Екология на населението. Естествен подбор. Борба за съществуване

Екология на популациите - това подразделение Екология, която се занимава с динамиката на популациите на видовете и взаимодействието на тези популации с околната среда. Това е изследване на това как се променя числеността на популациите на видовете във времето и пространството време и пространство. Терминът често се използва като взаимозаменяем с популационна биология или популационна динамика. Той често описва и видовете борба за съществуване. Вследствие на естествения подбор броят на индивидите, максимално адаптирани към.

В биологията популация е степента, в която даден вид или определен брой индивиди от даден вид живеят в една област; популация често се използва като взаимозаменяема с популация от други видове или определен брой индивиди, живеещи в една област.

История

Как започна всичко? Развитието на екологията на населението има много общо с демографията и текущите таблици на живота. Този раздел е много важен в днешния екологичен контекст.

Екологията на популациите е важна за биологията на опазването, особено за разработването на анализ на жизнеспособността на популациите (PVA), който предвижда дългосрочната вероятност за опазване на даден вид в дадено местообитание. Въпреки че тази екология е подвид на биологията, тя поставя интересни проблеми пред математиците и статистиците, които работят в областта на динамиката на популациите. В биологията популацията е едно от основните понятия.

Модели

Както всички науки, екологията използва модели. Опростените модели на демографските промени обикновено започват с четири основни променливи (четири демографски процеса), включително смъртност, раждания, имиграция и емиграция. Математическите модели, използвани за изчисляване на промените в населението и неговата еволюция, предполагат отсъствие на външни влияния. Моделите могат да бъдат по-сложни от математическа гледна точка, когато "... Няколко конкуриращи се хипотези се сблъскват с данните по едно и също време".

Всеки модел на развитие на населението може да се използва за математическо извеждане на определени свойства на геометричните популации. Популация с геометрично нарастващ размер е популация, в която поколенията на размножаване не се припокриват. Във всяко поколение има ефективен размер (и площ) на популацията, означен като Ne, който е броят на индивидите в популацията, които могат и ще се възпроизвеждат във всяко репродуктивно поколение. Какво буди загриженост.

Теория на избора r/K

Важна концепция в екологията на популациите е теорията на селекцията r/K. Първата променлива е r (вътрешен темп на естествен прираст на населението, който не зависи от гъстотата), а втората променлива е K (капацитет на населението, който зависи от гъстотата). Вътрешновидовите взаимоотношения играят роля за това.

R-селектиран вид (напр. много видове насекоми, като например акари) е вид, който се характеризира с висока плодовитост, ниски родителски инвестиции в малките и висока смъртност, преди индивидите да достигнат зрялост. Еволюцията насърчава продуктивността при r-селектирани видове. За разлика от тях видовете, избрани по К (като хората), имат нисък процент на плодовитост, висок процент на родителски инвестиции в млада възраст и нисък процент на смъртност при съзряване на индивидите.

Еволюцията при видовете, подбрани по метода К, насърчава ефективността при превръщането на повече ресурси в по-малко потомство. В резултат на непродуктивни междувидови взаимоотношения тези потомци могат да изчезнат, превръщайки се в последните членове на своята популация.

История на теорията

Терминологията r/K-селекция е въведена от еколозите Робърт Макартър и Е. О. Уилсън през 1967 г. въз основа на работата им по биогеография на островите. Тази теория ни позволява да определим причините за колебанията на населението.

Теорията е популярна през 70-те и 80-те години на ХХ век, когато се използва като евристична, но губи значението си в началото на 90-те години, когато е критикувана от няколко емпирични проучвания. Парадигмата история на живота замени парадигмата за подбор r/K, но продължава да включва много от нейните важни теми. Стремежът към размножаване е основната движеща сила на еволюцията, затова тази теория е изключително полезна за изучаване на.

Така r-селектираните видове са тези, които наблягат на високите темпове на растеж, използват по-слабо пренаселени екологични ниши и произвеждат много потомство, всяко от които има сравнително ниска вероятност да оцелее до зряла възраст (т.е. високо r, ниско K). Типичен вид r е глухарчето (род Taraxacum).

