Ekologi populasi ialah subbahagian ekologi yang memperkatakan tentang dinamika populasi spesies dan cara populasi ini berinteraksi dengan alam sekitar. Ia adalah kajian tentang bagaimana saiz populasi spesies berubah mengikut masa dan ruang. Istilah ini sering digunakan secara bergantian dengan biologi populasi atau dinamik populasi. Dia juga sering menerangkan jenis perjuangan untuk kewujudan. Disebabkan oleh pemilihan semula jadi, bilangan individu yang disesuaikan secara maksimum meningkat.
Dalam biologi, populasi ialah tahap taburan spesies tertentu atau sebilangan tertentu wakilnya yang tinggal di satu kawasan.
Sejarah
Bagaimana semuanya bermula? Perkembangan ekologi penduduk sebahagian besarnya berkaitan dengan demografi dan jadual kehidupan semasa. Bahagian ini sangat penting dalam keadaan persekitaran semasa.
Ekologi populasi adalah penting dalam biologi pemuliharaan, terutamanya apabilamembangunkan analisis daya maju populasi (PVA) yang meramalkan kemungkinan jangka panjang spesies kekal dalam habitat tertentu. Walaupun ekologi ini adalah subspesies biologi, ia memberikan masalah menarik untuk ahli matematik dan statistik yang bekerja dalam bidang dinamik populasi. Dalam biologi, populasi ialah salah satu istilah utama.
Model
Seperti mana-mana sains, ekologi menggunakan model. Model ringkas perubahan populasi biasanya bermula dengan empat pembolehubah utama (empat proses demografi), termasuk kematian, kelahiran, imigresen dan emigrasi. Model matematik yang digunakan untuk mengira perubahan dalam situasi demografi dan evolusi populasi menganggap ketiadaan pengaruh luar. Model boleh menjadi lebih kompleks secara matematik apabila "…beberapa hipotesis bersaing bertembung dengan data pada masa yang sama."
Sebarang model pembangunan populasi boleh digunakan untuk mendapatkan secara matematik sifat tertentu populasi geometri. Populasi dengan saiz geometri yang meningkat ialah populasi yang generasi pembiakan tidak bertindih. Dalam setiap generasi, terdapat saiz populasi (dan wilayah) yang berkesan, yang dilambangkan sebagai Ne, iaitu bilangan individu dalam populasi yang boleh dan akan membiak dalam mana-mana generasi pembiakan. Perkara yang menyebabkan kebimbangan.
Teori pemilihan r/K
Konsep penting dalam ekologi populasi ialah teori pemilihan r/K. Pembolehubah pertama ialah r (kadar dalaman peningkatan semula jadisaiz populasi, ia tidak bergantung kepada kepadatan), dan pembolehubah kedua ialah K (kapasiti membawa populasi, bergantung kepada kepadatan). Hubungan intraspesifik memainkan peranan tertentu dalam hal ini.
Spesies terpilih R (cth. banyak spesies serangga seperti kutu daun) ialah spesies yang mempunyai kadar kesuburan yang tinggi, pelaburan ibu bapa yang rendah dalam juvana dan kadar kematian yang tinggi sebelum individu mencapai kematangan. Evolusi menggalakkan produktiviti dalam spesies terpilih r. Sebaliknya, spesies terpilih K (seperti manusia) mempunyai kadar kesuburan yang rendah, tahap pelaburan ibu bapa yang tinggi pada usia muda dan kadar kematian yang rendah apabila individu matang.
Evolusi dalam spesies terpilih K menggalakkan kecekapan dalam mengubah lebih banyak sumber kepada kurang anak. Akibat perhubungan antara spesies yang tidak produktif, keturunan ini mungkin pupus, menjadi wakil terakhir populasi mereka.
Sejarah teori
Terminologi pemilihan r/K telah dicipta oleh ahli ekologi Robert MacArthur dan E. O. Wilson pada tahun 1967 berdasarkan kerja mereka tentang biogeografi pulau. Teori ini memungkinkan untuk mengenal pasti punca turun naik populasi.
