นิเวศวิทยาของประชากร: ความหมาย ลักษณะ ทฤษฎีและตัวอย่าง

นักนิเวศวิทยาศึกษาว่าสิ่งมีชีวิตมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมบนโลกอย่างไร นิเวศวิทยาของประชากร เป็นสาขาวิชาเฉพาะทางมากขึ้นในการศึกษาว่าประชากรของสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรและทำไมเมื่อเวลาผ่านไป

เมื่อประชากรมนุษย์เพิ่มขึ้นในศตวรรษที่ 21 ข้อมูลที่รวบรวมจากนิเวศวิทยาของประชากรสามารถช่วยในการวางแผนได้ นอกจากนี้ยังสามารถช่วยรักษาสายพันธุ์อื่นๆ ได้อีกด้วย

ใน ชีววิทยาประชากร, คำว่า ประชากร หมายถึงกลุ่มของสมาชิกของสายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่เดียวกัน

คำจำกัดความของ นิเวศวิทยาของประชากร คือการศึกษาปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อการเติบโตของประชากร อัตราการรอดชีวิตและการสืบพันธุ์ และความเสี่ยงต่อการสูญพันธุ์

นักนิเวศวิทยาใช้คำศัพท์ที่หลากหลายในการทำความเข้าใจและอภิปรายเกี่ยวกับประชากรของสิ่งมีชีวิต ประชากรคือสปีชีส์เดียวทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในสถานที่หนึ่งๆ ขนาดประชากร แสดงถึงจำนวนรวมของบุคคลในถิ่นที่อยู่ ความหนาแน่นของประชากร หมายถึงจำนวนบุคคลที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง

ขนาดประชากร จะแสดงด้วยตัวอักษร N และเท่ากับจำนวนบุคคลทั้งหมดในกลุ่มประชากร ยิ่งจำนวนประชากรมากเท่าใด ความผันแปรทั่วไปก็จะยิ่งมากขึ้น ดังนั้นจึงมีศักยภาพในการอยู่รอดในระยะยาว อย่างไรก็ตาม ขนาดประชากรที่เพิ่มขึ้นอาจนำไปสู่ปัญหาอื่นๆ เช่น การใช้ทรัพยากรมากเกินไปจนทำให้จำนวนประชากรพังทลาย

ความหนาแน่นของประชากร หมายถึงจำนวนบุคคลในพื้นที่เฉพาะ พื้นที่ที่มีความหนาแน่นต่ำจะมีสิ่งมีชีวิตจำนวนมากกระจายออกไป พื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูงจะมีบุคคลอาศัยอยู่ใกล้กันมากขึ้น นำไปสู่การแข่งขันด้านทรัพยากรที่มากขึ้น

การกระจายตัวของประชากร: ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับการที่สปีชีส์มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน นักวิจัยสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับประชากรโดยศึกษาวิธีการกระจายหรือแยกย้ายกันไป

การกระจายของประชากรอธิบายว่าแต่ละสปีชีส์มีการแพร่กระจายอย่างไร ไม่ว่าพวกมันจะอยู่ใกล้กันหรือห่างกัน หรือจัดกลุ่มออกเป็นกลุ่มๆ

• การกระจายตัวสม่ำเสมอ หมายถึงสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในอาณาเขตเฉพาะ ตัวอย่างหนึ่งคือนกเพนกวิน เพนกวินอาศัยอยู่ในอาณาเขต และภายในอาณาเขตเหล่านั้น นกจะแยกตัวออกอย่างสม่ำเสมอ
• การกระจายแบบสุ่ม หมายถึง การแพร่กระจายของบุคคล เช่น เมล็ดพืชที่กระจายด้วยลม ซึ่งตกแบบสุ่มหลังจากเดินทาง
• กระจัดกระจายหรือกระจัดกระจาย หมายถึง การหยดเมล็ดพืชลงไปที่พื้นโดยตรง มากกว่าการขนย้าย หรือกลุ่มสัตว์ที่อาศัยอยู่ร่วมกัน เช่น ฝูงสัตว์หรือโรงเรียน ฝูงปลาแสดงการกระจายตัวในลักษณะนี้

