Populatsiooniökoloogia on ökoloogia alajaotus, mis käsitleb liikide populatsioonide dünaamikat ja seda, kuidas need populatsioonid keskkonnaga suhtlevad. See uurib, kuidas liikide populatsiooni suurus ajas ja ruumis muutub. Seda terminit kasutatakse sageli vaheldumisi rahvastikubioloogia või populatsioonidünaamikaga. Ta kirjeldab sageli ka olelusvõitluse liike. Loodusliku valiku tõttu suureneb maksimaalselt kohanenud isendite arv.
Bioloogias on populatsioon teatud liigi või teatud arvu selle ühes piirkonnas elavate esindajate leviku aste.
Ajalugu
Kuidas see kõik alguse sai? Rahvastikuökoloogia areng on suuresti seotud demograafia ja praeguste elutabelitega. See jaotis on praegustes keskkonnatingimustes väga oluline.
Populatsiooniökoloogia on looduskaitsebioloogias oluline, eriti kuipopulatsiooni elujõulisuse analüüsi (PVA) väljatöötamine, mis ennustab pikaajalist tõenäosust, et liik jääb antud elupaika. Kuigi see ökoloogia on bioloogia alamliik, pakub see huvitavaid probleeme matemaatikutele ja statistikutele, kes töötavad populatsioonidünaamika valdkonnas. Bioloogias on rahvastik üks keskseid mõisteid.
Modelid
Nagu iga teadus, kasutab ökoloogia mudeleid. Rahvastikumuutuste lihtsustatud mudelid algavad tavaliselt nelja peamise muutujaga (neli demograafilist protsessi), sealhulgas surm, sünd, immigratsioon ja väljaränne. Demograafilise olukorra ja rahvastiku arengu muutuste arvutamiseks kasutatavad matemaatilised mudelid eeldavad välismõju puudumist. Mudelid võivad olla matemaatiliselt keerukamad, kui "…mitu konkureerivat hüpoteesi põrkuvad andmetega samal ajal."
Geomeetriliste populatsioonide teatud omaduste matemaatiliseks tuletamiseks saab kasutada mis tahes populatsiooni arengu mudelit. Geomeetriliselt suureneva suurusega populatsioon on populatsioon, kus pesitsevad põlvkonnad ei kattu. Igal põlvkonnal on efektiivne populatsiooni suurus (ja territoorium), mida tähistatakse kui Ne, mis on populatsioonis olevate isendite arv, kes saavad ja hakkavad sigima mis tahes paljunemisvõimelises põlvkonnas. Mis tekitab muret.
Valikuteooria r/K
Populatsiooniökoloogia oluline kontseptsioon on r/K valiku teooria. Esimene muutuja on r (loodusliku iibe sisemine määrpopulatsiooni suurus, see ei sõltu tihedusest) ja teine muutuja on K (populatsiooni kandevõime, oleneb tihedusest). Liigisisesed suhted mängivad selles teatud rolli.
R-valitud liigid (nt paljud putukaliigid, nagu lehetäid) on sellised, millel on kõrge viljakuse määr, vanemate investeeringud noorloomadesse ja kõrge suremuse määr enne, kui isendid jõuavad täiskasvanuks. Evolutsioon soodustab r-valitud liikide produktiivsust. Seevastu K-valitud liikidel (nagu inimestel) on madal sigivus, vanemate investeeringute tase noores eas ja suremus isendite küpsemisel madal.
K-valitud liikide evolutsioon soodustab tõhusust suurema hulga ressursside muutmisel vähemateks järglasteks. Ebaproduktiivsete liikidevaheliste suhete tulemusena võivad need järeltulijad välja surra, muutudes nende populatsiooni viimasteks esindajateks.
Teooria ajalugu
R/K-valiku terminoloogia võtsid 1967. aastal kasutusele ökoloogid Robert MacArthur ja E. O. Wilson, tuginedes nende töödele saare biogeograafia kohta. See teooria võimaldab kindlaks teha rahvastiku kõikumise põhjused.
