Befolkningsøkologi er underavdelingen av økologi som omhandler dynamikken til populasjoner av arter og hvordan disse populasjonene samhandler med miljøet. Det er studiet av hvordan bestandsstørrelser av arter endres over tid og rom. Begrepet brukes ofte om hverandre med populasjonsbiologi eller populasjonsdynamikk. Han beskriver også ofte typene kamp for tilværelsen. På grunn av naturlig utvalg øker antallet individer som er maksim alt tilpasset.
I biologi er en populasjon graden av utbredelse av en bestemt art eller et visst antall av dens representanter som bor i ett område.
Historie
Hvordan startet det hele? Utviklingen av befolkningsøkologi er i stor grad knyttet til demografi og gjeldende livstabeller. Denne delen er svært viktig i de nåværende miljøforholdene.
Befolkningsøkologi er viktig i bevaringsbiologi, spesielt nårutvikle en populasjonslevedyktighetsanalyse (PVA) som forutsier langsiktig sannsynlighet for at en art forblir i et gitt habitat. Selv om denne økologien er en underart av biologi, byr den på interessante problemer for matematikere og statistikere som arbeider innen populasjonsdynamikk. I biologi er populasjon et av de sentrale begrepene.
Modeller
Som all vitenskap bruker økologi modeller. Forenklede modeller for befolkningsendring starter vanligvis med fire nøkkelvariabler (fire demografiske prosesser), inkludert død, fødsel, immigrasjon og emigrasjon. Matematiske modeller som brukes til å beregne endringer i den demografiske situasjonen og befolkningsutviklingen antar fravær av ytre påvirkning. Modeller kan være mer matematisk komplekse når "…flere konkurrerende hypoteser kolliderer med dataene samtidig."
Enhver modell for populasjonsutvikling kan brukes til å matematisk utlede visse egenskaper til geometriske populasjoner. En bestand med geometrisk økende størrelse er en bestand der hekkegenerasjoner ikke overlapper hverandre. I hver generasjon er det en effektiv populasjonsstørrelse (og territorium), betegnet som Ne, som er antallet individer i populasjonen som kan og vil avle i enhver reproduktiv generasjon. Hva forårsaker bekymring.
Utvalgteori r/K
Et viktig konsept innen populasjonsøkologi er r/K-seleksjonsteorien. Den første variabelen er r (intern hastighet av naturlig økningpopulasjonsstørrelse, den avhenger ikke av tetthet), og den andre variabelen er K (populasjonsbæreevne, avhenger av tetthet). Intraspesifikke relasjoner spiller en viss rolle i dette.
R-utvalgte arter (f.eks. mange insektarter som bladlus) er en som har høy fruktbarhet, lav foreldreinvestering i ungfisk og høy dødelighet før individer blir modne. Evolusjon fremmer produktiviteten hos r-utvalgte arter. Derimot har K-utvalgte arter (som mennesker) lave fruktbarhetsrater, høye nivåer av foreldreinvesteringer i ung alder og lave dødelighetsrater når individer modnes.
Evolusjon i K-utvalgte arter fremmer effektiviteten i å gjøre flere ressurser til færre avkom. Som et resultat av uproduktive relasjoner mellom arter, kan disse etterkommerne bli utryddet, og bli de siste representantene for deres befolkning.
Teoriens historie
R/K-utvalgsterminologien ble laget av økologene Robert MacArthur og E. O. Wilson i 1967 basert på deres arbeid med øybiogeografi. Denne teorien gjør det mulig å identifisere årsakene til befolkningssvingninger.
Teorien var populær på 1970- og 1980-tallet da den ble brukt som et heuristisk apparat, men f alt i unåde tidlig på 1990-tallet da den ble kritisert av flere empiriske studier. Livshistorieparadigmet har erstattet r/K-seleksjonsparadigmet, men fortsetter å inkludere mange av dets viktige temaer. Trangen til reproduksjon er det viktigstedrivkraften til evolusjonen, så denne teorien er ekstremt nyttig for studiet.
Dermed er r-utvalgte arter de som legger vekt på høye vekstrater, har en tendens til å utnytte mindre overfylte økologiske nisjer og produserer mange avkom, som hver har relativt lav sannsynlighet for å overleve til voksen alder (dvs. høy r, lav) K). En typisk art av r er løvetann (slekten Taraxacum).
