Ekologi preučujejo, kako organizmi sodelujejo z okoljem na zemlji. Ekologija prebivalstva je bolj specializirano področje preučevanja, kako in zakaj se populacije teh organizmov sčasoma spreminjajo.
Ko v 21. stoletju narašča človeška populacija, lahko informacije, pridobljene iz ekologije prebivalstva, pomagajo pri načrtovanju. Pomaga lahko tudi pri prizadevanjih za ohranitev drugih vrst.
Opredelitev ekologije prebivalstva
V populacijska biologija, izraz prebivalstva se nanaša na skupino članov vrste, ki živi na istem območju.
Opredelitev ekologija prebivalstva je študija, kako različni dejavniki vplivajo na rast prebivalstva, stopnje preživetja in razmnoževanja ter tveganje izumrtja.
Značilnosti ekologije prebivalstva
Ekologi pri razumevanju in razpravljanju o populacijah organizmov uporabljajo različne izraze. Populacija je ena vrsta, ki prebiva na določenem območju. Število prebivalstva predstavlja skupno število posameznikov v habitatu. Gostota prebivalstva se nanaša na število posameznikov, ki prebivajo na določenem območju.
Velikost prebivalstva je predstavljena s črko N in je enaka skupnemu številu posameznikov v populaciji. Večja kot je populacija, večje so njene generične razlike in s tem potencial za dolgoročno preživetje. Povečana velikost prebivalstva pa lahko privede do drugih težav, kot je prekomerna poraba virov, ki vodi do propada prebivalstva.
Gostota prebivalstva se nanaša na število posameznikov na določenem območju. Na območju z nizko gostoto bi se razširilo več organizmov. Območja z visoko gostoto bi imela več posameznikov, ki bi živeli tesneje skupaj, kar bi vodilo k večji konkurenci virov.
Razpršenost prebivalstva: Daje koristne informacije o medsebojnem delovanju vrst. Raziskovalci se lahko naučijo več o populacijah tako, da preučijo njihov način razporeditve ali razpršitve.
Porazdelitev populacije opisuje, kako so posamezniki vrste razporejeni, ne glede na to, ali živijo v neposredni bližini ali daleč narazen, ali pa so združeni v skupine.
- Enakomerna razpršenost se nanaša na organizme, ki živijo na določenem ozemlju. En primer bi bili pingvini. Pingvini živijo na ozemljih, na teh ozemljih pa se ptice razmeroma enakomerno razprostirajo.
- Naključna disperzija se nanaša na širjenje posameznikov, kot so semena, razpršena z vetrom, ki po potovanju naključno padejo.
- Skupna ali strnjena disperzija se nanaša na ravno kapljico semen na tla, namesto da bi jih nosili, ali na skupine živali, ki živijo skupaj, na primer črede ali šole. Ribje jate kažejo tak način razpršitve.
Kako se izračuna velikost in gostota prebivalstva
Kvadratna metoda: V idealnem primeru bi velikost populacije lahko določili s štetjem vsakega posameznika v habitatu. To je v mnogih primerih zelo nepraktično, če ne celo nemogoče, zato morajo ekologi takšne informacije pogosto ekstrapolirati.
V primeru zelo majhnih organizmov, počasnih gibanj, rastlin ali drugih nemobilnih organizmov znanstveniki skenirajo uporabo tistega, kvadrat (ne "kvadrant"; upoštevajte črkovanje). Kvadrat pomeni označevanje enakih kvadratov znotraj habitata. Pogosto se uporabljajo vrvica in les. Nato lahko raziskovalci lažje preštejejo posameznike znotraj kvadrata.
Različne kvadrate lahko postavimo na različna področja, tako da raziskovalci dobijo naključne vzorce. Podatki, zbrani pri štetju posameznikov v kvadratih, se nato uporabijo za ekstrapolacijo velikosti populacije.
Označi in ponovno zajmi: Očitno kvadrat ne bi deloval za živali, ki se veliko gibljejo. Torej za določitev velikosti populacije bolj premičnih organizmov znanstveniki uporabljajo metodo, imenovano oznaka in ponovni zajem.
V tem primeru posamezne živali ujamejo in nato označijo z oznako, trakom, barvo ali podobnim. Žival se spusti nazaj v svoje okolje. Potem se kasneje zajame še en nabor živali, ki lahko vključuje že označene in neoznačene živali.
Rezultat ujetja tako označenih kot neoznačenih živali daje raziskovalcem razmerje med uporabo in na podlagi tega lahko izračunajo ocenjeno velikost populacije.
Primer te metode je kalifornijski kondor, v katerem so bili posamezniki ujeti in označeni, da sledijo velikosti populacije te ogrožene vrste. Ta metoda zaradi različnih dejavnikov ni idealna, zato sodobnejše metode vključujejo radijsko sledenje živali.
Teorija ekologije prebivalstva
Thomas Malthus, ki je objavil esej, ki opisuje odnos prebivalstva do naravnih virov, je oblikoval najzgodnejšo teorijo prebivalstva ekologija. Charles Darwin je to razširil s svojimi koncepti "preživetja najmočnejših".
V svoji zgodovini se je ekologija opirala na koncepte drugih področij študija. En znanstvenik, Alfred James Lotka, je spremenil smer znanosti, ko je prišel do začetkov ekologije prebivalstva. Lotka si je prizadeval za oblikovanje novega področja "fizikalne biologije", v katerem je vključil sistemski pristop k proučevanju odnosa med organizmi in njihovim okoljem.
Biostatist Raymond Pearl se je seznanil z Lotkinim delom in z njim sodeloval pri razpravi o interakcijah plenilca in plena.