В нестабилна или непредсказуема среда преобладава r-селекцията поради способността за бързо размножаване. Адаптациите не са от полза за успешното конкуриране с други организми, тъй като средата вероятно ще се промени отново. Сред характеристиките, които, смята се, че е, Характерни за r-селектираните видове са: висока плодовитост, малък размер на тялото, ранно настъпване на зрелостта, кратко време за генериране и способност за широко разпръскване на потомството.

Организмите, чиито жизнени истории са обект на r-селекция, често се наричат r-стратези. Организмите, които проявяват r-селектирани признаци, могат да варират от бактерии и диатомични водорасли до насекоми и треви, както и различни седемкраки главоноги и дребни бозайници, особено гризачи. Теорията за диференциалното К има косвена връзка с естествения подбор на животните.

Избор на видове

Видовете, подбрани по метода К, притежават черти, свързани с живот в гъстота, близка до капацитета за пренос, и са склонни да бъдат силни конкуренти в такива пренаселени ниши, които инвестират повече в по-малко потомство. Всеки от тях има сравнително висока вероятност да оцелее до зряла възраст (t.е. нисък d, висок K). В научната литература r-селектираните видове понякога се наричат "опортюнистични", докато K-селектираните видове се описват като "равновесни".

В стабилни или предвидими условия преобладава К-селекцията, тъй като способността за успешна конкуренция за ограничени ресурси е от решаващо значение, а популациите на К-селектираните организми обикновено са много постоянни по отношение на числеността и са близки до максимума, който средата може да понесе. За разлика от r-селекцията, при която размерът на популацията може да се променя много по-бързо. Ниският брой води до кръвосмешение, което е един от причини за възникване мутации.

Мутациите са характерни за

Признаците, които се смятат за характерни за К-селекцията, включват голям размер на тялото, дълъг живот продължителност на живота И производството на по-малко потомство, което често изисква внимателни родителски грижи, докато порасне. Организмите, чиито жизнени истории са обект на K-селекция, често се наричат K-стратези или K-селектирани. Организмите, подбрани по метода К, включват големи организми като слонове, хора и китове, както и по-малки, дълго живеещи организми като арктически рибарки, папагали и орли. Увеличаването на населението е вид борба за съществуване.

Класификация на организмите

Въпреки че някои организми се определят предимно като r- или K-стратези, повечето организми не следват този модел. Дърветата например притежават качества като дълголетие и висока конкурентоспособност, които ги характеризират като К-стратези. Въпреки това, когато се размножават, дърветата обикновено произвеждат хиляди потомци и ги разпръскват на широко, което е характерно за r-стратезите.

По подобен начин влечугите, като морските костенурки, притежават както r-, така и K-характеристики: въпреки че морските костенурки са големи организми с дълга продължителност на живота (ако приемем, че достигнат зрялост), те произвеждат голям брой ненаблюдавани потомци.

Други изрази

Дихотомията r/K може да се изрази отново като непрекъснат спектър, като се използва икономическата концепция за дисконтирани бъдещи печалби, като извадката r съответства на големи дисконтови проценти, а извадката K - на малки дисконтови проценти.

В райони с тежки екологични нарушения или стерилизация (например след голямо вулканично изригване като Кракатау или планината Сейнт Хелънс) r- и K-стратегиите играят различни роли в екологичната последователност, която възстановява екосистемата. Поради по-високия си процент на възпроизводство и екологичен опортюнизъм, първичните колонизатори обикновено са стратези и са последвани от поредица от нарастваща конкуренция между растителния и животинския свят. Възможности среди увеличаване на енергийното съдържание чрез фотосинтетично улавяне на слънчевата енергия се увеличава с увеличаване на комплексното биоразнообразие, тъй като r-видовете се размножават, достигайки възможния максимум при K.

