A populációökológia az ökológia azon alosztálya, amely a fajok populációinak dinamikájával és a populációk környezettel való kölcsönhatásával foglalkozik. Azt tanulmányozza, hogyan változik a fajok populációi mérete időben és térben. A kifejezést gyakran felcserélhetően használják a populációbiológiával vagy a populációdinamikával. Gyakran ismerteti a létért való küzdelem típusait is. A természetes szelekciónak köszönhetően nő a maximálisan alkalmazkodó egyedek száma.
A biológiában a populáció egy adott faj vagy egy területen élő képviselőinek bizonyos számú elterjedésének mértéke.
Előzmények
Hogy kezdődött az egész? A népesedésökológia fejlődése nagymértékben összefügg a demográfiával és a jelenlegi élettáblázatokkal. Ez a szakasz nagyon fontos a jelenlegi környezeti viszonyok között.
A népességökológia fontos a természetvédelmi biológiában, különösen akkor, hapopulációs életképesség-elemzés (PVA) kidolgozása, amely megjósolja egy faj adott élőhelyen maradásának hosszú távú valószínűségét. Bár ez az ökológia a biológia egyik alfaja, érdekes problémákat vet fel a populációdinamika területén dolgozó matematikusok és statisztikusok számára. A biológiában a populáció az egyik központi fogalom.
Modellek
Mint minden tudomány, az ökológia is modelleket használ. A népességváltozás egyszerűsített modelljei általában négy kulcsváltozóval (négy demográfiai folyamattal) kezdődnek, beleértve a halálozást, születést, bevándorlást és kivándorlást. A demográfiai helyzet változásainak és a népesség alakulásának számítására használt matematikai modellek külső hatás hiányát feltételezik. A modellek matematikailag bonyolultabbak lehetnek, ha „…több versengő hipotézis ütközik az adatokkal egyszerre.”
A populációfejlődés bármely modellje felhasználható a geometriai populációk bizonyos tulajdonságainak matematikai származtatására. A geometriailag növekvő méretű populáció olyan populáció, ahol a költő generációk nem fedik egymást. Minden nemzedékben létezik egy tényleges populációméret (és terület), amelyet Ne-ként jelölünk, ami a populáció azon egyedeinek száma, amelyek szaporodni tudnak és szaporodni fognak bármely szaporodási generációban. Ami aggodalomra ad okot.
Kiválasztáselmélet r/K
A populációökológiában fontos fogalom az r/K szelekciós elmélet. Az első változó az r (a természetes szaporodás belső ütemea populáció mérete nem függ a sűrűségtől), a második változó pedig a K (populáció teherbíró képesség, sűrűségtől függ). Ebben bizonyos szerepet játszanak a fajokon belüli kapcsolatok.
R-szelektált fajok (például sok rovarfaj, például a levéltetvek) olyan fajok, amelyeknek magas a termékenységi aránya, alacsony a szülői befektetés a fiatal egyedekbe, és magas a mortalitási aránya, mielőtt az egyedek elérik az érettséget. Az evolúció elősegíti az r-szelektált fajok termelékenységét. Ezzel szemben a K-szelektált fajok (például az emberek) alacsony termékenységi rátával rendelkeznek, fiatal korban nagy a szülői befektetés, és az egyedek érése során alacsony a halálozási arány.
A K-szelektált fajok evolúciója elősegíti a hatékonyságot abban, hogy több erőforrást kevesebb utódrá alakítsanak. A terméketlen fajok közötti kapcsolatok eredményeként ezek a leszármazottak kihalhatnak, és populációjuk utolsó képviselőivé válhatnak.
Az elmélet története
Az r/K-kiválasztás terminológiáját Robert MacArthur és E. O. Wilson ökológusok alkották meg 1967-ben a szigetek biogeográfiájával kapcsolatos munkájuk alapján. Ez az elmélet lehetővé teszi a népesség-ingadozások okainak azonosítását.
