Befolkningsekologi: definition, egenskaper, teori och exempel

Ekologer studerar hur organismer interagerar med sina miljöer på jorden. Befolkningsekologi är ett mer specialiserat fält av studier om hur och varför populationerna av dessa organismer förändras över tiden.

När den mänskliga befolkningen växer under 2000-talet kan informationen från befolkningsekologin hjälpa till med planeringen. Det kan också hjälpa till med att bevara andra arter.

I befolkningsbiologi, termen befolkning avser en grupp medlemmar av en art som bor i samma område.

Definitionen av befolkningsekologi är studien av hur olika faktorer påverkar befolkningstillväxten, överlevnads- och reproduktionsgraden och risken för utrotning.

Ekologer använder olika termer när de förstår och diskuterar organismer. En befolkning är alla av en typ av arter som bor på en viss plats. Folkmängd representerar det totala antalet individer i en livsmiljö. Befolkningstäthet hänvisar till hur många individer som bor i ett visst område.

Folkmängd

Befolkningstäthet avser antalet individer i ett visst område. Ett område med låg densitet skulle få fler organismer att spridas. I områden med hög densitet skulle fler individer bo närmare varandra, vilket skulle leda till större resurskonkurrens.

Befolkningsdispersion: Ger användbar information om hur arter interagerar med varandra. Forskare kan lära sig mer om populationer genom att studera hur de distribueras eller sprids.

Befolkningsfördelning beskriver hur individer av en art sprids ut, oavsett om de bor i närheten av varandra eller långt ifrån varandra, eller grupperas i grupper.

• Enhetlig spridning avser organismer som lever i ett specifikt territorium. Ett exempel kan vara pingviner. Pingviner bor i territorier, och inom dessa territorier rymmer fåglarna sig relativt enhetligt.
• Slumpmässig spridning hänvisar till spridningen av individer som vindspridda frön, som faller slumpmässigt efter resan.
• Klusterad eller klumpad spridning hänvisar till en rak droppe frön till marken, snarare än att bäras, eller till grupper av djur som lever tillsammans, såsom besättningar eller skolor. Fiskskolor uppvisar detta sätt att sprida sig.

Quadrat-metod: Helst kan befolkningsstorleken bestämmas genom att räkna varje individ i en livsmiljö. Detta är mycket opraktiskt i många fall, om inte omöjligt, så ekologer måste ofta extrapolera sådan information.

När det gäller mycket små organismer, långsamma rörelser, växter eller andra icke-mobila organismer, använder forskare det som kallas en kvadrat (inte "kvadrant"; notera stavningen). En kvadrat innebär att man markerar rutor av samma storlek i en livsmiljö. Ofta används snöre och trä. Då kan forskare lättare räkna individerna inom kvadraten.

Olika kvadrater kan placeras i olika områden så att forskare får slumpmässiga prover. Data som samlats in från att räkna individerna i kvadraten används sedan för att extrapolera befolkningsstorleken.

Markera och återfånga: Uppenbarligen skulle en kvadrat inte fungera för djur som rör sig en hel del. Så för att bestämma befolkningsstorleken för mer rörliga organismer använder forskare en metod som kallas markera och återfånga.

I det här scenariot fångas enskilda djur och markeras sedan med en tagg, band, färg eller något liknande. Djuret släpps tillbaka i sin miljö. Vid ett senare tillfälle fångas en annan uppsättning djur, och den uppsättningen kan inkludera de som redan är markerade, liksom omärkta djur.

Resultatet av att fånga både märkta och omärkta djur ger forskare ett förhållande att använda, och utifrån det kan de beräkna uppskattad populationsstorlek.

Ett exempel på denna metod är den i Kaliforniens kondor, där individer fångades och märktes för att följa populationsstorleken för denna hotade art. Denna metod är inte perfekt på grund av olika faktorer, så modernare metoder inkluderar radiospårning av djur.

Thomas Malthus, som publicerade en uppsats som beskrev befolkningens förhållande till naturresurser, bildade den tidigaste befolkningsteorin ekologi. Charles Darwin utvidgade detta med sin "överlevnad av de starkaste" koncepten.

I sin historia förlitade sig ekologin på begreppen andra studier. En forskare, Alfred James Lotka, förändrade vetenskapens gång när han kom med början på befolkningsekologin. Lotka sökte bildandet av ett nytt fält av "fysisk biologi" där han införlivade ett system för att studera förhållandet mellan organismer och deras miljö.

Biostatistikern Raymond Pearl noterade Lotkas arbete och samarbetade med honom för att diskutera interaktioner mellan rovdjur och byte.

Vito Volterra, en italiensk matematiker, började analysera rovdjur-rovförhållanden på 1920-talet. Detta skulle leda till vad man kallade Lotka-Volterra ekvationer som fungerade som en språngbräda för matematisk befolkningsekologi.

