Befolkningsøkologi er underafdelingen af økologi, der beskæftiger sig med dynamikken i populationer af arter, og hvordan disse populationer interagerer med miljøet. Det er studiet af, hvordan bestandsstørrelser af arter ændrer sig over tid og rum. Udtrykket bruges ofte i flæng med populationsbiologi eller populationsdynamik. Han beskriver også ofte typerne af kamp for tilværelsen. På grund af naturlig selektion stiger antallet af individer, der er maksim alt tilpasset.
I biologi er en population graden af udbredelse af en bestemt art eller et vist antal af dens repræsentanter, der lever i et område.
Historie
Hvordan startede det hele? Udviklingen af befolkningsøkologi er i høj grad relateret til demografi og aktuelle livstabeller. Dette afsnit er meget vigtigt i de nuværende miljøforhold.
Befolkningsøkologi er vigtig i bevaringsbiologi, især nårudvikling af en populationslevedygtighedsanalyse (PVA), der forudsiger den langsigtede sandsynlighed for, at en art forbliver i et givet habitat. Selvom denne økologi er en underart af biologi, giver den interessante problemer for matematikere og statistikere, der arbejder inden for befolkningsdynamik. I biologi er befolkning et af de centrale udtryk.
Modeller
Som enhver videnskab bruger økologi modeller. Forenklede modeller for befolkningsændring starter norm alt med fire nøglevariabler (fire demografiske processer), herunder død, fødsel, immigration og emigration. Matematiske modeller, der bruges til at beregne ændringer i den demografiske situation og befolkningsudvikling, antager fravær af ekstern indflydelse. Modeller kan være mere matematisk komplekse, når "…flere konkurrerende hypoteser kolliderer med dataene på samme tid."
Enhver model for befolkningsudvikling kan bruges til matematisk at udlede visse egenskaber ved geometriske populationer. En bestand med geometrisk stigende størrelse er en bestand, hvor ynglende generationer ikke overlapper hinanden. I hver generation er der en effektiv populationsstørrelse (og territorium), betegnet som Ne, som er antallet af individer i populationen, der kan og vil yngle i enhver reproduktiv generation. Hvad giver anledning til bekymring.
Udvalgsteori r/K
Et vigtigt koncept inden for befolkningsøkologi er r/K-selektionsteorien. Den første variabel er r (indre hastighed for naturlig stigningbefolkningsstørrelse, den afhænger ikke af tæthed), og den anden variabel er K (befolkningsbæreevne, afhænger af tæthed). Intraspecifikke relationer spiller en vis rolle i dette.
R-udvalgte arter (f.eks. mange insektarter såsom bladlus) er en art, der har høj frugtbarhed, lav forældreinvestering i ungdyr og høj dødelighed, før individer når modenhed. Evolution fremmer produktiviteten i r-udvalgte arter. I modsætning hertil har K-udvalgte arter (såsom mennesker) lave fertilitetsrater, høje niveauer af forældreinvesteringer i en ung alder og lave dødelighedsrater, når individer modnes.
Evolution i K-udvalgte arter fremmer effektiviteten ved at omdanne flere ressourcer til færre afkom. Som et resultat af uproduktive forhold mellem arterne kan disse efterkommere blive udryddet og blive de sidste repræsentanter for deres befolkning.
Teoriens historie
R/K-udvælgelsesterminologien blev opfundet af økologerne Robert MacArthur og E. O. Wilson i 1967 baseret på deres arbejde med øens biogeografi. Denne teori gør det muligt at identificere årsagerne til befolkningsudsving.
Teorien var populær i 1970'erne og 1980'erne, da den blev brugt som et heuristisk apparat, men faldt i unåde i begyndelsen af 1990'erne, da den blev kritiseret af flere empiriske undersøgelser. Livshistorieparadigmet har erstattet r/K-udvælgelsesparadigmet, men inkluderer fortsat mange af dets vigtige temaer. Trangen til reproduktion er det vigtigsteevolutionens drivkraft, så denne teori er yderst nyttig til dens undersøgelse.
Således er r-udvalgte arter dem, der lægger vægt på høje vækstrater, har tendens til at udnytte mindre overfyldte økologiske nicher og producerer mange afkom, som hver især har en relativt lav sandsynlighed for at overleve til voksenalderen (dvs. høj r, lav K). En typisk art af r er mælkebøtten (slægten Taraxacum).