Teooria oli populaarne 1970. ja 1980. aastatel, kui seda kasutati heuristilise vahendina, kuid langes soosingust välja 1990. aastate alguses, kui seda kritiseerisid mitmed empiirilised uuringud. Eluloo paradigma on asendanud r/K valiku paradigma, kuid hõlmab jätkuv alt paljusid selle olulisi teemasid. Peamine on iha paljunemise järeleevolutsiooni liikumapanev jõud, seega on see teooria selle uurimisel äärmiselt kasulik.
Seega on r-valitud liigid need, mis rõhutavad kõrget kasvu, kipuvad ära kasutama vähem rahvarohkeid ökoloogilisi nišše ja annavad palju järglasi, millest igaühe tõenäosus täiskasvanueani ellu jääda on suhteliselt väike (st kõrge r, madal K). Tüüpiline r-liik on võilill (perekond Taraxacum).
Ebastabiilses või ettearvamatus keskkonnas domineerib r-valik tänu võimalusele kiiresti paljuneda. Kohanemistel, mis võimaldavad tal eduk alt konkureerida teiste organismidega, on vähe eeliseid, sest keskkond muutub tõenäoliselt uuesti. Arvatakse, et r-selektsiooni iseloomustavad tunnused: kõrge viljakus, väike keha suurus, varajane küpsuse algus, lühike generatsiooniaeg ja võime järglasi laialdaselt hajutada.
Organisme, mille elulugu läbib r-valiku, nimetatakse sageli r-strateegideks. Organismid, millel on r-valitud tunnused, võivad ulatuda bakteritest ja ränivetikatest putukate ja kõrrelisteni, aga ka mitmesugused seitsmeharulised peajalgsed ja väikesed imetajad, eriti närilised. Diferentsia alteoorial K on kaudne seos loomade loomuliku valikuga.
Liikide valik
K-valitud liikidel on kandevõimele lähedal elamisega seotud tunnused ja nad kipuvad olema tugevad konkurendid rahvarohketes niššides, mis investeerivad vähemjärglaste arv. Igal neist on suhteliselt suur tõenäosus täiskasvanueani ellu jääda (st madal r, kõrge k). Teaduskirjanduses nimetatakse r-valitud liike mõnikord "oportunistlikeks", samas kui K-valitud liike kirjeldatakse kui "tasakaalu".
Stabiilsetes või prognoositavates tingimustes domineerib K-valik, kuna võime piiratud ressursside pärast eduk alt konkureerida on kriitilise tähtsusega ning K-selekteeritud organismide populatsioonid on tavaliselt arvult väga püsivad ja lähedased maksimumile, mida keskkond suudab. toetus. Erinev alt r-selected'ist, kus populatsiooni suurus võib muutuda palju kiiremini. Madal arv põhjustab verepilastust, mis on üks mutatsioonide põhjusi.
omadused
Arvatakse, et K-selektsioonile iseloomulikud tunnused on suur keha suurus, pikk eluiga ja vähemate järglaste saamine, mis nõuavad sageli hoolikat vanemlikku hoolitsust kuni täiskasvanuks saamiseni. Organisme, mille elulugu on K-valitud, nimetatakse sageli K-strateegideks või K-valitud. K-valitud tunnustega organismid hõlmavad suuri organisme, nagu elevandid, inimesed ja vaalad, aga ka väiksemaid pikemaealisi organisme, nagu arktilised tiirud, papagoid ja kotkad. Rahvaarvu kasv on üks olelusvõitlusi.
Organismide klassifikatsioon
Kuigi mõningaid organisme identifitseeritakse peamiselt r- või K-strateegidena, ei järgi enamik organisme seda mustrit. Näiteks puudel on sellised tunnused nagupikaealisus ja kõrge konkurentsivõime, mis iseloomustavad neid kui K-strateege. Kuid paljunemisel annavad puud tavaliselt tuhandeid järglasi ja levitavad neid laialdaselt, mis on tüüpiline r-strateegidele.
