Populační ekologie. Přirozený výběr. Boj o existenci

Populační ekologie - toto je divize ekologie, která se týká dynamiky populací druhů a toho, jak tyto populace interagují s prostředím. Toto je studium toho, jak se velikost populace druhů mění v času a prostoru. Tento termín se často používá zaměnitelně s populační biologií nebo populační dynamikou. Často také popisuje druhy boje o existenci. V důsledku přirozeného výběru se zvyšuje počet jedinců, kteří jsou maximálně přizpůsobeni.

V biologii je populace míra šíření konkrétního druhu nebo určitý počet jeho zástupců žijících na stejném území.

Historie

Jak to všechno začalo? Vývoj populační ekologie je do značné míry spojen s demografií a aktuálními životními tabulkami. Tato část je v současném ekologickém prostředí velmi důležitá.

Populační ekologie je důležitá v biologii ochrany, zejména při vývoji analýzy životaschopnosti populace (PVA), která umožňuje předpovědět dlouhodobou pravděpodobnost zachování druhu v daném stanovišti. Ačkoli je tato ekologie poddruhem biologie, přináší zajímavé výzvy matematikům a statistikům, kteří pracují v demografické dynamice. V biologii je populace jedním z ústředních termínů.

Modely

Jako každá věda, ekologie používá modely. Zjednodušené vzorce změny populace obvykle začínají čtyřmi klíčovými proměnnými (čtyři demografické procesy), včetně smrti, narození, imigrace a emigrace. Matematické modely používané k výpočtu změn v demografické situaci a vývoji populace naznačují nedostatek vnějšího vlivu. Modely mohou být matematicky složitější, když "... několik konkurenčních hypotéz současně čelí údajům".

K matematickému odvození určitých vlastností geometrických populací lze použít jakýkoli model vývoje populace. Populace s geometricky rostoucí velikostí je populace, kde se generace reprodukce nepřekrývají. V každé generaci existuje účinná velikost (a území) populací, označovaná jako Ne, což představuje počet jedinců v populaci, kteří se mohou a budou chovat v jakékoli reprodukční generaci. Co vyvolává obavy.

Teorie výběru r / K

Důležitým konceptem v populační ekologii je teorie výběru r / K. První proměnná je r (vnitřní rychlost přirozeného přírůstku populace, je nezávislá na hustotě) a druhá proměnná je K( propustnost populace, závisí na hustotě). V tom hrají roli vnitrodruhové vztahy.

Mnoho druhů hmyzu, jako jsou mšice) je druh, který má vysokou plodnost, nízkou rodičovskou investici do mladistvých a vysokou úmrtnost, než jednotlivci dosáhnou dospělosti. Evoluce podporuje produktivitu u druhů vybraných r. Na rozdíl od nich mají k-vybrané druhy (jako jsou lidé) nízkou plodnost, vysokou úroveň rodičovských investic v mladém věku a nízkou úmrtnost, jak jednotlivci stárnou.

Vývoj v k-vybraných druzích přispívá k efektivitě při přeměně více zdrojů na méně potomků. V důsledku neproduktivních mezidruhových vztahů mohou tito potomci vyhynout a stát se posledními členy své populace.

Historie teorie

Terminologii výběru r / k vytvořili ekologové Robert MacArthur a e. O. Wilsonem v roce 1967 na základě jejich práce na ostrovní biogeografii. Tato teorie umožňuje identifikovat příčiny kolísání populace.

Teorie byla populární v 70. a 80. letech, když byla používána jako heuristické zařízení, ale ztratila význam na počátku 90. let, kdy byla kritizována několika empirickými studiemi. Paradigma životní příběhy nahradila paradigma výběru r / K, ale nadále zahrnuje mnoho jejích důležitých témat. Touha po reprodukci je hlavní hnací silou evoluce, protože tato teorie je velmi užitečná pro její studium.

R-vybrané druhy jsou tedy ty, které zdůrazňují vysokou míru růstu, obvykle používají méně přeplněné ekologické výklenky a produkují mnoho potomků, z nichž každý má relativně nízkou pravděpodobnost přežití do dospělosti (tj. Typickým druhem r je pampeliška (Rod Taraxacum).

