اکولوژی جمعیتی زیرشاخه ای از اکولوژی است که به پویایی جمعیت گونه ها و نحوه تعامل این جمعیت ها با محیط می پردازد. این مطالعه چگونگی تغییر اندازه جمعیت گونه ها در طول زمان و مکان است. این اصطلاح اغلب به جای بیولوژی جمعیت یا پویایی جمعیت استفاده می شود. او همچنین اغلب انواع مبارزه برای هستی را توصیف می کند. به دلیل انتخاب طبیعی، تعداد افرادی که حداکثر سازگاری دارند افزایش می یابد.
در زیست شناسی، جمعیت به میزان پراکندگی یک گونه خاص یا تعداد معینی از نمایندگان آن است که در یک منطقه زندگی می کنند.
تاریخ
همه چیز چگونه شروع شد؟ توسعه اکولوژی جمعیت تا حد زیادی با جمعیت شناسی و جداول فعلی زندگی مرتبط است. این بخش در شرایط محیطی فعلی بسیار مهم است.
اکولوژی جمعیت در زیست شناسی حفاظت مهم است، به ویژه زمانی کهتوسعه تجزیه و تحلیل زنده ماندن جمعیت (PVA) که احتمال درازمدت باقی ماندن یک گونه در یک زیستگاه معین را پیش بینی می کند. اگرچه این بوم شناسی زیرگونه ای از زیست شناسی است، اما مشکلات جالبی را برای ریاضیدانان و آماردانانی که در زمینه پویایی جمعیت کار می کنند، ارائه می دهد. در زیست شناسی، جمعیت یکی از اصطلاحات اصلی است.
مدلها
مثل هر علمی، اکولوژی از مدلها استفاده می‌کند. مدل‌های ساده‌شده تغییر جمعیت معمولاً با چهار متغیر کلیدی (چهار فرآیند جمعیت‌شناختی)، از جمله مرگ، تولد، مهاجرت و مهاجرت شروع می‌شوند. مدل‌های ریاضی مورد استفاده برای محاسبه تغییرات در وضعیت جمعیتی و تکامل جمعیت، عدم وجود تأثیر خارجی را فرض می‌کنند. زمانی که "…چند فرضیه رقیب همزمان با داده ها برخورد می کنند"، مدل ها می توانند از نظر ریاضی پیچیده تر باشند.
هر مدلی از توسعه جمعیت را می توان برای استخراج ریاضی ویژگی های خاصی از جمعیت های هندسی استفاده کرد. جمعیتی با اندازه هندسی در حال افزایش، جمعیتی است که در آن نسل‌های مولد با هم تداخل ندارند. در هر نسل، یک اندازه جمعیت (و قلمرو) مؤثر وجود دارد که با Ne نشان داده می شود، که تعداد افراد جمعیتی است که می توانند و در هر نسل تولید مثلی تولید مثل کنند. آنچه باعث نگرانی می شود.
نظریه انتخاب r/K
یک مفهوم مهم در بوم شناسی جمعیت، نظریه انتخاب r/K است. اولین متغیر r (نرخ داخلی افزایش طبیعی استاندازه جمعیت، به تراکم بستگی ندارد، و دومین متغیر K است (ظرفیت حمل جمعیت، بستگی به تراکم دارد). روابط درون گونه ای نقش خاصی در این امر ایفا می کنند.
گونه‌های منتخب R (مثلاً بسیاری از گونه‌های حشرات مانند شته‌ها) گونه‌ای هستند که دارای نرخ باروری بالا، سرمایه‌گذاری پایین والدین بر روی بچه‌ها، و نرخ مرگ‌ومیر بالا قبل از رسیدن افراد به بلوغ هستند. تکامل باعث ارتقای بهره وری در گونه های منتخب r می شود. در مقابل، گونه‌های انتخاب‌شده با K (مانند انسان‌ها) نرخ باروری پایین، سرمایه‌گذاری بالای والدین در سنین پایین، و نرخ مرگ و میر پایین در زمان بلوغ دارند.