Samamoodi on roomajatel, näiteks merikilpkonnadel, nii r- kui ka k-omadused: kuigi merikilpkonnad on pika elueaga suured organismid (eeldusel, et nad jõuavad täiskasvanuikka), toodavad nad suurel hulgal märkamatuid järglasi.
Muud väljendid
R/K dihhotoomiat saab uuesti väljendada pideva spektrina, kasutades diskonteeritud tulevaste tulude majanduskontseptsiooni, kus r-valik vastab suurtele diskontomääradele ja K-valik väikestele diskontomääradele.
Piirkondades, kus on tõsine keskkonnahäire või steriliseerimine (nt pärast suurt vulkaanipurset, nagu Krakatoa või Mount St. Helens), mängivad r- ja K-strateegid ökosüsteemi taastavas ökoloogilises järjestuses erinevaid rolle. Suurema paljunemisvõime ja ökoloogilise oportunismi tõttu on peamised kolonisaatorid pigem strateegid ja neile järgneb järjest kasvav konkurents taimede ja loomade vahel. Keskkonna võime suurendada energiasisaldust päikeseenergia fotosünteetilise püüdmise kaudu suureneb koos keeruka bioloogilise mitmekesisuse suurenemisega, kuna r-liigid vohavad maksimaalseltkasutades strateegiaid K.
Uus tasakaal
Lõpuks saabub uus tasakaal (mida mõnikord nimetatakse ka kulmineerivaks kogukonnaks), kuna r-strateegid asenduvad järk-järgult K-strateegidega, kes on konkurentsivõimelisemad ja paremini kohanenud tekkivate mikroökoloogiliste maastikumuutustega. Traditsiooniliselt peeti selles etapis bioloogilist mitmekesisust maksimaalseks uute liikide sissetoomisega, mille tulemuseks on endeemsete liikide asendumine ja kohalik väljasuremine. Vahepealse häiringu hüpotees väidab aga, et vahepealsed häiringutasemed maastikul tekitavad laike erinevatel suktsessioonitasemetel, hõlbustades kolonisaatorite ja konkurentide kooseksisteerimist piirkondlikul skaalal.
Kuigi r/K valikuteooriat kasutatakse üldiselt liigitasandil, on see kasulik ka alamliikide ökoloogiliste ja eluliste erinevuste arengu uurimiseks. Näiteks Aafrika mesilane A. m. scutellata ja itaalia mesilane A. m. ligustica. Skaala teises otsas on seda kasutatud ka tervete organismirühmade, näiteks bakteriofaagide evolutsioonilise ökoloogia uurimiseks.
Uurimisarvamused
Mõned teadlased, nagu Lee Ellis, J. Philip Rushton ja Aurelio Jose Figueredo, on rakendanud r/K valikuteooriat erinevatele inimkäitumistele, sealhulgas kuritegevusele, seksuaalsele liiderlikkusele, viljakusele ja teistele elulooteooriaga seotud tunnustele. Rushtoni töö ajendas teda välja töötama "diferentsiaalse K-teooria", et püüda selgitada paljusid erinevusi inimeste käitumises geograafilistes piirkondades. Ja seda teooriat on kritiseerinud paljud teised uurijad. Viimane viitas sellele, et inimese põletikuliste reaktsioonide areng on seotud r/K valikuga.
Kuigi r/K valikuteooriat hakati laialdaselt kasutama 1970. aastatel, on sellele ka järjest rohkem tähelepanu pööratud. Eelkõige juhtis ökoloog Stephen S. Stearnsi ülevaade tähelepanu lünkadele teoorias ja empiiriliste andmete tõlgendamise ebaselgustele, et seda testida.