I ustabile eller uforudsigelige miljøer råder r-selektion på grund af evnen til at formere sig hurtigt. Der er ringe fordele ved tilpasninger, der gør det muligt for den med succes at konkurrere med andre organismer, fordi miljøet sandsynligvis vil ændre sig igen. Egenskaber, der menes at karakterisere r-selektion, omfatter: høj frugtbarhed, lille kropsstørrelse, tidlig modenhed, kort generationstid og evnen til at sprede afkom bredt.
Organismer, hvis livshistorie gennemgår r-selektion, omtales ofte som r-strateger. Organismer, der udviser r-udvalgte egenskaber, kan variere fra bakterier og kiselalger til insekter og græsser, såvel som forskellige syv-fligede blæksprutter og små pattedyr, især gnavere. Differenti alteorien K har en indirekte forbindelse med det naturlige udvalg af dyr.
Udvalg af arter
K-udvalgte arter udviser træk forbundet med at leve tæt på bæreevnetætheder og har tendens til at være stærke konkurrenter i overfyldte nicher, der investerer mere i mindreantallet af afkom. Hver af dem har en relativt høj sandsynlighed for at overleve til voksenalderen (dvs. lav r, høj k). I den videnskabelige litteratur omtales r-udvalgte arter nogle gange som "opportunistiske", mens K-udvalgte arter beskrives som "ligevægt".
Under stabile eller forudsigelige forhold er K-selektion fremherskende, da evnen til succesfuldt at konkurrere om begrænsede ressourcer er kritisk, og populationer af K-selekterede organismer er norm alt meget konstante i antal og tæt på det maksimum, som miljøet kan support. I modsætning til r-selected, hvor bestandsstørrelsen kan ændre sig meget hurtigere. Lave tal fører til incest, hvilket er en af årsagerne til mutationer.
Kenskaber
Tegenskaber, der menes at være karakteristiske for K-selektion, omfatter stor kropsstørrelse, lang levetid og produktion af færre afkom, som ofte kræver omhyggelig forældrepleje, indtil de er modne. Organismer, hvis livshistorie er K-selekteret, omtales ofte som K-strateger eller K-selekterede. Organismer med K-udvalgte egenskaber omfatter store organismer som elefanter, mennesker og hvaler, samt mindre organismer med længere levetid som polarterner, papegøjer og ørne. Stigningen i befolkningen er en af kampene for tilværelsen.
Klassificering af organismer
Selv om nogle organismer primært identificeres som r- eller K-strateger, følger de fleste organismer ikke dette mønster. Træer har fx egenskaber som f.ekslang levetid og høj konkurrenceevne, der karakteriserer dem som K-strateger. Men når de yngler, producerer træer norm alt tusindvis af afkom og spreder dem bredt, hvilket er typisk for r-strateger.
På samme måde har krybdyr som havskildpadder både r- og k-karakteristika: Selvom havskildpadder er store organismer med lang levetid (forudsat at de bliver voksen), producerer de et stort antal ubemærkede afkom.
Andre udtryk
R/K-dikotomien kan genudtrykkes som et kontinuerligt spektrum ved hjælp af det økonomiske koncept med diskonterede fremtidige afkast med r-valg svarende til store diskonteringsrenter og K-valg svarende til små diskonteringsrenter.
I områder med alvorlig miljøforstyrrelse eller sterilisering (f.eks. efter et større vulkanudbrud, såsom Krakatoa eller Mount St. Helens), spiller r- og K-strateger forskellige roller i den økologiske sekvens, der genopretter økosystemet. På grund af deres højere reproduktionsrater og økologiske opportunisme har de primære kolonisatorer tendens til at være strateger og efterfølges af en række voksende konkurrence mellem plante- og dyreliv. Miljøets evne til at øge energiindholdet gennem fotosyntetisk fangst af solenergi stiger med stigende kompleks biodiversitet, efterhånden som r-arter formerer sig til det maksim alt mulige medved hjælp af strategier K.
Ny ligevægt
Til sidst opstår en ny ligevægt (nogle gange kaldet et kulminerende fællesskab), da r-strateger gradvist erstattes af K-strateger, som er mere konkurrencedygtige og bedre tilpasset til nye mikroøkologiske landskabsændringer. Traditionelt blev biodiversiteten anset for at være maksimeret på dette stadium med introduktionen af nye arter, hvilket resulterede i udskiftning og lokal udryddelse af endemiske arter. Hypotesen for mellemforstyrrelser siger imidlertid, at mellemliggende niveauer af forstyrrelse i landskabet skaber pletter på forskellige successionsniveauer, hvilket letter sameksistensen af kolonisatorer og konkurrenter på regional skala.