V nestabilním nebo nepředvídatelném prostředí dominuje výběr r kvůli schopnosti rychle se množit. V adaptacích existuje jen málo výhod, které umožňují úspěšnou konkurenci s jinými organismy, protože prostředí se pravděpodobně znovu změní. Mezi znaky, které, jak se počítá, charakterizují výběr r, zahrnují: vysokou plodnost, malou velikost těla, časný nástup zralosti, krátkou generační dobu a schopnost široce rozptýlit potomky.

Organismy, jejichž životní historie prochází R-selekcí, se často nazývají R-stratégové. Organismy, které vykazují R-vybrané rysy, se mohou pohybovat od bakterií a rozsivek po hmyz a byliny, stejně jako různé hlavonožce semilepestic a malé savce, zejména hlodavce. Diferenciální teorie K má nepřímý vztah k přirozenému výběru zvířat.

Výběr druhů

K-vybrané druhy vykazují rysy spojené se životem v hustotách blízkých únosnosti a jsou obecně silnými konkurenty v takových přeplněných výklencích, které investují více do méně potomků. Každý z nich má relativně vysokou pravděpodobnost dožití dospělosti (t.e. nízká G, Vysoká k) . Ve vědecké literatuře se R-vybrané druhy někdy nazývají "oportunistické", zatímco k-vybrané druhy jsou popsány jako "rovnovážné".

Ve stabilních nebo předvídatelných podmínkách převládá k-selekce, protože schopnost úspěšně soutěžit o omezené zdroje je kritická a populace k-vybraných organismů jsou obvykle velmi konstantní v hojnosti a jsou blízké maximu, které prostředí vydrží. Na rozdíl od R-vybraných, kde se velikost populace může měnit mnohem rychleji. Nízká hojnost vede k incestu, který je jedním z příčiny vzniku mutace.

Význačný rys

Mezi rysy, které jsou považovány za charakteristické pro k-selekci, patří velká velikost těla, dlouhá doba života a produkce menšího počtu potomků, kteří často vyžadují pečlivou rodičovskou péči, dokud nejsou zralí. Organismy, jejichž životní historie prochází k-selekcí, se často nazývají k-stratégové nebo k-selected. Organismy s rysy vzorkovanými K zahrnují velké organismy, jako jsou sloni, lidé a velryby, stejně jako menší organismy s dlouhou životností, jako jsou arktičtí rybáci, papoušci a orli. Nárůst populace je druh boje o existenci.

Klasifikace organismů

Ačkoli některé organismy jsou identifikovány hlavně jako R-nebo k-stratégové, většina organismů tento vzorec nedodržuje. Například stromy mají vlastnosti jako dlouhověkost a vysokou konkurenceschopnost, které je charakterizují jako k-stratégy. Při reprodukci však stromy obvykle produkují tisíce potomků a široce je rozptylují, což je běžné u r-stratégů.

Podobně plazi, jako jsou mořské želvy, mají jak R -, tak k-vlastnosti: ačkoli mořské želvy jsou velké organismy s dlouhou životností (za předpokladu, že dosáhnou dospělosti), produkují velké množství nezjištěných potomků.

Další výrazy

Dichotomie r / K může být znovu vyjádřena jako kontinuální spektrum pomocí ekonomického konceptu diskontovaných budoucích výnosů s výběrem r, který odpovídá velkým diskontním sazbám, a výběrem K, který odpovídá malým diskontním sazbám.

Po silné sopečné erupci, jako je Krakatoa nebo Mount St Helens), hrají r-a k-stratégové různé role v ekologické sekvenci, která obnovuje ekosystém. Vzhledem k jejich vyšší reprodukční výkonnosti a ekologickému oportunismu mají primární kolonizátoři tendenci být stratégy a následuje řada rostoucí konkurence mezi rostlinným a živočišným světem. Schopnost okolního prostředí zvýšení energetického obsahu prostřednictvím fotosyntetického zachycení sluneční energie se zvyšuje se zvyšující se složitou biologickou rozmanitostí, protože r-druhy se množí a dosahují maxima možného prostřednictvím strategií K.

