alebo skupiny zvierat, ktoré žijú spolu, ako sú stáda alebo školy. Školy rýb vykazujú tento spôsob rozptylu.
Ako sa počíta veľkosť a hustota obyvateľstva
Kvadratická metóda: V ideálnom prípade je možné veľkosť populácie určiť spočítaním každého jedinca v danom biotope. To je v mnohých prípadoch veľmi nepraktické, ak nie nemožné, preto musia ekológovia tieto informácie často extrapolovať.
V prípade veľmi malých organizmov, rastlín s pomalým pohybom, rastlín alebo iných nepohyblivých organizmov, vedci skenujú pomocou tzv. kvadrat (nie „kvadrant“; všimnite si pravopis). Kvadrát znamená vyznačenie rovnako veľkých štvorcov vo vnútri biotopu. Často sa používa povrázok a drevo. Potom môžu vedci ľahšie spočítať jednotlivcov v rámci kvadrátu.
Rôzne kvadráty je možné umiestniť do rôznych oblastí, aby vedci dostali náhodné vzorky. Údaje zhromaždené z počítania jednotlivcov v kvadrátoch sa potom použijú na extrapoláciu veľkosti populácie.
Označte a znovu zachyťte: Je zrejmé, že kvadrát by nefungoval pre zvieratá, ktoré sa veľmi pohybujú v okolí. Vedci teda používajú na určenie veľkosti populácie mobilnejších organizmov metódu tzv označiť a znovu chytiť.
V tomto scenári sú jednotlivé zvieratá zajaté a potom označené štítkom, páskou, farbou alebo niečím podobným. Zviera sa uvoľní späť do svojho prostredia. Potom neskôr bude odchytená ďalšia skupina zvierat, ktorá môže obsahovať už označené a neoznačené zvieratá.
Výsledok zajatia označených aj neoznačených zvierat dáva vedcom pomer, ktorý majú využiť, a z toho môžu vypočítať odhadovanú veľkosť populácie.
Príkladom tejto metódy je metóda kondora kalifornského, v ktorej boli jedinci odchytení a označení značkami, aby sledovali veľkosť populácie tohto ohrozeného druhu. Táto metóda nie je ideálna z dôvodu rôznych faktorov, preto modernejšie metódy zahŕňajú rádiové sledovanie zvierat.
Teória ekológie populácie
Thomas Malthus, ktorý publikoval esej popisujúcu vzťah populácie k prírodným zdrojom, vytvoril najskoršiu teóriu populácie ekológia. Charles Darwin to rozšíril svojimi koncepciami „prežitia najschopnejších“.
Vo svojej histórii sa ekológia opierala o koncepcie iných študijných odborov. Jeden vedec, Alfred James Lotka, zmenil smer vedy, keď prišiel s počiatkami populačnej ekológie. Lotka sa usiloval o vytvorenie novej oblasti „fyzickej biológie“, do ktorej začlenil systémový prístup k štúdiu vzťahu medzi organizmami a ich prostredím.
Biostatista Raymond Pearl vzal na vedomie Lotkovu prácu a spolupracoval s ním na diskusiách o interakciách predátorov a koristi.
Vito Volterra, taliansky matematik, začal v 20. rokoch 20. storočia analyzovať vzťahy predátorov a koristi. To by viedlo k tomu, čo sa volalo Rovnice Lotka-Volterra ktorý slúžil ako odrazový mostík pre matematickú ekológiu populácie.
Austrálsky entomológ A.J. Nicholsonová viedla prvé oblasti štúdia týkajúce sa faktorov úmrtnosti závislých od hustoty. H.G. Andrewartha a L.C. Birch by ďalej opísal, ako sú populácie ovplyvňované abiotickými faktormi. Systémový prístup Lotky k ekológii ovplyvňuje oblasť dodnes.
Populačný rast a príklady
Rast populácie odráža zmenu v počte jednotlivcov za určité časové obdobie. Miera rastu populácie je ovplyvnená mierami narodenia a úmrtia, ktoré zase súvisia so zdrojmi v ich prostredí alebo s vonkajšími faktormi, ako sú podnebie a katastrofy. Znížené zdroje povedú k zníženiu populačného rastu. Logistický rast sa týka rastu populácie, keď sú obmedzené zdroje.
Keď veľkosť populácie narazí na neobmedzené zdroje, má tendenciu veľmi rýchlo rásť. Toto sa volá exponenciálny rast. Napríklad baktérie budú exponenciálne rásť, keď dostanú prístup k neobmedzenému množstvu živín. Takýto rast však nemožno udržať donekonečna.