วิธี Quadrat: ตามหลักการแล้วขนาดประชากรสามารถกำหนดได้โดยการนับทุกคนในแหล่งที่อยู่อาศัย สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้อย่างมากในหลาย ๆ กรณี ถ้าไม่เป็นไปไม่ได้ นักนิเวศวิทยามักจะต้องคาดการณ์ข้อมูลดังกล่าว

ในกรณีของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมาก เคลื่อนที่ช้า พืชหรือสิ่งมีชีวิตที่ไม่เคลื่อนที่อื่น ๆ นักวิทยาศาสตร์สแกนใช้สิ่งที่เรียกว่า รูปสี่เหลี่ยม (ไม่ใช่ "จตุภาค"; สังเกตการสะกดคำ) รูปสี่เหลี่ยมประกอบด้วยการทำเครื่องหมายสี่เหลี่ยมขนาดเดียวกันภายในที่อยู่อาศัย มักใช้เชือกและไม้ จากนั้นนักวิจัยสามารถนับบุคคลภายในควอดแรตได้ง่ายขึ้น

สามารถวางควอดแรตที่แตกต่างกันในพื้นที่ต่างๆ เพื่อให้นักวิจัยสุ่มตัวอย่างได้ ข้อมูลที่รวบรวมจากการนับบุคคลในควอดแรตจะถูกนำมาใช้เพื่อคาดการณ์ขนาดประชากร

ทำเครื่องหมายและจับกลับ: เห็นได้ชัดว่า Quadrat จะไม่ทำงานสำหรับสัตว์ที่เคลื่อนที่เป็นวงกลม ดังนั้น ในการกำหนดขนาดประชากรของสิ่งมีชีวิตเคลื่อนที่มากขึ้น นักวิทยาศาสตร์จึงใช้วิธีการที่เรียกว่า ทำเครื่องหมายและตะครุบ.

ในสถานการณ์นี้ สัตว์แต่ละตัวจะถูกจับและทำเครื่องหมายด้วยแท็ก สายรัด สีหรือสิ่งที่คล้ายกัน สัตว์ถูกปล่อยกลับสู่สิ่งแวดล้อม ในภายหลัง สัตว์อีกชุดหนึ่งถูกจับ และชุดนั้นอาจรวมถึงสัตว์ที่ทำเครื่องหมายไว้แล้ว เช่นเดียวกับสัตว์ที่ไม่มีเครื่องหมาย

ผลของการจับสัตว์ทั้งที่มีเครื่องหมายและไม่ได้ทำเครื่องหมายทำให้นักวิจัยมีอัตราส่วนการใช้ และจากนั้น พวกเขาสามารถคำนวณขนาดประชากรโดยประมาณได้

ตัวอย่างของวิธีการนี้คือคอนดอร์แคลิฟอร์เนีย ซึ่งบุคคลถูกจับและติดแท็กให้ทำตามขนาดประชากรของสายพันธุ์ที่ถูกคุกคามนี้ วิธีนี้ไม่เหมาะเนื่องจากปัจจัยต่าง ๆ ดังนั้นวิธีการที่ทันสมัยกว่านั้นรวมถึงการติดตามสัตว์ด้วยคลื่นวิทยุ

Thomas Malthusผู้ตีพิมพ์เรียงความที่อธิบายความสัมพันธ์ของประชากรกับทรัพยากรธรรมชาติ ได้ก่อตั้งทฤษฎีประชากรที่เก่าแก่ที่สุด นิเวศวิทยา. Charles Darwin ขยายเรื่องนี้ด้วยแนวคิด "การอยู่รอดของผู้ที่เหมาะสมที่สุด"

ในประวัติศาสตร์นิเวศวิทยาอาศัยแนวคิดของสาขาวิชาอื่น นักวิทยาศาสตร์คนหนึ่ง Alfred James Lotkaได้เปลี่ยนหลักสูตรวิทยาศาสตร์เมื่อเขามาถึงจุดเริ่มต้นของนิเวศวิทยาของประชากร Lotka แสวงหาการก่อตัวของ "ชีววิทยาทางกายภาพ" สาขาใหม่ซึ่งเขาได้รวมเอาระบบการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมของพวกมัน

นักชีวสถิติ Raymond Pearl จดบันทึกงานของ Lotka และร่วมมือกับเขาเพื่อหารือเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างนักล่าและเหยื่อ