Nová rovnováha

Nakonec přichází nová rovnováha (někdy označovaná jako vrcholná komunita), kdy R-stratégové jsou postupně nahrazováni k-stratégy, kteří jsou konkurenceschopnější a lépe se přizpůsobují vznikajícím mikroekologickým změnám krajiny. Biodiverzita byla v této fázi tradičně považována za maximalizovanou zavedením nových druhů, což vedlo k nahrazení a lokálnímu vyhynutí endemických druhů. Hypotéza přechodných poruch však tvrdí, že střední úrovně narušení v krajině vytvářejí skvrny na různých úrovních sekvence, což podporuje koexistenci kolonizátorů a konkurentů v regionálním měřítku.

I když je teorie výběru R / K běžně aplikována na úrovni druhů, je také užitečná pro studium vývoje environmentálních a životních rozdílů mezi poddruhy. Například africká včela a. m. scutellata a italská včela a. m. ligustica. Na druhém konci stupnice byl také použit ke studiu evoluční ekologie celých skupin organismů, jako jsou bakteriofágy.

Názory vědců

Někteří vědci jako Lee Ellis, J. Philippe Rushton a Aurelio José Figueredo, aplikovali teorii výběru R / K na různé typy lidského chování, včetně kriminality, sexuální promiskuity, plodnosti a dalších rysů souvisejících s historií života teorie. Rushtonova práce ho vedla k vývoji "teorie diferenciálního K", aby se pokusil vysvětlit mnoho rozdílů v lidském chování v různých geografických oblastech. A tuto teorii kritizovalo mnoho dalších vědců. Posledně jmenovaní navrhli, že vývoj lidských zánětlivých odpovědí je spojen s výběrem r / K.

Ačkoli teorie výběru r / K začala být široce používána v 70. letech, začala také přitahovat rostoucí pozornost. Konkrétně recenze provedená ekologem Stephenem C. Sterns, upozornil na mezery v teorii a na nejasnosti při interpretaci empirických důkazů pro její ověření.

Další výzkum

V roce 1981 Parryův přehled R/K šlechtitelské literatury prokázal, že mezi vědci používajícími teorii o definici r-a k-selekce neexistuje shoda, což ho vedlo k pochybnostem o předpokladu vztahu mezi náklady na reprodukci.

Studie Templetona a Johnsona z roku 1982 zjistila, že v populaci k-selected Drosophila mercatorum (poddruh mouchy) ve skutečnosti produkuje vyšší frekvenci znaků typicky spojených s R-selekcí. V letech 1977 až 1994 bylo také publikováno několik dalších studií v rozporu s predikcemi teorie výběru r/K.

Když Stearns v roce 1992 přezkoumal stav teorie, poznamenal, že v letech 1977 až 1982 měla biosis literary Search Service v průměru 42 odkazů na teorii ročně, ale od roku 1984 do roku 1984 1989 průměrný počet klesl na 16 ročně a nadále klesal. Došel k závěru, že teorie r/K byla kdysi užitečnou heuristikou, která již neslouží účelu v teorii historie života.

Více nedávno, teorie panarchie adaptivních schopností a udržitelnosti propagované s. S. Holling a Lance Gunderson oživili zájem o teorii a používají ji jako způsob integrace sociálních systémů, ekonomiky a ekologie.

Ekologie metapopulace

Ekologie metapopulace je zjednodušený model krajiny pro oblasti různých úrovní kvality. Migranti pohybující se mezi místy jsou strukturováni v metapopulaci jako zdroje nebo absorbéry. V terminologii metapopulace existují emigranti (osoby, které opouštějí místo) a přistěhovalci (osoby, které se pohybují na místě).

Metapopulační modely zkoumají dynamiku míst v průběhu času, odpovědět otázky o prostorové a demografické ekologii. Důležitým konceptem v ekologii metapopulace je záchranný efekt, při kterém absorbéry) jsou podporovány sezónním přílivem nových přistěhovalců.

Struktura metapopulace se vyvíjí rok od roku, kdy jsou některá místa skořápkami, jako jsou období sucha, a stávají se zdroji, když jsou podmínky příznivější. Ekologové používají směs počítačových modelů a terénního výzkumu k vysvětlení struktury metapopulace. Věková struktura populace je přítomnost zástupců určitého věku v populaci.