I ustabile eller uforutsigbare miljøer råder r-seleksjon på grunn av evnen til å formere seg raskt. Det er liten fordel med tilpasninger som lar den konkurrere med andre organismer fordi miljøet sannsynligvis vil endre seg igjen. Egenskaper som antas å karakterisere r-seleksjon inkluderer: høy fruktbarhet, liten kroppsstørrelse, tidlig begynnelse av modenhet, kort generasjonstid og evnen til å spre avkom vidt.
Organismer hvis livshistorie gjennomgår r-seleksjon omtales ofte som r-strateger. Organismer som viser r-selekterte egenskaper kan variere fra bakterier og kiselalger til insekter og gress, samt forskjellige syvfligede blekksprut og små pattedyr, spesielt gnagere. Differensi alteorien K har en indirekte sammenheng med det naturlige utvalget av dyr.
Utvalg av arter
K-utvalgte arter viser egenskaper knyttet til å leve i nær bæreevnetettheter og har en tendens til å være sterke konkurrenter i overfylte nisjer som investerer mer i mindreantall avkom. Hver av dem har en relativt høy sannsynlighet for å overleve til voksen alder (dvs. lav r, høy k). I vitenskapelig litteratur blir r-selekterte arter noen ganger referert til som "opportunistiske", mens K-selekterte arter beskrives som "likevekt".
Under stabile eller forutsigbare forhold råder K-seleksjon, ettersom evnen til å lykkes med å konkurrere om begrensede ressurser er kritisk, og populasjoner av K-selekterte organismer er vanligvis svært konstante i antall og nær det maksimale miljøet kan Brukerstøtte. I motsetning til r-selected, hvor bestandsstørrelsen kan endre seg mye raskere. Lave tall fører til incest, som er en av årsakene til mutasjoner.
Kjennetegn
Trekkene som antas å være karakteristiske for K-seleksjon inkluderer stor kroppsstørrelse, lang levetid og produksjon av færre avkom, som ofte krever nøye foreldreomsorg til de er modne. Organismer hvis livshistorie er K-selektert blir ofte referert til som K-strateger eller K-selekterte. Organismer med K-selekterte egenskaper inkluderer store organismer som elefanter, mennesker og hvaler, samt mindre organismer med lengre levetid som polarterner, papegøyer og ørner. Økningen i befolkningen er en av kampene for tilværelsen.
Klassifisering av organismer
Selv om noen organismer primært identifiseres som r- eller K-strateger, følger de fleste organismer ikke dette mønsteret. For eksempel har trær egenskaper som f.ekslang levetid og høy konkurranseevne som karakteriserer dem som K-strateger. Men ved avl produserer trær vanligvis tusenvis av avkom og sprer dem vidt, noe som er typisk for r-strateger.
Tilsvarende har krypdyr som havskilpadder både r- og k-egenskaper: selv om havskilpadder er store organismer med lang levetid (forutsatt at de når voksen alder), produserer de et stort antall ubemerket avkom.
Andre uttrykk
R/K-dikotomien kan gjenuttrykkes som et kontinuerlig spektrum ved å bruke det økonomiske konseptet med diskontert fremtidig avkastning med r-valg som tilsvarer store diskonteringsrenter og K-valg som tilsvarer små diskonteringsrenter.
I områder med alvorlig miljøforstyrrelse eller sterilisering (f.eks. etter et større vulkanutbrudd, som Krakatoa eller Mount St. Helens), spiller r- og K-strateger ulike roller i den økologiske sekvensen som gjenoppretter økosystemet. På grunn av deres høyere reproduksjonsrater og økologiske opportunisme, pleier de primære kolonisatorene å være strateger og blir fulgt av en rekke økende konkurranse mellom plante- og dyreliv. Miljøets evne til å øke energiinnholdet gjennom fotosyntetisk fangst av solenergi øker med økende komplekst biologisk mangfold ettersom r-arter sprer seg til maksim alt mulig medbruke strategier K.
Ny likevekt
Etter hvert oppstår en ny likevekt (noen ganger k alt et kulminerende fellesskap) ettersom r-strateger gradvis erstattes av K-strateger som er mer konkurransedyktige og bedre tilpasset nye mikroøkologiske landskapsendringer. Tradisjonelt ble biologisk mangfold ansett for å være maksimert på dette stadiet med introduksjonen av nye arter, noe som resulterte i erstatning og lokal utryddelse av endemiske arter. Den mellomliggende forstyrrelseshypotesen sier imidlertid at mellomliggende nivåer av forstyrrelser i landskapet skaper flekker på forskjellige suksesjonsnivåer, noe som letter sameksistensen av kolonisatorer og konkurrenter på regional skala.