Vito Volterraนักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี เริ่มวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างนักล่าและเหยื่อในช่วงปี ค.ศ. 1920 นี้จะนำไปสู่สิ่งที่เรียกว่า สมการลอตกา-โวลเทอรา ที่ทำหน้าที่เป็นกระดานกระโดดน้ำสำหรับนิเวศวิทยาของประชากรทางคณิตศาสตร์

นักกีฏวิทยาชาวออสเตรเลีย A.J. นิโคลสันเป็นผู้นำในการศึกษาเกี่ยวกับปัจจัยการตายที่ขึ้นกับความหนาแน่นในช่วงแรก H.G. Andrewartha และ L.C. เบิร์ชจะอธิบายต่อไปว่าประชากรได้รับผลกระทบจากปัจจัยที่ไม่มีชีวิตอย่างไร แนวทางระบบของ Lotka ในด้านนิเวศวิทยายังคงมีอิทธิพลต่อภาคสนามมาจนถึงทุกวันนี้

การเติบโตของประชากร สะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงในจำนวนบุคคลในช่วงเวลาหนึ่ง อัตราการเติบโตของประชากรได้รับผลกระทบจากอัตราการเกิดและการตาย ซึ่งสัมพันธ์กับทรัพยากรในสภาพแวดล้อมหรือปัจจัยภายนอก เช่น สภาพภูมิอากาศและภัยพิบัติ ทรัพยากรที่ลดลงจะทำให้การเติบโตของประชากรลดลง การเติบโตด้านลอจิสติกส์ หมายถึงการเติบโตของประชากรเมื่อทรัพยากรมีจำกัด

เมื่อขนาดประชากรพบทรัพยากรที่ไม่จำกัด ก็มีแนวโน้มที่จะเติบโตอย่างรวดเร็ว นี้เรียกว่า การเติบโตแบบทวีคูณ. ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียจะเติบโตแบบทวีคูณเมื่อได้รับสารอาหารอย่างไม่จำกัด อย่างไรก็ตามการเติบโตดังกล่าวไม่สามารถคงอยู่ได้ตลอดไป

ความจุ: เนื่องจากโลกแห่งความเป็นจริงไม่ได้เสนอทรัพยากรอย่างไม่จำกัด จำนวนบุคคลในประชากรที่เพิ่มขึ้นในที่สุดจะถึงจุดที่ทรัพยากรหายากขึ้น จากนั้นอัตราการเติบโตจะช้าลงและลดลง

เมื่อประชากรมาถึงจุดปรับระดับนี้จะถือว่าเป็นประชากรที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่สิ่งแวดล้อมสามารถดำรงอยู่ได้ คำว่าปรากฏการณ์นี้คือ ความจุ. ตัวอักษร K แสดงถึงความสามารถในการบรรทุก

อัตราการเจริญเติบโต การเกิด และการตาย: สำหรับการเติบโตของประชากรมนุษย์ นักวิจัยได้ใช้ข้อมูลประชากรมาเป็นเวลานานเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของประชากรเมื่อเวลาผ่านไป การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นผลมาจากอัตราการเกิดและอัตราการเสียชีวิต

ตัวอย่างเช่น ประชากรที่มากขึ้นจะทำให้อัตราการเกิดสูงขึ้นเพียงเพราะมีคู่ครองที่มากขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังนำไปสู่อัตราการเสียชีวิตที่สูงขึ้นจากการแข่งขันและตัวแปรอื่นๆ เช่น โรคภัยไข้เจ็บ

ประชากรยังคงทรงตัวเมื่ออัตราการเกิดและการตายเท่ากัน เมื่ออัตราการเกิดมากกว่าอัตราการเสียชีวิต จำนวนประชากรจะเพิ่มขึ้น เมื่ออัตราการเสียชีวิตแซงหน้าอัตราการเกิด ประชากรจะลดลง อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างนี้ไม่ได้คำนึงถึงการย้ายถิ่นฐานและการย้ายถิ่นฐาน

อายุขัยยังมีบทบาทใน ประชากรศาสตร์. เมื่อบุคคลมีอายุยืนยาวขึ้น ย่อมส่งผลต่อทรัพยากร สุขภาพ และปัจจัยอื่นๆ ด้วย