Australisk entomolog A.J. Nicholson ledde de tidiga studierna om densitetsberoende dödsfaktorer. H.G. Andrewartha och L.C. Björk fortsatte med att beskriva hur befolkningar påverkas av abiotiska faktorer. Lotkas systemstrategi för ekologi påverkar fortfarande fältet fram till i dag.

Befolkningstillväxt återspeglar förändringen i antalet individer under en tidsperiod. Befolkningstillväxten påverkas av födelsetal och dödsfall, vilket i sin tur är relaterat till resurser i deras miljö eller externa faktorer som klimat och katastrofer. Minskade resurser leder till minskad befolkningstillväxt. Logistisk tillväxt avser befolkningstillväxt när resurserna är begränsade.

När en befolkningsstorlek stöter på obegränsade resurser tenderar den att växa mycket snabbt. Det här kallas exponentiell tillväxt. Bakterier kommer till exempel att växa exponentiellt när de får tillgång till obegränsade näringsämnen. En sådan tillväxt kan dock inte hållas på obestämd tid.

Lastkapacitet: Eftersom den verkliga världen inte erbjuder obegränsade resurser kommer antalet individer i en växande befolkning så småningom att nå en punkt när resurserna blir knappare. Då kommer tillväxttakten att sakta ner och plana ut.

När en befolkning når denna utjämningspunkt anses den vara den största befolkningen miljön kan upprätthålla. Termen för detta fenomen är lastkapacitet. Bokstaven K representerar bärförmåga.

Tillväxt, födelse och dödlighet: För mänsklig befolkningstillväxt har forskare länge använt demografi för att studera befolkningsförändringar över tiden. Sådana förändringar beror på födelsetal och dödsfall.

Större befolkningar skulle till exempel leda till högre födelsetal bara på grund av fler potentiella kompisar. Detta kan dock också leda till högre dödsfall från konkurrens och andra variabler som sjukdom.

Befolkningen förblir stabil när antalet födda och dödsfall är lika. När födelsetalen är högre än dödsgraden ökar befolkningen. När dödsgraden överstiger födelsetalen, minskar befolkningen. Detta exempel tar dock inte hänsyn till invandring och utvandring.

Livslängden spelar också en roll i demografi. När individer lever längre påverkar de också resurser, hälsa och andra faktorer.

Begränsande faktorer: Ekologer studerar faktorer som begränsar befolkningstillväxten. Detta hjälper dem att förstå de förändringar som befolkningarna genomgår. Det hjälper dem också att förutsäga potentiella framtider för befolkningarna.

Resurser i miljön är exempel på begränsande faktorer. Till exempel behöver växter en viss mängd vatten, näringsämnen och solljus i ett område. Djur kräver mat, vatten, skydd, tillgång till kompisar och säkra områden för häckning.

Densitetsberoende befolkningsreglering: När befolkningsekologer diskuterar en befolkningstillväxt är det genom linsen av faktorer som är densitetsberoende eller densitetsoberoende.

Densitetsberoende befolkningsreglering beskriver ett scenario där en befolkningstäthet påverkar dess tillväxttakt och dödlighet. Densitetsberoende reglering tenderar att vara mer biotisk.

Till exempel konkurrens inom och mellan arter om resurser, sjukdomar, predation och avfallsuppbyggnad representerar alla densitetsberoende faktorer. Tätheten av tillgängligt byte skulle också påverka rovdjurspopulationen och orsaka dem att röra sig eller eventuellt svälta.

Densitetsoberoende befolkningsreglering: I kontrast, täthetsoberoende befolkningsreglering avser naturliga (fysiska eller kemiska) faktorer som påverkar dödligheten. Med andra ord påverkas dödligheten utan att densiteten beaktas.

Dessa faktorer tenderar att vara katastrofala, såsom naturkatastrofer (t.ex. skogsbränder och jordbävningar). Föroreningär dock en konstgjord densitetsoberoende faktor som påverkar många arter. Klimatkrisen är ett annat exempel.

Befolkningscykler: Befolkningen stiger och faller på ett cykliskt sätt beroende på resurser och konkurrens i miljön. Ett exempel kan vara hamntätningar som påverkas av föroreningar och överfiske. Minskat byte för sälarna leder till ökad död av sälar. Om antalet födda skulle öka skulle befolkningsstorleken förbli stabil. Men om deras dödsfall översteg födelserna skulle befolkningen minska.

Som klimatförändring fortsätter att påverka naturliga populationer blir användningen av populationsbiologiska modeller viktigare. De många aspekterna av befolkningsekologin hjälper forskare att bättre förstå hur organismer interagerar och hjälper till i strategier för arthantering, bevarande och skydd.