Täiendavad uuringud
1981. aastal näitas Parry 1981. aasta r/K-valikut käsitleva kirjanduse ülevaade, et r- ja K-valiku defineerimise teooriat kasutavate teadlaste vahel ei olnud üksmeelt, mistõttu ta seadis kahtluse alla oletuse sigimise vahelise seose kohta. kulud. funktsioon.
Temletoni ja Johnsoni 1982. aasta uuring näitas, et Drosophila mercatorum (kärbse alamliik) populatsioonis, mis allutati K-selektsioonile, tekitab see tegelikult sagedamini r-selektsiooniga seotud tunnuseid. Aastatel 1977–1994 avaldati ka mitmed teised uuringud, mis on vastuolus r/K valiku teooria ennustustega.
Kui Stearns 1992. aastal teooria staatust üle vaatas, märkis ta, et aastatel 1977–1982 viitas BIOSIS kirjanduse otsinguteenus keskmiselt 42 teooriat aastas, kuid aastatel 1984–1989 langes see keskmiselt 16ni aastas. ja jätkas langust. Ta jõudis järeldusele, et r/K teooria oli kunagi kasulik heurist, mis ei täida enam elulooteooria eesmärki.
Viimati panarhiateooria kohanemisvõimeS. S. Hollingi ja Lance Gundersoni propageeritud võimed ja vastupidavus on taaselustanud huvi teooria vastu ja kasutavad seda sotsiaalsete süsteemide, majanduse ja ökoloogia integreerimiseks.
Metapopulatsiooniökoloogia
Metapopulatsiooniökoloogia on maastiku lihtsustatud mudel erineva kvaliteeditasemega aladeks. Asukohtade vahel liikuvad migrandid on struktureeritud metapopulatsioonidena allikate või neeldajatena. Metapopulatsiooni terminoloogias on väljarändajad (isikud, kes lahkuvad saidilt) ja immigrandid (isikud, kes kolivad saidile).
Metapopulatsioonimudelid uurivad saidi dünaamikat aja jooksul, et vastata küsimustele ruumilise ja demograafilise ökoloogia kohta. Oluline kontseptsioon metapopulatsiooniökoloogias on päästeefekt, mille puhul säilivad väikesed madalama kvaliteediga laigud (st uppumised) uute immigrantide hooajalise sissevoolu tõttu.
Metapopulatsiooni struktuur areneb aasta-aast alt, kus mõned kohad on vajunud, näiteks kuivad aastad, ja muutuvad soodsamate tingimuste korral allikateks. Ökoloogid kasutavad metapopulatsiooni struktuuri selgitamiseks arvutimudelite ja väliuuringute segu. Rahvastiku vanuseline struktuur on teatud vanuses esindajate olemasolu populatsioonis.
Autoökoloogia
Vanem termin autoökoloogia (kreeka keelest: αὐτο, auto, "ise"; οίκος, oikos, "majapidamine" ja λόγος, logod, "teadmised") viitablaias laastus samas uurimisvaldkonnas kui populatsiooni ökoloogia. See tuleneb ökoloogia jagamisest autekoloogiaks – üksikute liikide uurimiseks seoses keskkonnaga – ja sünekoloogiaks – organismirühmade uurimisega seoses keskkonnaga – ehk kogukonnaökoloogiaks. Odum (Ameerika bioloog) arvas, et sünekoloogia tuleks jagada populatsiooniökoloogiaks, kogukonnaökoloogiaks ja ökosüsteemiökoloogiaks, määratledes autoökoloogia kui "liigiökoloogia".
Samas on bioloogid juba mõnda aega tunnistanud, et liigi suurem organiseerituse tase on populatsioon, sest sellel tasemel on liigi genofond kõige ühtlasem. Tegelikult pidas Odum "autoökoloogiat" ökoloogia "praeguseks suundumuseks" (st arhailiseks terminiks), kuigi ta hõlmas "liigiökoloogia" ühe neljast ökoloogia jaotusest.