Teori ini popular pada tahun 1970-an dan 1980-an apabila ia digunakan sebagai peranti heuristik, tetapi tidak mendapat sambutan pada awal 1990-an apabila ia dikritik oleh beberapa kajian empirikal. Paradigma sejarah hidup telah menggantikan paradigma pemilihan r/K, tetapi terus memasukkan banyak tema pentingnya. Keinginan untuk pembiakan adalah yang utamapenggerak evolusi, jadi teori ini amat berguna untuk kajiannya.
Oleh itu, spesies terpilih r ialah spesies yang menekankan kadar pertumbuhan yang tinggi, cenderung mengeksploitasi relung ekologi yang kurang sesak, dan menghasilkan banyak anak, yang setiap satunya mempunyai kebarangkalian yang agak rendah untuk bertahan hingga dewasa (iaitu r tinggi, rendah K). Spesies tipikal r ialah dandelion (genus Taraxacum).
Dalam persekitaran yang tidak stabil atau tidak dapat diramalkan, pemilihan r berlaku kerana keupayaan untuk membiak dengan cepat. Terdapat sedikit kelebihan dalam penyesuaian yang membolehkan ia berjaya bersaing dengan organisma lain kerana persekitaran mungkin berubah lagi. Ciri-ciri yang dianggap mencirikan pemilihan-r termasuk: kesuburan yang tinggi, saiz badan yang kecil, permulaan kematangan awal, masa penjanaan yang singkat dan keupayaan untuk menyebarkan anak secara meluas.
Organisme yang sejarah hidupnya menjalani r-pemilihan sering dirujuk sebagai r-strategist. Organisma yang mempamerkan ciri-ciri terpilih r boleh terdiri daripada bakteria dan diatom kepada serangga dan rumput, serta pelbagai cephalopod tujuh lobus dan mamalia kecil, terutamanya tikus. Teori pembezaan K mempunyai kaitan tidak langsung dengan pemilihan semula jadi haiwan.
Pemilihan spesies
Spesies terpilih K mempamerkan ciri-ciri yang dikaitkan dengan hidup dalam hampir kepadatan kapasiti tampung dan cenderung menjadi pesaing kuat dalam ceruk sesak yang melabur lebih banyak dalam kurangbilangan zuriat. Setiap satunya mempunyai kebarangkalian yang agak tinggi untuk bertahan hingga dewasa (iaitu r rendah, k tinggi). Dalam kesusasteraan saintifik, spesies terpilih r kadangkala dirujuk sebagai "opportunistik", manakala spesies terpilih K diterangkan sebagai "keseimbangan".
Dalam keadaan yang stabil atau boleh diramal, pemilihan K berlaku, kerana keupayaan untuk berjaya bersaing untuk sumber terhad adalah kritikal, dan populasi organisma terpilih K biasanya sangat malar dalam bilangan dan hampir kepada maksimum yang boleh dicapai oleh persekitaran. sokongan. Berbeza dengan r-selected, di mana saiz populasi boleh berubah dengan lebih cepat. Nombor yang rendah membawa kepada sumbang mahram, yang merupakan salah satu punca mutasi.
Ciri
Sifat yang dianggap sebagai ciri pemilihan K termasuk saiz badan yang besar, jangka hayat yang panjang dan penghasilan anak yang lebih sedikit, yang selalunya memerlukan penjagaan ibu bapa yang teliti sehingga mereka matang. Organisma yang sejarah hidupnya adalah K-selected sering dirujuk sebagai K-strategist atau K-selected. Organisma yang mempunyai ciri-ciri terpilih K termasuk organisma besar seperti gajah, manusia dan ikan paus, serta organisma yang lebih kecil, hidup lebih lama seperti burung beo, burung kakak tua dan burung helang. Pertambahan penduduk adalah salah satu perjuangan untuk kewujudan.