Nosnosť: Pretože skutočný svet neponúka neobmedzené zdroje, počet jednotlivcov v rastúcej populácii nakoniec dosiahne bod, keď budú zdroje vzácnejšie. Potom sa tempo rastu spomalí a vyrovná.
Akonáhle populácia dosiahne tento bod ustálenia, považuje sa to za najväčšiu populáciu, ktorú môže životné prostredie udržať. Termín pre tento jav je nosnosť. Písmeno K predstavuje nosnosť.
Rast, pôrod a úmrtnosť: Pokiaľ ide o rast ľudskej populácie, vedci dlho používali demografiu na štúdium populačných zmien v priebehu času. Takéto zmeny vyplývajú z pôrodnosti a úmrtnosti.
Napríklad väčšia populácia by viedla k vyššej pôrodnosti len kvôli väčšiemu počtu potenciálnych partnerov. To však môže tiež viesť k vyššej úmrtnosti na konkurenciu a iné premenné, ako je napríklad choroba.
Populácie zostávajú stabilné, keď je miera narodenia a úmrtia rovnaká. Keď je pôrodnosť vyššia ako úmrtnosť, počet obyvateľov sa zvyšuje. Keď úmrtnosť prekoná pôrodnosť, populácia klesá. Tento príklad však nezohľadňuje prisťahovalectvo a emigráciu.
Svoju rolu hrá aj priemerná dĺžka života demografia. Keď jednotlivci žijú dlhšie, ovplyvňujú to tiež zdroje, zdravie a ďalšie faktory.
Obmedzujúce faktory: Ekológovia skúmajú faktory, ktoré obmedzujú rast populácie. To im pomáha pochopiť zmeny, ktorými populácia prechádza. Pomáha im tiež predpovedať potenciálnu budúcnosť pre obyvateľstvo.
Zdroje v životnom prostredí sú príkladom obmedzujúcich faktorov. Napríklad rastliny potrebujú v určitej oblasti určité množstvo vody, živín a slnečného žiarenia. Zvieratá potrebujú na hniezdenie jedlo, vodu, prístrešie, prístup k spolubývajúcim a bezpečné oblasti.
Regulácia populácie závislá od hustoty: Keď populační ekológovia diskutujú o raste populácie, je to cez objektív faktorov, ktoré sú závislé od hustoty alebo nezávisia od hustoty.
Regulácia populácie závislá od hustoty popisuje scenár, v ktorom hustota obyvateľstva ovplyvňuje jeho rýchlosť rastu a úmrtnosť. Regulácia závislá od hustoty má tendenciu byť biotickejšia.
Napríklad konkurencia v rámci druhov a medzi nimi o zdroje, choroby, dravosť a hromadenie odpadu - to všetko predstavuje faktory závislé od hustoty. Hustota dostupnej koristi by tiež ovplyvnila populáciu predátorov, čo by spôsobilo ich pohyb alebo potenciálny hlad.
Regulácia populácie nezávislá od hustoty: Naproti tomu regulácia populácie nezávislá od hustoty označuje prírodné (fyzikálne alebo chemické) faktory, ktoré ovplyvňujú mieru úmrtnosti. Inými slovami, úmrtnosť je ovplyvnená bez zohľadnenia hustoty.
Tieto faktory bývajú katastrofické, napríklad prírodné katastrofy (napr. Požiare a zemetrasenia). Znečistenieje však človekom nezávislý faktor závislý od hustoty, ktorý ovplyvňuje mnoho druhov. Ďalším príkladom je klimatická kríza.
Populačné cykly: Populácia rastie a klesá cyklickým spôsobom v závislosti od zdrojov a konkurencie v životnom prostredí. Príkladom môžu byť tulene prístavné ovplyvnené znečistením a nadmerným rybolovom. Znížená korisť tuleňov vedie k zvýšenému úhynu tuleňov. Ak by sa počet narodených zvýšil, veľkosť populácie by zostala stabilná. Ak by však ich úmrtnosť predstihla pôrodnosť, počet obyvateľov by klesol.
Ako zmena podnebia naďalej ovplyvňuje prírodné populácie, čoraz dôležitejšie je využívanie modelov populačnej biológie. Mnoho aspektov populačnej ekológie pomáha vedcom lepšie porozumieť vzájomnému pôsobeniu organizmov a pomáha pri stratégiách riadenia, ochrany a ochrany druhov.