Selv om den generelt anvendes på artsniveau, er r/K-selektionsteori også nyttig til at studere udviklingen af økologiske forskelle og livsforskelle mellem underarter. For eksempel kan den afrikanske honningbi A. m. scutellata og den italienske bi A. m. ligustica. I den anden ende af skalaen er den også blevet brugt til at studere den evolutionære økologi af hele grupper af organismer såsom bakteriofager.
Forskningsudtalelser
Nogle forskere såsom Lee Ellis, J. Philip Rushton og Aurelio Jose Figueredo har anvendt r/K-selektionsteori på forskellige menneskelige adfærd, herunder kriminalitet, seksuel promiskuitet, fertilitet og andre træk relateret til livshistorieteori. Rushtons arbejde førte ham til at udvikle "differentiel K-teorien" for at forsøge at forklare de mange forskelle i menneskelig adfærd på tværs af geografiske områder. Og denne teori er blevet kritiseret af mange andre forskere. Sidstnævnte foreslog, at udviklingen af menneskelige inflammatoriske reaktioner er relateret til valget af r/K.
Selvom r/K-selektionsteorien begyndte at blive brugt i vid udstrækning i 1970'erne, har den også fået stigende opmærksomhed. Især henledte en anmeldelse af økolog Stephen S. Stearns opmærksomheden på huller i teorien og på uklarheder i fortolkningen af empiriske data for at teste den.
Yderligere forskning
I 1981 viste Parrys 1981 gennemgang af litteraturen om r/K-selektion, at der ikke var nogen enighed blandt forskere, der brugte teorien om at definere r- og K-selektion, hvilket førte ham til at stille spørgsmålstegn ved antagelsen om en sammenhæng mellem reproduktive omkostninger. funktion.
En undersøgelse af Templeton og Johnson i 1982 viste, at i en population af Drosophila mercatorum (en underart af fluen), der er udsat for K-selektion, producerer den faktisk en højere frekvens af træk, der typisk er forbundet med r-selektion. Adskillige andre undersøgelser, der modsiger forudsigelserne om r/K-selektionsteori, blev også publiceret mellem 1977 og 1994.
Da Stearns gennemgik status for en teori i 1992, bemærkede han, at BIOSIS litteratursøgningstjeneste fra 1977 til 1982 havde et gennemsnit på 42 teoricitationer om året, men fra 1984 til 1989 faldt gennemsnittet til 16 om året. og fortsatte med at falde. Han konkluderede, at r/K-teorien engang var en nyttig heuristik, der ikke længere tjener et formål i livshistorieteorien.
Senest panarkiteorien om adaptivevner og modstandskraft fremmet af S. S. Holling og Lance Gunderson har genoplivet interessen for teori og bruger den som en måde at integrere sociale systemer, økonomi og økologi på.
Metapopulationsøkologi
Metapopulationsøkologi er en forenklet model af landskabet i områder med forskellige kvalitetsniveauer. Migranter, der flytter mellem steder, er struktureret i metapopulationer som kilder eller dræn. I metapopulationsterminologi er der emigranter (individer, der forlader stedet) og immigranter (individer, der flytter ind på stedet).
Metapopulationsmodeller undersøger webstedets dynamik over tid for at besvare spørgsmål om rumlig og demografisk økologi. Et vigtigt koncept i metapopulationsøkologi er redningseffekten, hvor små pletter af lavere kvalitet (dvs. dræn) vedligeholdes af en sæsonbestemt tilstrømning af nye immigranter.
Strukturen af metapopulationen udvikler sig fra år til år, hvor nogle steder er dræn, såsom tørre år, og bliver kilder, når forholdene er mere gunstige. Økologer bruger en blanding af computermodeller og feltstudier til at forklare metapopulationsstrukturen. Aldersstrukturen for en befolkning er tilstedeværelsen af repræsentanter for bestemte aldre i en befolkning.