Selv om r/K-seleksjonsteori generelt brukes på artsnivå, er r/K-seleksjonsteori også nyttig for å studere utviklingen av økologiske forskjeller og livsforskjeller mellom underarter. For eksempel, den afrikanske honningbien A. m. scutellata og den italienske bien A. m. ligustica. I den andre enden av skalaen har den også blitt brukt til å studere den evolusjonære økologien til hele grupper av organismer som bakteriofager.
Forskningsmeninger
Noen forskere som Lee Ellis, J. Philip Rushton og Aurelio Jose Figueredo har brukt r/K-seleksjonsteori på ulike menneskelige atferder, inkludert kriminalitet, seksuell promiskuitet, fruktbarhet og andre egenskaper relatert til livshistorieteori. Rushtons arbeid førte til at han utviklet "differensial K-teorien" for å prøve å forklare de mange forskjellene i menneskelig atferd på tvers av geografiske områder. Og denne teorien har blitt kritisert av mange andre forskere. Sistnevnte antydet at utviklingen av menneskelige inflammatoriske responser er relatert til valget av r/K.
Selv om r/K-seleksjonsteorien begynte å bli mye brukt på 1970-tallet, har den også fått økende oppmerksomhet. Spesielt en anmeldelse av økolog Stephen S. Stearns trakk oppmerksomheten til hull i teorien og tvetydigheter i tolkningen av empiriske data for å teste den.
Ytterligere undersøkelser
I 1981 viste Parrys gjennomgang av litteraturen om r/K-seleksjon fra 1981 at det ikke var noen enighet blant forskere som brukte teorien om å definere r- og K-seleksjon, noe som førte til at han stilte spørsmål ved antakelsen om en sammenheng mellom reproduktive kostnader. funksjon.
En studie av Templeton og Johnson i 1982 viste at i en populasjon av Drosophila mercatorum (en underart av fluen) som er utsatt for K-seleksjon, produserer den faktisk en høyere frekvens av egenskaper som typisk er assosiert med r-seleksjon. Flere andre studier som motsier spådommene til r/K-seleksjonsteori ble også publisert mellom 1977 og 1994.
Da Stearns gjennomgikk statusen til en teori i 1992, bemerket han at fra 1977 til 1982 hadde BIOSIS litteratursøk i gjennomsnitt 42 teorisiteringer per år, men fra 1984 til 1989 f alt gjennomsnittet til 16 per år. og fortsatte å avta. Han konkluderte med at r/K-teorien en gang var en nyttig heuristikk som ikke lenger tjener en hensikt i livshistorieteorien.
Senest panarkiteorien om adaptivevner og motstandskraft fremmet av S. S. Holling og Lance Gunderson har gjenopplivet interessen for teori og bruker den som en måte å integrere sosiale systemer, økonomi og økologi på.
Metapopulasjonsøkologi
Metapopulasjonsøkologi er en forenklet modell av landskapet inn i områder med ulike kvalitetsnivåer. Migranter som flytter mellom nettsteder er strukturert i metapopulasjoner som kilder eller synker. I metapopulasjonsterminologi er det emigranter (individer som forlater nettstedet) og innvandrere (individer som flytter inn på nettstedet).
Metapopulasjonsmodeller undersøker nettstedets dynamikk over tid for å svare på spørsmål om romlig og demografisk økologi. Et viktig konsept innen metapopulasjonsøkologi er redningseffekten, der små flekker av lavere kvalitet (dvs. synker) opprettholdes av en sesongmessig tilstrømning av nye innvandrere.
Strukturen til metapopulasjonen utvikler seg fra år til år, der noen steder er synker, for eksempel tørre år, og blir kilder når forholdene er gunstigere. Økologer bruker en blanding av datamodeller og feltstudier for å forklare metapopulasjonsstrukturen. Aldersstrukturen til en befolkning er tilstedeværelsen av representanter for visse aldre i en befolkning.