Az elmélet népszerű volt az 1970-es és 1980-as években, amikor heurisztikus eszközként használták, de az 1990-es évek elején kiesett a kegyéből, amikor számos empirikus tanulmány kritizálta. Az élettörténeti paradigma felváltotta az r/K szelekciós paradigmát, de továbbra is számos fontos témát tartalmaz. A szaporodási vágy a főaz evolúció hajtóereje, ezért ez az elmélet rendkívül hasznos a tanulmányozáshoz.
Így az r-szelektált fajok azok, amelyek a magas növekedési rátát hangsúlyozzák, hajlamosak a kevésbé zsúfolt ökológiai fülkék kiaknázására, és sok utódot hoznak létre, amelyek mindegyikének viszonylag kicsi a valószínűsége, hogy túléli a felnőttkort (azaz magas r, alacsony). K). Az r tipikus faja a pitypang (Taraxacum nemzetség).
Instabil vagy kiszámíthatatlan környezetben az r-szelekció érvényesül a gyors szaporodási képesség miatt. Kevés előnye van azoknak az alkalmazkodásoknak, amelyek lehetővé teszik, hogy sikeresen versenyezzen más szervezetekkel, mivel a környezet valószínűleg ismét megváltozik. Az r-szelekciót jellemző tulajdonságok a következők: nagy termékenység, kis testméret, korai érettség, rövid generációs idő és az utódok széles körben való szétszórásának képessége.
Azokat a szervezeteket, amelyek élettörténete r-szelekción megy keresztül, gyakran r-stratégának nevezik. Az r-szelektált tulajdonságokat mutató organizmusok a baktériumoktól és kovamoszatoktól a rovarokig és füvekig, valamint különféle hétkaréjos lábasfejűek és kisemlősök, különösen rágcsálók lehetnek. A K differenciálelmélet közvetett kapcsolatban áll az állatok természetes szelekciójával.
Válogatott fajok
A K által kiválasztott fajok olyan tulajdonságokat mutatnak, amelyek a teherbíráshoz közeli sűrűségben élnek, és általában erős versenytársak a zsúfolt résekben, amelyek többet fektetnek be kevesebbbeaz utódok száma. Mindegyiknek viszonylag nagy a valószínűsége, hogy túléli a felnőttkort (azaz alacsony r, magas k). A tudományos irodalomban az r-szelektált fajokat néha "opportunistának", míg a K-szelektált fajokat "egyensúlynak" nevezik.
Stabil vagy kiszámítható körülmények között a K-szelekció érvényesül, mivel a korlátozott erőforrásokért való sikeres versenyzés kritikus jelentőségű, és a K-szelektált organizmusok populációi általában nagyon állandó számban vannak, és közel állnak a környezet által elérhető maximumhoz. támogatás. Ellentétben az r-szelektáltal, ahol a populáció mérete sokkal gyorsabban változhat. Az alacsony számok vérfertőzéshez vezetnek, ami a mutációk egyik oka.
Jellemzők
A K-szelekcióra jellemző tulajdonságok közé tartozik a nagy testméret, a hosszú élettartam és a kevesebb utód termelése, amelyek gyakran gondos szülői gondoskodást igényelnek, amíg kifejlődnek. Azokat a szervezeteket, amelyek élettörténete K-szelektált, gyakran K-stratégiának vagy K-szelektáltnak nevezik. A K-szelektált tulajdonságokkal rendelkező szervezetek közé tartoznak a nagy szervezetek, például az elefántok, az emberek és a bálnák, valamint a kisebb, hosszabb életű szervezetek, például a sarkvidéki csér, a papagájok és a sasok. A népességszám növekedése a létért folytatott harcok egyike.