Pengkelasan organisma
Walaupun sesetengah organisma dikenal pasti terutamanya sebagai ahli strategi r atau K, kebanyakan organisma tidak mengikut corak ini. Sebagai contoh, pokok mempunyai sifat sepertipanjang umur dan daya saing tinggi yang mencirikan mereka sebagai K-strategist. Walau bagaimanapun, apabila membiak, pokok biasanya menghasilkan beribu-ribu anak dan menyebarkannya secara meluas, yang merupakan tipikal ahli strategi r.
Begitu juga, reptilia seperti penyu laut mempunyai kedua-dua ciri r- dan k: walaupun penyu laut adalah organisma besar dengan jangka hayat yang panjang (dengan syarat mereka mencapai usia dewasa), mereka menghasilkan sejumlah besar anak yang tidak disedari.
Ungkapan lain
Dikotomi r/K boleh dinyatakan semula sebagai spektrum berterusan menggunakan konsep ekonomi bagi pulangan masa hadapan terdiskaun dengan r-choice sepadan dengan kadar diskaun yang besar dan K-choice sepadan dengan kadar diskaun yang kecil.
Di kawasan yang mengalami gangguan atau pensterilan alam sekitar yang teruk (cth selepas letusan gunung berapi besar, seperti Krakatoa atau Mount St. Helens), ahli strategi r- dan K memainkan peranan yang berbeza dalam jujukan ekologi yang memulihkan ekosistem. Oleh kerana kadar pembiakan yang lebih tinggi dan oportunisme ekologi, penjajah utama cenderung menjadi ahli strategi dan diikuti oleh rentetan persaingan yang semakin meningkat antara tumbuhan dan haiwan. Keupayaan alam sekitar untuk meningkatkan kandungan tenaga melalui tangkapan fotosintesis tenaga suria meningkat dengan peningkatan biodiversiti kompleks kerana r-spesies membiak secara maksimum yang mungkin denganmenggunakan strategi K.
Keseimbangan baharu
Akhirnya keseimbangan baharu (kadangkala dipanggil komuniti kemuncak) berlaku apabila ahli strategi r secara beransur-ansur digantikan oleh ahli strategi K yang lebih berdaya saing dan lebih menyesuaikan diri dengan perubahan landskap mikroekologi yang baru muncul. Secara tradisinya, biodiversiti dianggap dimaksimumkan pada peringkat ini dengan pengenalan spesies baru, mengakibatkan penggantian dan kepupusan tempatan spesies endemik. Walau bagaimanapun, hipotesis gangguan perantaraan menyatakan bahawa tahap gangguan pertengahan dalam landskap mewujudkan tompok pada tahap penggantian yang berbeza, memudahkan kewujudan bersama penjajah dan pesaing pada skala serantau.
Walaupun secara amnya digunakan pada peringkat spesies, teori pemilihan r/K juga berguna untuk mengkaji evolusi perbezaan ekologi dan hidupan antara subspesies. Sebagai contoh, lebah madu Afrika A. m. scutellata dan lebah Itali A. m. ligustica. Pada hujung skala yang lain, ia juga telah digunakan untuk mengkaji ekologi evolusi seluruh kumpulan organisma seperti bakteriofaj.
Pendapat penyelidikan
Sesetengah penyelidik seperti Lee Ellis, J. Philip Rushton dan Aurelio Jose Figueredo telah menggunakan teori pemilihan r/K pada pelbagai tingkah laku manusia, termasuk kenakalan, pergaulan bebas, kesuburan dan sifat lain yang berkaitan dengan teori sejarah kehidupan. Kerja Rushton membawanya mengembangkan "teori K pembezaan" untuk cuba menjelaskan banyak perbezaan dalam tingkah laku manusia di seluruh kawasan geografi. Dan teori ini telah dikritik oleh ramai penyelidik lain. Yang terakhir mencadangkan bahawa evolusi tindak balas keradangan manusia berkaitan dengan pilihan r/K.
Walaupun teori pemilihan r/K mula digunakan secara meluas pada 1970-an, ia juga telah mendapat perhatian yang semakin meningkat. Khususnya, semakan oleh pakar ekologi Stephen S. Stearns menarik perhatian kepada jurang dalam teori dan kepada kekaburan dalam tafsiran data empirikal untuk mengujinya.