Esimene väljaanne Population Ecology (algse nimega Population Ecology Research) ilmus 1952. aastal.
Populatsiooniökoloogiat käsitlevaid uurimistöid võib leida ka loomaökoloogia ajakirjadest.
Rahvastiku dünaamika
Rahvastiku dünaamika on bioteaduste haru, mis uurib populatsioonide kui dünaamiliste süsteemide suurust ja vanuselist koosseisu ning neid juhtivaid bioloogilisi ja keskkonnaprotsesse (nt sündimus ja suremus ning sisse- ja väljaränne). Stsenaariumide näideteks on rahvastiku vananemine, kasv või kokkutõmbumine.
Eksponentsiaalne kasv kirjeldab reguleerimata paljunemist. Seda on looduses väga ebatavaline näha. Rahvastiku kasv on viimase 100 aasta jooksul olnud hüppeline.
Thomas M althus uskus, et rahvastiku kasv toob kaasa ülerahvastatuse ja nälgimise ressursside, sealhulgas toidu puudumise tõttu. Tulevikus ei suuda inimesed suuri populatsioone ära toita. Eksponentsiaalse kasvu bioloogiline eeldus on, et kasvutempo elaniku kohta on konstantne. Kasv ei piirdu ressursside nappuse või röövellikkusega.
Rahvastiku dünaamikat on laialdaselt kasutatud mitmes kontrolliteooria rakenduses. Evolutsioonilise mänguteooria abil rakendatakse rahvastikumänge laialdaselt erinevates tööstuslikes ja igapäevastes kontekstides. Peamiselt kasutatakse mitme sisendi ja mitme väljundiga (MIMO) süsteemides, kuigi neid saab kohandada kasutamiseks ühe sisendi ja ühe väljundiga (SISO) süsteemides. Mõned rakendusenäited on sõjalised kampaaniad, ressursside jagamine vee jaotamiseks, hajutatud generaatorite lähetamine, laboratoorsed katsed, transpordiprobleemid, sideprobleemid. Lisaks võib tootmisprobleemide piisava kontekstualiseerimisega populatsioonidünaamika olla tõhus ja lihts alt rakendatav lahendus probleemide kontrollimiseks. Arvukad teaduslikud uuringud on läbi viidud ja jätkuvad.
Ülerahvastus
Ülepopulatsioon tekib siis, kui liigi populatsioon ületab ökoloogilise niši kandevõime. See võib olla tulemussündimuse (sünnituskordaja) tõus, suremuse vähenemine, immigratsiooni või jätkusuutmatu elustiku suurenemine ja ressursside ammendumine. Veelgi enam, see tähendab, et kui ühes elupaigas on liiga palju inimesi, piiravad inimesed ellujäämiseks saadaolevaid ressursse. Rahvastiku vanuseline struktuur erilist rolli ei mängi.
Looduses põhjustab ülerahvastatus sageli röövloomade arvu suurenemist. Selle tulemusel kontrollitakse saaklooma populatsiooni ja tagatakse, et see areneb selliste geneetiliste omaduste kasuks, mis muudavad selle kiskjate suhtes vähem haavatavaks (ja kiskja võib koos areneda).
Riskjate puudumisel on liigid seotud ressursidega, mida nad võivad oma keskkonnas leida, kuid see ei pruugi kontrollida ülepopulatsiooni. Vähem alt lühiajaliselt. Rikkalik ressursside pakkumine võib viia rahvastikubuumini, millele järgneb rahvastikukriis. Närilistel, nagu lemmingid ja hiired, on need kiire populatsiooni kasvu ja sellele järgneva kahanemise tsüklid. Ka räätsajäneste populatsioonid muutuvad dramaatiliselt tsükliliselt, nagu ka üks neid jahtiv kiskja, ilves. Selle suundumuse jälgimine on palju lihtsam kui populatsiooni genoomi tuvastamine.