Az élőlények osztályozása
Bár egyes szervezeteket elsősorban r- vagy K-stratégákként azonosítanak, a legtöbb organizmus nem követi ezt a mintát. Például a fáknak olyan tulajdonságaik vannak, mint plhosszú élettartam és magas versenyképesség jellemzi őket, mint K-stratégákat. Azonban szaporodáskor a fák általában több ezer utódot adnak, és széles körben szétszórják őket, ami az r-stratégákra jellemző.
Hasonlóan a hüllők, például a tengeri teknősök is rendelkeznek r- és k-jellemzőkkel: bár a tengeri teknősök nagy, hosszú élettartamú élőlények (feltéve, hogy elérik a felnőttkort), nagyszámú észrevétlen utódot hoznak létre.
Egyéb kifejezések
Az r/K dichotómia folytonos spektrumként újra kifejezhető a diszkontált jövőbeli hozamok közgazdasági koncepciójával, ahol a nagy diszkontrátáknak megfelelő r-választás és a kis diszkontrátáknak megfelelő K-választás.
A súlyos környezeti zavarokkal vagy sterilizálással járó területeken (pl. jelentős vulkánkitörés után, mint a Krakatau vagy a Mount St. Helens) az r- és K-stratégiák különböző szerepet játszanak az ökoszisztémát helyreállító ökológiai folyamatban. Magasabb szaporodási rátájuk és ökológiai opportunizmusuk miatt az elsődleges gyarmatosítók általában stratégák, és egyre növekvő verseny követi őket a növényi és állati élet között. A környezet azon képessége, hogy a napenergia fotoszintetikus befogásával növelje az energiatartalmat, növekszik a komplex biológiai sokféleség növekedésével, ahogy az r-fajok a lehető legnagyobb mértékben elszaporodnak.stratégiák segítségével K.
Új egyensúly
Végül egy új egyensúly alakul ki (amit néha csúcsközösségnek neveznek), amikor az r-stratégákat fokozatosan felváltják a K-stratégiák, akik versenyképesebbek és jobban alkalmazkodnak a kialakuló mikroökológiai tájváltozásokhoz. Hagyományosan a biodiverzitást ebben a szakaszban maximalizálónak tartották új fajok betelepítésével, ami az endemikus fajok kicserélődését és helyi kihalását eredményezte. A közbenső zavarási hipotézis azonban azt állítja, hogy a tájban a zavarás közbenső szintjei a szukcesszió különböző szintjein lévő foltokat hoznak létre, elősegítve a gyarmatosítók és a versenytársak regionális léptékű együttélését.
Bár általában fajszinten alkalmazzák, az r/K szelekciós elmélet az alfajok közötti ökológiai és életbeli különbségek alakulásának tanulmányozásában is hasznos. Például az afrikai mézelő méh A. m. scutellata és az olasz méh A. m. ligustica. A skála másik végén az élőlények teljes csoportjai, például a bakteriofágok evolúciós ökológiájának tanulmányozására is használták.
Kutatási vélemények
Egyes kutatók, például Lee Ellis, J. Philip Rushton és Aurelio Jose Figueredo az r/K szelekciós elméletet különféle emberi viselkedésekre alkalmazták, beleértve a bűnözést, a szexuális promiszkuitást, a termékenységet és más, az élettörténet-elmélethez kapcsolódó vonásokat. Rushton munkája arra késztette, hogy kidolgozza a „differenciális K-elméletet”, hogy megpróbálja megmagyarázni az emberi viselkedésben tapasztalható számos különbséget a földrajzi területeken. És ezt az elméletet sok más kutató is bírálta. Ez utóbbi azt sugallta, hogy az emberi gyulladásos válaszok kialakulása az r/K megválasztásával függ össze.
Bár az r/K szelekciós elméletet az 1970-es években kezdték széles körben alkalmazni, egyre nagyobb figyelmet kapott. Különösen Stephen S. Stearns ökológus áttekintése hívta fel a figyelmet az elmélet hiányosságaira és az empirikus adatok értelmezésének kétértelműségére, hogy tesztelje azt.