Autoøkologi
Det eldre begrepet autoøkologi (fra gresk: αὐτο, auto, "selv"; οίκος, oikos, "husholdning" og λόγος, logoer, "kunnskap"), refererer tilomtrent i samme fagfelt som befolkningens økologi. Det stammer fra inndelingen av økologi i autekologi – studiet av individuelle arter i forhold til miljøet – og synekologi – studiet av organismegrupper i forhold til miljøet – eller fellesskapsøkologi. Odum (en amerikansk biolog) mente at synekologi burde deles inn i populasjonsøkologi, samfunnsøkologi og økosystemøkologi, og definerer autoøkologi som "artsøkologi".
Imidlertid har biologer i noen tid erkjent at det største organiseringsnivået for en art er populasjonen, fordi på dette nivået er artsgenmassen mest konsistent. Faktisk betraktet Odum "autoøkologi" som en "aktuell trend" innen økologi (dvs. et arkaisk begrep), selv om han inkluderte "artsøkologi" som en av de fire divisjonene av økologi.
Den første publikasjonen av Population Ecology (opprinnelig k alt Population Ecology Research) ble utgitt i 1952.
Forskningsartikler om populasjonsøkologi finnes også i dyreøkologiske tidsskrifter.
Befolkningsdynamikk
Befolkningsdynamikk er en gren av livsvitenskapen som studerer størrelsen og alderssammensetningen til populasjoner som dynamiske systemer, og de biologiske og miljømessige prosessene som driver dem (for eksempel fødsels- og dødsrater, og immigrasjon og emigrasjon). Eksempler på scenarier er aldring av befolkningen, vekst eller sammentrekning.
Eksponentiell vekst beskriver uregulert reproduksjon. Dette er veldig uvanlig å se i naturen. Befolkningsveksten har vært eksponentiell de siste 100 årene.
Thomas M althus mente at befolkningsvekst ville føre til overbefolkning og sult på grunn av mangel på ressurser, inkludert mat. I fremtiden vil ikke folk være i stand til å brødfø store befolkninger. Den biologiske antagelsen om eksponentiell vekst er at veksthastigheten per innbygger er konstant. Vekst er ikke begrenset til ressursknapphet eller predasjon.
Befolkningsdynamikk har blitt mye brukt i flere anvendelser av kontrollteori. Ved å bruke evolusjonær spillteori blir populasjonsspill mye brukt i ulike industrielle og hverdagslige kontekster. Brukes hovedsakelig i MIMO-systemer (multiple input, multiple output), selv om de kan tilpasses for bruk i SISO-systemer (single input, single output). Noen brukseksempler er militære kampanjer, distribusjon av ressurser for vanndistribusjon, utsendelse av distribuerte generatorer, laboratorieeksperimenter, transportproblemer, kommunikasjonsproblemer. I tillegg, med adekvat kontekstualisering av produksjonsproblemer, kan populasjonsdynamikk være en effektiv og lett å bruke løsning for å kontrollere problemer. Tallrike vitenskapelige studier har vært og pågår.
Overbefolkning
Overbefolkning oppstår når bestanden av en art overstiger bæreevnen til en økologisk nisje. Dette kan være resultateten økning i fødselsraten (fertilitetsraten), en nedgang i dødsraten, en økning i immigrasjon eller en uholdbar biom, og en utarming av ressurser. Dessuten betyr dette at hvis det er for mange mennesker i ett habitat, begrenser folk ressursene som er tilgjengelige for å overleve. Aldersstrukturen i befolkningen spiller ingen spesiell rolle.
I naturen fører overbefolkning ofte til at rovdyrbestandene øker. Dette har effekten av å kontrollere byttedyrpopulasjonen og sikre at den utvikler seg til fordel for genetiske egenskaper som gjør den mindre sårbar for rovdyr (og rovdyret kan utvikle seg samtidig).
I fravær av rovdyr er arter bundet av ressursene de kan finne i miljøet, men dette kontrollerer ikke nødvendigvis overbefolkningen. I hvert fall på kort sikt. En rikelig tilgang på ressurser kan føre til en befolkningsboom etterfulgt av en befolkningskrise. Gnagere som lemen og voles har disse syklusene med rask befolkningsvekst og påfølgende tilbakegang. Bestanden av trugeharer endrer seg også dramatisk syklisk, det samme gjør et av rovdyrene som jakter på dem, gaupa. Å spore denne trenden er mye enklere enn å identifisere genomet til en populasjon.