Penyelidikan lanjut
Pada tahun 1981, ulasan Parry pada tahun 1981 mengenai kesusasteraan pemilihan r/K menunjukkan bahawa tidak ada persetujuan di kalangan penyelidik menggunakan teori mentakrifkan r- dan K-selection, menyebabkan beliau mempersoalkan andaian hubungan antara reproduktif. kos. fungsi.
Kajian oleh Templeton dan Johnson pada tahun 1982 menunjukkan bahawa dalam populasi Drosophila mercatorum (subspesies lalat) yang tertakluk kepada pemilihan-K, ia sebenarnya menghasilkan frekuensi ciri yang lebih tinggi yang biasanya dikaitkan dengan pemilihan-r. Beberapa kajian lain yang bercanggah dengan ramalan teori pemilihan r/K juga diterbitkan antara 1977 dan 1994.
Apabila Stearns menyemak status teori pada tahun 1992, beliau menyatakan bahawa dari 1977 hingga 1982, perkhidmatan carian kesusasteraan BIOSIS purata 42 petikan teori setiap tahun, tetapi dari 1984 hingga 1989 puratanya jatuh kepada 16 setiap tahun. dan terus menurun. Beliau menyimpulkan bahawa teori r/K pernah menjadi heuristik yang berguna yang tidak lagi mempunyai tujuan dalam teori sejarah hidup.
Baru-baru ini teori panarchy adaptifkebolehan dan daya tahan yang dipromosikan oleh S. S. Holling dan Lance Gunderson telah menghidupkan semula minat dalam teori dan menggunakannya sebagai cara untuk mengintegrasikan sistem sosial, ekonomi dan ekologi.
Ekologi metapopulasi
Ekologi metapopulasi ialah model landskap yang dipermudahkan kepada kawasan yang mempunyai tahap kualiti yang berbeza. Migran yang berpindah antara tapak disusun dalam metapopulasi sebagai sumber atau tenggelam. Dalam terminologi metapopulasi, terdapat pendatang (individu yang meninggalkan tapak) dan pendatang (individu yang berpindah ke tapak).
Model metapopulasi mengkaji dinamik tapak dari semasa ke semasa untuk menjawab soalan tentang ekologi spatial dan demografi. Konsep penting dalam ekologi metapopulasi ialah kesan menyelamat, di mana tompok kecil yang berkualiti rendah (iaitu singki) dikekalkan oleh kemasukan pendatang baru bermusim.
Struktur metapopulasi berkembang dari tahun ke tahun, di mana beberapa tapak tenggelam, seperti tahun kering, dan menjadi mata air apabila keadaan lebih baik. Ahli ekologi menggunakan campuran model komputer dan kajian lapangan untuk menerangkan struktur metapopulasi. Struktur umur populasi ialah kehadiran wakil umur tertentu dalam populasi.
Autoekologi
Istilah lama autoekologi (dari bahasa Yunani: αὐτο, auto, "diri"; οίκος, oikos, "isi rumah" dan λόγος, logos, "pengetahuan"), merujukkira-kira dalam bidang pengajian yang sama dengan ekologi populasi. Ia berpunca daripada pembahagian ekologi kepada autekologi - kajian spesies individu berhubung dengan alam sekitar - dan sinekologi - kajian kumpulan organisma berhubung dengan alam sekitar - atau ekologi komuniti. Odum (ahli biologi Amerika) percaya bahawa sinekologi harus dibahagikan kepada ekologi populasi, ekologi komuniti dan ekologi ekosistem, mentakrifkan autoekologi sebagai "ekologi spesies".
Walau bagaimanapun, untuk beberapa lama ahli biologi telah menyedari bahawa tahap organisasi spesies yang lebih besar ialah populasi, kerana pada tahap ini kumpulan gen spesies adalah paling konsisten. Malah, Odum menganggap "autoekologi" sebagai "trend semasa" dalam ekologi (iaitu istilah kuno), walaupun dia memasukkan "ekologi spesies" sebagai salah satu daripada empat bahagian ekologi.