További kutatás
1981-ben Parry 1981-es áttekintése az r/K szelekcióról azt mutatta, hogy nincs egyetértés az r- és K-szelekció definíciójának elméletét használó kutatók között, ami miatt megkérdőjelezte a szaporodási folyamatok közötti kapcsolat feltételezését. költségek. függvény.
Templeton és Johnson 1982-es tanulmánya kimutatta, hogy a Drosophila mercatorum (a légy egyik alfaja) populációjában, amelyet K-szelekciónak vetettek alá, valójában nagyobb gyakorisággal produkál olyan tulajdonságokat, amelyek jellemzően az r-szelekcióhoz kapcsolódnak. 1977 és 1994 között számos más tanulmány is megjelent, amelyek ellentmondanak az r/K szelekciós elmélet előrejelzéseinek.
Amikor Stearns 1992-ben áttekintette egy elmélet státuszát, megjegyezte, hogy 1977 és 1982 között a BIOSIS irodalomkereső szolgáltatás átlagosan 42 elméleti hivatkozást adott évente, de 1984 és 1989 között az átlag évi 16-ra esett vissza. és tovább hanyatlott. Arra a következtetésre jutott, hogy az r/K elmélet egykor hasznos heurisztika volt, amely már nem szolgál az élettörténet-elméletben.
A legutóbbi időkben az adaptív panarchia elméleteAz S. S. Holling és Lance Gunderson által támogatott képességek és rugalmasság felélesztette az elmélet iránti érdeklődést, és ezt a társadalmi rendszerek, a közgazdaságtan és az ökológia integrálására használják.
Metapopulációs ökológia
A metapopulációs ökológia a táj egyszerűsített modellje különböző minőségi szintű területekre. A telephelyek között mozgó migránsok metapopulációkba strukturálódnak, mint források vagy elnyelők. A metapopulációs terminológiában vannak kivándorlók (az egyének, akik elhagyják a helyszínt) és bevándorlók (egyének, akik beköltöznek a telephelyre).
A metapopulációs modellek a helyszínek időbeli dinamikáját vizsgálják, hogy megválaszolják a térbeli és demográfiai ökológiával kapcsolatos kérdéseket. A metapopulációs ökológiában fontos fogalom a megmentő hatás, amelyben a kisebb, gyengébb minőségű foltokat (azaz elnyelőket) az új bevándorlók szezonális beáramlása tartja fenn.
A metapopuláció szerkezete évről évre fejlődik, ahol egyes helyek víznyelők, például száraz évjáratok, és tavaszokká válnak, amikor a körülmények kedvezőbbek. Az ökológusok számítógépes modellek és terepvizsgálatok keverékét használják a metapopuláció szerkezetének magyarázatára. A népesség korszerkezete bizonyos korosztályok képviselőinek jelenléte a populációban.
Autoökológia
A régebbi autoökológia kifejezés (görögül: αὐτο, auto, "én"; οίκος, oikos, "háztartás" és λόγος, logók, "tudás") utalnagyjából ugyanazon a tudományterületen, mint a populáció ökológiája. Az ökológia autekológiára - az egyes fajok környezettel kapcsolatos vizsgálatára - és szinekológiára - az élőlénycsoportok környezettel kapcsolatos vizsgálatára - vagy közösségi ökológiára való felosztásából fakad. Odum (amerikai biológus) úgy vélte, hogy a szinekológiát populációökológiára, közösségi ökológiára és ökoszisztémaökológiára kell felosztani, és az autoökológiát "fajökológiáként" határozta meg.
A biológusok azonban egy ideje felismerték, hogy egy faj nagyobb szervezettségi szintje a populáció, mivel ezen a szinten a legkonzisztensebb a faj génállománya. Valójában Odum az „autoökológiát” az ökológia „aktuális irányzatának” tekintette (vagyis egy archaikus kifejezést), bár a „fajökológiát” az ökológia négy felosztásának egyikeként vette fel.