Vito Volterra, italijanski matematik, je začel analizirati odnose plenilca in plena v dvajsetih letih 20. stoletja. To bi pripeljalo do tega, kar so imenovali Lotka-Volterra enačbe ki je služil kot odskočna deska za matematično ekologijo prebivalstva.
Avstralski entomolog A.J. Nicholson je vodil zgodnja področja preučevanja dejavnikov umrljivosti, odvisnih od gostote. H. Andrewartha in L.C. Birch bi v nadaljevanju opisal, kako na prebivalstvo vplivajo abiotski dejavniki. Lotkin sistemski pristop k ekologiji še danes vpliva na to področje.
Stopnja rasti prebivalstva in primeri
Rast prebivalstva odraža spremembo števila posameznikov v določenem časovnem obdobju. Na stopnjo rasti prebivalstva vplivajo stopnje rodnosti in umrljivosti, ki pa so povezane z viri v njihovem okolju ali zunanjimi dejavniki, kot so podnebje in katastrofe. Zmanjšanje virov bo privedlo do manjše rasti prebivalstva. Logistična rast se nanaša na rast prebivalstva, kadar so viri omejeni.
Ko se velikost populacije sreča z neomejenimi viri, se zelo hitro poveča. To se imenuje eksponentna rast. Na primer, bakterije bodo eksponentno rasle, ko bodo imele dostop do neomejenih hranil. Vendar takšne rasti ni mogoče nadaljevati v nedogled.
Nosilnost: Ker resnični svet ne ponuja neomejenih virov, bo število posameznikov v naraščajoči populaciji sčasoma doseglo točko, ko bodo viri postali manjši. Potem se bo stopnja rasti upočasnila in izravnala.
Ko populacija doseže to izravnalno točko, velja za največjo populacijo, ki jo lahko preživi okolje. Izraz za ta pojav je nosilnost. Črka K predstavlja nosilnost.
Rast, rodnost in umrljivost: Za rast človeške populacije raziskovalci že dolgo uporabljajo demografijo za preučevanje sprememb prebivalstva skozi čas. Takšne spremembe so posledica rodnosti in umrljivosti.
Večje prebivalstvo bi na primer povzročilo višjo rodnost samo zaradi več potencialnih partnerjev. Vendar pa lahko to povzroči tudi višjo stopnjo smrtnosti zaradi konkurence in drugih spremenljivk, kot je bolezen.
Prebivalstvo ostaja stabilno, če sta stopnja rodnosti in umrljivosti enaka. Ko je rodnost večja od stopnje umrljivosti, se število prebivalstva poveča. Ko stopnja smrtnosti preseže nataliteto, se število prebivalstva zmanjša. Vendar ta primer ne upošteva priseljevanja in izseljevanja.
Pričakovana življenjska doba ima tudi vlogo pri demografija. Kadar posamezniki živijo dlje, vplivajo tudi na vire, zdravje in druge dejavnike.
Omejevalni dejavniki: Ekologi preučujejo dejavnike, ki omejujejo rast prebivalstva. To jim pomaga razumeti spremembe, ki jih doživlja populacija. Pomaga jim tudi napovedati potencialno prihodnost prebivalstva.
Viri v okolju so primeri omejevalnih dejavnikov. Na primer, rastline na določenem območju potrebujejo določeno količino vode, hranil in sončne svetlobe. Živali za gnezdenje potrebujejo hrano, vodo, zavetje, dostop do partnerjev in varna območja.
Ureditev prebivalstva, odvisna od gostote: Ko populacijski ekologi razpravljajo o rasti populacije, gre skozi lečo dejavnikov, ki so odvisni od gostote ali neodvisni od gostote.
Ureditev prebivalstva, odvisna od gostote opisuje scenarij, v katerem gostota prebivalstva vpliva na stopnjo rasti in umrljivosti. Regulacija, odvisna od gostote, je bolj biotična.
Na primer, konkurenca znotraj in med vrstami za vire, bolezni, plenjenje in kopičenje odpadkov predstavljajo dejavnike, odvisne od gostote. Gostota razpoložljivega plena bi vplivala tudi na populacijo plenilcev, zaradi česar bi se premikali ali bi lahko stradali.
Ureditev prebivalstva, neodvisna od gostote: V nasprotju, ureditev prebivalstva, neodvisna od gostote se nanaša na naravne (fizikalne ali kemične) dejavnike, ki vplivajo na stopnjo umrljivosti. Z drugimi besedami, na smrtnost se vpliva, ne da bi se upoštevala gostota.
Ti dejavniki so ponavadi katastrofalni, kot so naravne nesreče (npr. Požari in potresi). Onesnaževanjeje pa dejavnik, ki ga ne povzroča gostota, in vpliva na številne vrste. Podnebna kriza je še en primer.
Populacijski cikli: Prebivalstvo ciklično narašča in upada, odvisno od virov in konkurence v okolju. Primer so pristaniški tjulnji, na katere vpliva onesnaženje in prelov. Zmanjšanje plena tjulnjev povzroči večjo smrt tjulnjev. Če bi se število rojstev povečalo, bi ta populacija ostala stabilna. Če pa bi njihova smrt presegla rojstva, bi se število prebivalstva zmanjšalo.
Kot sprememba podnebja še naprej vpliva na naravne populacije, uporaba modelov populacijske biologije postaja pomembnejša. Številni vidiki populacijske ekologije pomagajo znanstvenikom, da bolje razumejo, kako organizmi sodelujejo, in jim pomagajo pri strategijah za upravljanje, ohranjanje in zaščito vrst.