Penerbitan pertama Population Ecology (asalnya dipanggil Population Ecology Research) telah dikeluarkan pada tahun 1952.
Kertas penyelidikan tentang ekologi populasi juga boleh didapati dalam jurnal ekologi haiwan.
Dinamik populasi
Dinamik populasi ialah cabang sains hayat yang mengkaji saiz dan komposisi umur populasi sebagai sistem dinamik, dan proses biologi dan persekitaran yang mendorongnya (contohnya, kadar kelahiran dan kematian, serta imigresen dan emigrasi). Contoh senario ialah penuaan populasi, pertumbuhan atau pengecutan.
Pertumbuhan eksponen menggambarkan pembiakan yang tidak terkawal. Ini sangat luar biasa untuk dilihat dalam alam semula jadi. Pertumbuhan penduduk sangat pesat sejak 100 tahun yang lalu.
Thomas M althus percaya bahawa pertumbuhan penduduk akan menyebabkan lebihan penduduk dan kebuluran kerana kekurangan sumber, termasuk makanan. Pada masa hadapan, orang ramai tidak akan dapat memberi makan kepada populasi yang besar. Andaian biologi pertumbuhan eksponen ialah kadar pertumbuhan per kapita adalah malar. Pertumbuhan tidak terhad kepada kekurangan sumber atau pemangsa.
Dinamik populasi telah digunakan secara meluas dalam beberapa aplikasi teori kawalan. Menggunakan teori permainan evolusi, permainan populasi digunakan secara meluas dalam pelbagai konteks industri dan harian. Terutamanya digunakan dalam berbilang input, sistem keluaran berbilang (MIMO), walaupun ia boleh disesuaikan untuk digunakan dalam sistem input tunggal, keluaran tunggal (SISO). Beberapa contoh aplikasi ialah kempen ketenteraan, pengagihan sumber untuk pengagihan air, penghantaran penjana yang diedarkan, eksperimen makmal, masalah pengangkutan, masalah komunikasi. Di samping itu, dengan kontekstualisasi masalah pengeluaran yang mencukupi, dinamik populasi boleh menjadi penyelesaian yang berkesan dan mudah digunakan untuk mengawal masalah. Banyak kajian saintifik telah dan sedang dijalankan.
Penduduk berlebihan
Penduduk berlebihan berlaku apabila populasi spesies melebihi daya tampung niche ekologi. Ini mungkin hasilnyapeningkatan dalam kadar kelahiran (kadar kesuburan), penurunan dalam kadar kematian, peningkatan dalam imigresen atau bioma yang tidak mampan, dan kehabisan sumber. Selain itu, ini bermakna jika terdapat terlalu ramai orang dalam satu habitat, orang mengehadkan sumber yang ada untuk terus hidup. Struktur umur penduduk tidak memainkan peranan yang istimewa.
Di alam liar, lebihan populasi sering menyebabkan populasi pemangsa meningkat. Ini mempunyai kesan mengawal populasi mangsa dan memastikan ia berkembang memihak kepada ciri genetik yang menjadikannya kurang terdedah kepada pemangsa (dan pemangsa boleh berkembang bersama).
Dengan ketiadaan pemangsa, spesies terikat dengan sumber yang boleh mereka temui dalam persekitaran mereka, tetapi ini tidak semestinya mengawal lebihan populasi. Sekurang-kurangnya dalam jangka pendek. Bekalan sumber yang banyak boleh membawa kepada ledakan populasi diikuti oleh krisis penduduk. Tikus seperti lemming dan vole mempunyai kitaran pertumbuhan populasi yang pesat dan penurunan seterusnya. Populasi arnab kasut salji juga berubah secara mendadak secara kitaran, begitu juga dengan salah satu pemangsa yang memburu mereka, lynx. Mengesan aliran ini adalah lebih mudah daripada mengenal pasti genom populasi.