ปัจจัยจำกัด: นักนิเวศวิทยาศึกษาปัจจัยที่จำกัดการเติบโตของประชากร สิ่งนี้ช่วยให้พวกเขาเข้าใจการเปลี่ยนแปลงของประชากร นอกจากนี้ยังช่วยให้พวกเขาทำนายอนาคตที่อาจเกิดขึ้นสำหรับประชากร

ทรัพยากรในสภาพแวดล้อมเป็นตัวอย่างของปัจจัยจำกัด ตัวอย่างเช่น พืชต้องการน้ำ สารอาหาร และแสงแดดในปริมาณที่พอเหมาะ สัตว์ต้องการอาหาร น้ำ ที่พักพิง การเข้าถึงคู่ครอง และพื้นที่ปลอดภัยสำหรับทำรัง

กฎระเบียบประชากรขึ้นอยู่กับความหนาแน่น: เมื่อนักนิเวศวิทยาประชากรพูดถึงการเติบโตของประชากร จะเป็นการมองผ่านเลนส์ของปัจจัยต่างๆ ที่ขึ้นกับความหนาแน่นหรือขึ้นกับความหนาแน่น

กฎระเบียบประชากรขึ้นอยู่กับความหนาแน่น อธิบายสถานการณ์สมมติที่ความหนาแน่นของประชากรส่งผลต่ออัตราการเติบโตและอัตราการตาย การควบคุมที่ขึ้นกับความหนาแน่นมีแนวโน้มว่าจะมีผลทางชีวภาพมากกว่า

ตัวอย่างเช่น การแข่งขันภายในและระหว่างชนิดพันธุ์เพื่อทรัพยากร โรค การปล้นสะดม และของเสียสะสมล้วนแสดงถึงปัจจัยที่ขึ้นกับความหนาแน่น ความหนาแน่นของเหยื่อที่มีอยู่ยังส่งผลกระทบต่อประชากรของผู้ล่า ทำให้พวกมันเคลื่อนไหวหรืออาจอดอาหาร

กฎระเบียบประชากรที่ไม่ขึ้นกับความหนาแน่น: ในทางตรงกันข้าม, การควบคุมประชากรที่ไม่ขึ้นกับความหนาแน่น หมายถึงปัจจัยทางธรรมชาติ (ทางกายภาพหรือทางเคมี) ที่มีผลต่ออัตราการตาย กล่าวอีกนัยหนึ่ง การตายได้รับอิทธิพลโดยไม่ต้องคำนึงถึงความหนาแน่น

ปัจจัยเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะเกิดภัยพิบัติ เช่น ภัยธรรมชาติ (เช่น ไฟป่า และแผ่นดินไหว) มลพิษอย่างไรก็ตาม เป็นปัจจัยไม่ขึ้นกับความหนาแน่นที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งส่งผลต่อหลายชนิด วิกฤตสภาพภูมิอากาศเป็นอีกตัวอย่างหนึ่ง

รอบประชากร: ประชากรเพิ่มขึ้นและลดลงในลักษณะวัฏจักรขึ้นอยู่กับทรัพยากรและการแข่งขันในสภาพแวดล้อม ตัวอย่างจะเป็นแมวน้ำท่าเรือ ซึ่งได้รับผลกระทบจากมลภาวะและการประมงเกินขนาด เหยื่อที่ลดลงสำหรับแมวน้ำทำให้แมวน้ำตายเพิ่มขึ้น หากจำนวนการเกิดเพิ่มขึ้น ขนาดของประชากรจะคงที่ แต่ถ้าการตายแซงหน้าการเกิด ประชากรก็จะลดลง

เช่น อากาศเปลี่ยนแปลง ยังคงส่งผลกระทบต่อประชากรธรรมชาติ การใช้แบบจำลองทางชีววิทยาของประชากรมีความสำคัญมากขึ้น นิเวศวิทยาของประชากรในแง่มุมต่างๆ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจได้ดีขึ้นว่าสิ่งมีชีวิตมีปฏิสัมพันธ์อย่างไร และช่วยในกลยุทธ์ในการจัดการ อนุรักษ์ และคุ้มครองชนิดพันธุ์