A Population Ecology (eredeti nevén Population Ecology Research) első kiadványa 1952-ben jelent meg.
A populációökológiával kapcsolatos kutatási cikkek az állatökológiai folyóiratokban is megtalálhatók.
Népességdinamika
A népességdinamika az élettudományok egyik ága, amely a populációk, mint dinamikus rendszerek méretét és korösszetételét, valamint az ezeket irányító biológiai és környezeti folyamatokat (például születési és halálozási arányokat, valamint bevándorlást és kivándorlást) vizsgálja.. A forgatókönyvek példái a népesség elöregedése, növekedése vagy zsugorodása.
Az exponenciális növekedés a szabályozatlan szaporodást írja le. Ez nagyon szokatlan a természetben. A népesség növekedése exponenciális volt az elmúlt 100 évben.
Thomas M althus úgy vélte, hogy a népességnövekedés túlnépesedéshez és éhezéshez vezet az erőforrások, köztük az élelmiszer hiánya miatt. A jövőben az emberek nem lesznek képesek nagy populációkat táplálni. Az exponenciális növekedés biológiai feltételezése az, hogy az egy főre jutó növekedési ütem állandó. A növekedés nem korlátozódik az erőforrások szűkösségére vagy a ragadozásra.
A népességdinamikát széles körben alkalmazzák a szabályozáselmélet számos alkalmazásában. Az evolúciós játékelmélet segítségével a lakossági játékokat széles körben alkalmazzák különféle ipari és mindennapi kontextusokban. Főleg több bemenetes, többkimenetes (MIMO) rendszerekben használják, bár adaptálhatók egybemenetes, egykimenetes (SISO) rendszerekben való használatra. Néhány alkalmazási példa a katonai kampányok, a vízelosztáshoz szükséges erőforrások elosztása, az elosztott generátorok kiszállítása, a laboratóriumi kísérletek, a szállítási problémák, a kommunikációs problémák. Ezen túlmenően a termelési problémák megfelelő kontextusba helyezésével a populációdinamika hatékony és könnyen alkalmazható megoldás lehet az ellenőrzési problémákra. Számos tudományos tanulmány készült és folyik jelenleg is.
Túlnépesedés
Túlszaporodásról akkor beszélünk, ha egy faj populációja meghaladja egy ökológiai rés teherbíró képességét. Ez lehet az eredménya születési ráta (termékenységi ráta) növekedése, a halálozási arány csökkenése, a bevándorlás növekedése vagy a fenntarthatatlan életközösség, valamint az erőforrások kimerülése. Sőt, ez azt jelenti, hogy ha túl sok ember van egy élőhelyen, az emberek korlátozzák a túléléshez rendelkezésre álló erőforrásokat. A népesség korszerkezete nem játszik különösebb szerepet.
A vadonban a túlszaporodás gyakran okozza a ragadozópopulációk növekedését. Ennek az a hatása, hogy a zsákmánypopulációt kontrollálja, és biztosítja, hogy az olyan genetikai jellemzők javára fejlődjön, amelyek kevésbé teszik sebezhetővé a ragadozókkal szemben (és a ragadozó együtt fejlődhet).
Ragadozók hiányában a fajokat lekötik a környezetükben fellelhető erőforrások, de ez nem feltétlenül szabályozza a túlszaporodást. Legalábbis rövid távon. Az erőforrások bőséges kínálata népesedési fellendüléshez, majd népesedési válsághoz vezethet. Az olyan rágcsálóknál, mint a lemmingek és pocok, a populáció gyors növekedésének és ezt követő hanyatlásának ciklusai vannak. A hótalpas mezei nyulak populációi is drámaian ciklikusan változnak, csakúgy, mint az egyik rájuk vadászó ragadozó, a hiúz. Ennek a tendenciának a követése sokkal könnyebb, mint egy populáció genomjának azonosítása.