Autoekologie

Starší termín autoekologie (z řečtiny: αττο, auto, "sám"; οίκος, oikos, "domácnost" a λόγος, logos, "znalosti"), odkazuje na přibližně stejnou studijní oblast jako ekologie populace. Vyplývá to z rozdělení ekologie na autekologii-studium jednotlivých druhů podle vztahu k životnímu prostředí - a synekologie-studium skupin organismů ve vztahu k životnímu prostředí - nebo ekologie komunity. Odum (americký biolog) věřil, že synekologie by měla být rozdělena na populační ekologii, komunitní ekologii a ekologii ekosystémů, přičemž autoekologii definuje jako"druhovou ekologii".

Biologové však již nějakou dobu uznávají, že významnější úrovní organizace druhu je populace, protože na této úrovni je druhový genový fond nejkonzistentnější. Odum ve skutečnosti považoval "autoekologii" za "současný trend" v ekologii (t. e. archaický termín), i když zahrnoval "druhovou ekologii" jako jednu ze čtyř divizí ekologie.

První publikace časopisu populační ekologie (původně nazvaná populační ekologie) byla vydána v roce 1952.

Vědecké články o populační ekologii lze nalézt také v časopisech o ekologii zvířat.

Populační dynamika

Populační dynamika je odvětví biologických věd, které studuje velikost a věkové složení populace jako dynamické systémy, jakož i biologické a environmentální procesy, které je pohánějí (např. Příklady scénářů jsou stárnutí populace, její růst nebo pokles.

Exponenciální růst popisuje neregulovanou reprodukci. Je velmi neobvyklé vidět v přírodě. Za posledních 100 let se populační růst ukázal jako exponenciální.

Thomas Malthus věřil, že populační růst by vedl k přelidnění a hladovění kvůli nedostatku zdrojů potravin, včetně. V budoucnu nebudou lidé schopni krmit velké populace. Biologický předpoklad exponenciálního růstu je rychlost růstu na obyvatele je trvalý. Růst se neomezuje pouze na nedostatek zdrojů nebo predaci.

Dynamika počet obyvatelstva široce používán v několika aplikacích teorie řízení. S využitím evoluční teorie her jsou populační hry široce používány pro různé průmyslové a každodenní kontexty. Používá se hlavně v systémech s více vstupy a více výstupy (MIMO), i když je lze přizpůsobit pro použití v systémech s jedním vstupem a jedním výstupem (SISO). Některé příklady použití jsou vojenské kampaně, přidělování zdrojů pro distribuci vody, odesílání distribuovaných generátorů, laboratorní experimenty, problémy s dopravou, komunikační problémy. Navíc s adekvátní kontextualizací výrobních problémů může být dynamika populace efektivní a snadno použitelná řešení problémů, související s kontrolou. Četné vědecké studie byly prováděny a prováděny nepřetržitě.

Přelidnění

Přelidnění nastává, když populace druhu překročí kapacitu ekologického výklenku. To může být důsledkem zvýšené plodnosti( míra plodnosti), snížené úmrtnosti, zvýšené imigrace nebo neudržitelného biomu a vyčerpání zdrojů. Navíc to znamená jednoho stanoviště příliš mnoho lidí, lidé omezují dostupné zdroje na přežití. Věková struktura populace nehraje zvláštní roli.

Do divočině přelidnění často způsobuje růst populací predátorů. To má za následek kontrolu populace kořisti a zajištění jejího vývoje ve prospěch genetických charakteristik, které ji činí méně zranitelnou vůči predátorům (a dravec se může společně vyvíjet).

Při absenci predátorů jsou druhy spojeny zdroji, které mohou najít ve svém prostředí, ale nemusí nutně kontrolovat přelidnění. Alespoň v krátkodobém horizontu. Bohatá zásoba zdrojů může vést k demografickému rozmachu následovanému demografickou krizí. Hlodavci, jako jsou lemmings a voles, mají takové cykly rychlého populačního růstu a následného snížení. Populace zajíců na sněžnicích se také dramaticky mění, stejně jako u jednoho z dravců, kteří je loví - rysa. Sledování tohoto trendu je mnohem snazší než identifikace populačního genomu.