Ново равновесие

В крайна сметка се установява ново равновесие (понякога наричано "кулминационна общност"), при което r-стратезите постепенно се заменят с K-стратези, които са по-конкурентоспособни и по-добре адаптирани към възникващите микроекологични промени в ландшафта. Традиционно се смята, че на този етап биологичното разнообразие се увеличава максимално с въвеждането на нови видове, което води до заместване и локално изчезване на ендемични видове. Хипотезата за междинните смущения обаче твърди, че междинните нива на смущения в ландшафта създават участъци с различни нива на последователност, което допринася за съвместното съществуване на колонизатори и конкуренти в регионален мащаб.

Въпреки че теорията за селекцията r/K обикновено се прилага на ниво вид, тя е полезна и за изучаване на еволюцията на екологичните и жизнените различия между подвидовете. Например африканската медоносна пчела A. ligustica има изключителна способност за миграция. m. scutellata и италианската пчела A. m. ligustica. В другия край на скалата той се използва и за изучаване на еволюционната екология на цели групи организми, като бактериофаги.

Мнения на изследователите

Някои изследователи, като Лий Елис, Дж. Филип Раштън и Аурелио Жозе Фигередо прилагат теорията за селекцията r/K към различни човешки поведения, включително престъпност, сексуална разкрепостеност, плодовитост и други характеристики, свързани с теорията за историята на живота. Работата на Раштън го кара да разработи "диференциална теория на К", за да се опита да обясни многото разлики в поведението на хората в различни географски райони. И тази теория беше критикувана от много други изследователи. Последният предполага, че еволюцията на човешките възпалителни реакции е свързана със селекция r/K.

Въпреки че теорията за селекцията r/K започна да се използва широко през 70-те години на ХХ век, тя също така започна да получава все по-голямо внимание. По-специално, прегледът на еколога Стивън С. Стърнс, обърна внимание на пропуските в теорията и на неяснотите при тълкуването на емпиричните данни, за да я провери.

Допълнителни изследвания

През 1981 г. прегледът на литературата за r/K селекцията, направен от Parry, показва, че няма съгласие между изследователите, използващи теорията за r- и K-селекцията, което го кара да постави под въпрос предположението за връзка между репродуктивната.

Проучване на Темпълтън и Джонсън от 1982 г. показва, че в популация на Drosophila mercatorum (подвид муха), селекцията K всъщност дава по-висока честота на признаците, които обикновено се свързват със селекцията r. Между 1977 г. и 1994 г. са публикувани и няколко други изследвания, които противоречат на прогнозите на теорията за селекцията r/K.

Когато през 1992 г. Стърнс прави преглед на състоянието на теорията, той отбелязва, че от 1977 г. до 1982 г. услугата за търсене на литература BIOSIS е имала средно 42 препратки към теорията годишно, но от 1984 г. до 1989 Средният брой спада до 16 на година и продължава да намалява. Той стига до заключението, че теорията r/K някога е била полезна евристика, която вече не служи за целите на теорията за историята на живота.

Напоследък теориите за панархията на адаптивния капацитет и устойчивостта, насърчавани от C. С. Холинг и Ланс Гандерсън, възродиха интереса към теорията и я използват като начин за интегриране на социалните системи, икономиката и екологията.

Екология на метапопулацията

Метапопулационната екология е опростен модел на ландшафта на зони с различни нива на качество. Мигрантите, които се движат между местата, са структурирани в метапопулацията като източници или поглътители. В терминологията на метапопулацията има емигранти (индивиди, които напускат мястото) и имигранти (индивиди, които се преместват в мястото).

Метапопулационните модели изследват динамиката на обектите във времето, да отговорите на въпроси, свързани с пространствената и демографската екология. Важно понятие в екологията на метапопулациите е ефектът на спасяването, в която малки райони с по-ниско качество (т.е. поглътители) се поддържат от сезонния приток на нови имигранти.

Структурата на метапопулацията се променя от година на година, като някои райони са поглътители, например в сухи години, и се превръщат в източници, когато условията са по-благоприятни. Еколозите използват комбинация от компютърни модели и полеви изследвания, за да обяснят структурата на метапопулациите. Възрастовата структура на населението е наличието на лица на определена възраст в населението.