Autoøkologi
Det ældre udtryk autoøkologi (fra græsk: αὐτο, auto, "selv"; οίκος, oikos, "husholdning" og λόγος, logos, "viden"), refererer tilnogenlunde i samme fagområde som befolkningens økologi. Det udspringer af opdelingen af økologi i autekologi - studiet af individuelle arter i forhold til miljøet - og synekologi - studiet af grupper af organismer i forhold til miljøet - eller samfundsøkologi. Odum (en amerikansk biolog) mente, at synekologi skulle opdeles i befolkningsøkologi, samfundsøkologi og økosystemøkologi, og definerede autoøkologi som "artsøkologi".
Imidlertid har biologer i nogen tid erkendt, at det største organiseringsniveau for en art er populationen, fordi på dette niveau er artsgenpuljen mest konsekvent. Faktisk betragtede Odum "autoøkologi" som en "aktuel trend" inden for økologi (dvs. et arkaisk udtryk), selvom han inkluderede "artsøkologi" som en af økologiens fire divisioner.
Den første udgivelse af Population Ecology (oprindeligt kaldet Population Ecology Research) blev udgivet i 1952.
Forskningsartikler om befolkningsøkologi kan også findes i dyreøkologiske tidsskrifter.
Befolkningsdynamik
Befolkningsdynamik er en gren af biovidenskaben, der studerer størrelsen og alderssammensætningen af befolkninger som dynamiske systemer, og de biologiske og miljømæssige processer, der driver dem (f.eks. fødsels- og dødsrater samt immigration og emigration). Eksempler på scenarier er befolkningens aldring, vækst eller sammentrækning.
Eksponentiel vækst beskriver ureguleret reproduktion. Dette er meget usædvanligt at se i naturen. Befolkningsvæksten har været eksponentiel i løbet af de sidste 100 år.
Thomas M althus mente, at befolkningsvækst ville føre til overbefolkning og sult på grund af mangel på ressourcer, herunder mad. I fremtiden vil folk ikke være i stand til at brødføde store befolkninger. Den biologiske antagelse om eksponentiel vækst er, at vækstraten pr. indbygger er konstant. Vækst er ikke begrænset til ressourceknaphed eller prædation.
Befolkningsdynamik er blevet meget brugt i flere anvendelser af kontrolteori. Ved hjælp af evolutionær spilteori anvendes befolkningsspil i vid udstrækning til forskellige industrielle og dagligdags sammenhænge. Anvendes hovedsageligt i MIMO-systemer (multiple input, multiple output), selvom de kan tilpasses til brug i SISO-systemer (single input, single output). Nogle applikationseksempler er militære kampagner, distribution af ressourcer til vanddistribution, afsendelse af distribuerede generatorer, laboratorieeksperimenter, transportproblemer, kommunikationsproblemer. Derudover kan befolkningsdynamikken med tilstrækkelig kontekstualisering af produktionsproblemer være en effektiv og letanvendelig løsning til at kontrollere problemer. Adskillige videnskabelige undersøgelser har været og er i gang.
Overbefolkning
Overbefolkning opstår, når bestanden af en art overstiger bæreevnen for en økologisk niche. Dette kan være resultateten stigning i fødselsraten (fertilitetsraten), et fald i dødsraten, en stigning i immigration eller en uholdbar biom og en udtømning af ressourcer. Desuden betyder det, at hvis der er for mange mennesker i et habitat, begrænser folk de tilgængelige ressourcer til at overleve. Befolkningens aldersstruktur spiller ikke nogen særlig rolle.
I naturen får overbefolkning ofte rovdyrpopulationerne til at stige. Dette har den effekt at kontrollere byttedyrpopulationen og sikre, at den udvikler sig til fordel for genetiske egenskaber, der gør den mindre sårbar over for rovdyr (og rovdyret kan udvikle sig sammen).
I fravær af rovdyr er arter bundet af de ressourcer, de kan finde i deres miljø, men dette kontrollerer ikke nødvendigvis overbefolkningen. I hvert fald på kort sigt. Et rigeligt udbud af ressourcer kan føre til et befolkningsopsving efterfulgt af en befolkningskrise. Gnavere som lemminger og muslinger har disse cyklusser med hurtig befolkningstilvækst og efterfølgende tilbagegang. Bestanden af sneskoharer ændrer sig også dramatisk cyklisk, ligesom et af rovdyrene, der jager dem, losen. Det er meget nemmere at spore denne tendens end at identificere en populations genom.