Автоекология

По-старият термин "автоекология" (от гръцки: αὐτο, auto, "себе си"; οίκος, oikos, "домакинство" и λόγος, logos, "знание") се отнася до приблизително същата област на изследване като екологията на населението. Той произлиза от разделението на екологията на аутекология - изследване на отделните видове чрез по отношение на околната среда - и синекология - изучаване на групите организми във връзка с тяхната среда - или екология на съобществата. Одум (американски биолог) смята, че синекологията трябва да бъде разделена на екология на популациите, екология на съобществата и екология на екосистемите, като определя автоекологията като "екология на видовете".

От известно време обаче биолозите признават, че по-значимото ниво на организация на даден вид е популацията, тъй като на това ниво генофондът на вида е най-последователен. Всъщност Одум смята "автоекологията" за "актуална тенденция" в екологията (t. е. архаичен термин), въпреки че включва "екология на видовете" като един от четирите дяла на екологията.

Първата публикация на списанието "Екология на населението" (с първоначално заглавие "Studies in Population Ecology") е публикувана през 1952 г.

Научни статии по екология на популациите могат да бъдат намерени и в списанията по екология на животните.

Динамика на населението

Динамиката на популациите е дял от науките за живота, който изучава размера и възрастовия състав на популациите като динамични системи, както и биологичните и екологичните процеси, които ги обуславят (напр. раждаемост и смъртност, имиграция и емиграция). Примери за сценарии са застаряване, растеж или спад на населението.

Експоненциалният растеж описва нерегулираното възпроизводство. Това е много необичайно да се види в природата. През последните 100 години нарастването на населението е експоненциално.

Томас Малтус смята, че нарастването на населението ще доведе до пренаселеност и глад поради липса на ресурси, включително храна. В бъдеще хората няма да могат да изхранват големи групи от населението. Биологичното предположение за експоненциалния растеж е, че темп на растеж в на глава от населението е постоянна. Растежът не е ограничен от недостиг на ресурси или хищничество.

Динамика популации се използва широко в редица приложения на теорията на управлението. Използвайки еволюционната теория на игрите, популационните игри се прилагат широко в различни индустриални и ежедневни контексти. Използва се главно в системи с множество входове и множество изходи (MIMO), въпреки че може да се адаптира за използване в системи с един вход и един изход (SISO). Някои примери за приложения са военни кампании, разпределение на ресурси за разпределение на вода, диспечиране на разпределени генератори, лабораторни експерименти, транспортни проблеми, комуникационни проблеми. Освен това, когато е правилно контекстуализирана, популационната динамика може да бъде ефективен и лесен за използване решаване на проблеми, свързани с контрола. Проведени са и продължават да се провеждат многобройни научни изследвания.

Пренаселеност

Свръхпопулация възниква, когато популацията на даден вид надхвърли капацитета на дадена екологична ниша. Това може да е резултат от повишена раждаемост (коефициент на плодовитост), намалена смъртност, засилена имиграция или неустойчиви биоми и изчерпани ресурси. Освен това това означава, че ако в Свръхпопулация се получава, когато популацията на даден вид надхвърли капацитета на екологичната ниша твърде много хора, хората ограничават наличните ресурси за оцеляване. Възрастовата структура на населението не играе важна роля.

В в дивата природа Свръхпопулацията често води до увеличаване на популацията на хищниците. Това води до контролиране на популацията на жертвата и осигурява еволюцията ѝ в полза на генетични характеристики, които я правят по-малко уязвима за хищниците (а хищникът може да еволюира едновременно).

При липса на хищници видовете са ограничени от ресурсите, които могат да намерят в своята среда, но това не е задължително да контролира свръхпопулацията. Поне в краткосрочен план. Изобилието на ресурси може да доведе до демографски бум, последван от демографска криза. При гризачите, като лемингите и полевките, се наблюдават цикли на бързо нарастване на популацията, последвани от спад. Популациите на зайците снегорини също рязко намаляват, както и един от хищниците, които ги ловят - рисът. Проследяването на тази тенденция е много по-лесно, отколкото определянето на генома на дадена популация.