تکامل در گونه‌های منتخب K باعث افزایش کارایی در تبدیل منابع بیشتر به فرزندان کمتر می‌شود. در نتیجه روابط بین گونه ای غیرمولد، این نوادگان ممکن است منقرض شوند و آخرین نمایندگان جمعیت خود شوند.
تاریخچه نظریه
اصطلاح انتخاب r/K توسط بوم شناسان رابرت مک آرتور و ای. او. ویلسون در سال 1967 بر اساس کار آنها در مورد جغرافیای زیستی جزیره ابداع شد. این نظریه امکان شناسایی علل نوسانات جمعیت را فراهم می کند.
این تئوری در دهه های 1970 و 1980 زمانی که به عنوان یک ابزار اکتشافی مورد استفاده قرار گرفت، رایج بود، اما در اوایل دهه 1990 زمانی که توسط چندین مطالعه تجربی مورد انتقاد قرار گرفت، مورد توجه قرار گرفت. پارادایم تاریخ زندگی جایگزین پارادایم انتخاب r/K شده است، اما همچنان بسیاری از موضوعات مهم آن را شامل می شود. ولع تولید مثل اصلی ترین استنیروی محرکه تکامل، بنابراین این نظریه برای مطالعه آن بسیار مفید است.
بنابراین، گونه‌های انتخاب‌شده r آنهایی هستند که بر نرخ رشد بالا تأکید می‌کنند، تمایل دارند از سوله‌های اکولوژیکی شلوغ کمتر بهره‌برداری کنند، و فرزندان زیادی تولید کنند، که احتمال بقای هر یک تا بزرگسالی نسبتاً کم است (یعنی r بالا، کم. ک). یک گونه معمولی از r قاصدک (جنس Taraxacum) است.
در محیط‌های ناپایدار یا غیرقابل پیش‌بینی، به دلیل قابلیت ضرب سریع، انتخاب r غالب است. در سازگاری هایی که به آن اجازه می دهد با سایر موجودات زنده رقابت کند، مزیت کمی وجود دارد، زیرا محیط احتمالاً دوباره تغییر می کند. صفاتی که گمان می رود مشخص کننده انتخاب r هستند عبارتند از: باروری بالا، اندازه بدن کوچک، شروع زودرس بلوغ، زمان تولید کوتاه، و توانایی پراکندگی گسترده فرزندان.
ارگانیسم هایی که تاریخچه زندگی آنها تحت انتخاب r قرار می گیرد، اغلب به عنوان r-strategists شناخته می شوند. ارگانیسم هایی که صفات انتخابی r را نشان می دهند می توانند از باکتری ها و دیاتوم ها گرفته تا حشرات و علف ها و همچنین سرپایان هفت لوب مختلف و پستانداران کوچک به ویژه جوندگان متغیر باشند. نظریه دیفرانسیل K ارتباط غیر مستقیم با انتخاب طبیعی حیوانات دارد.
انتخاب گونه
گونه‌های انتخاب‌شده با K ویژگی‌های مرتبط با زندگی در تراکم‌های نزدیک به ظرفیت حمل را نشان می‌دهند و تمایل دارند رقبای قدرتمندی در سوله‌های شلوغ باشند که بیشتر در کمتر سرمایه‌گذاری می‌کنند.تعداد فرزندان که هر کدام احتمال نسبتاً بالایی برای زنده ماندن تا بزرگسالی دارند (یعنی r کم، k زیاد). در ادبیات علمی، گونه‌های انتخاب‌شده r گاهی به‌عنوان «فرصت‌طلب» نامیده می‌شوند، در حالی که گونه‌های انتخاب‌شده K به‌عنوان «تعادل» توصیف می‌شوند.
در شرایط پایدار یا قابل پیش‌بینی، K-selection غالب است، زیرا توانایی رقابت موفقیت‌آمیز برای منابع محدود بسیار مهم است و جمعیت ارگانیسم‌های انتخاب‌شده با K معمولاً از نظر تعداد بسیار ثابت و نزدیک به حداکثری هستند که محیط می‌تواند. پشتیبانی. بر خلاف r-sected، که در آن اندازه جمعیت می تواند بسیار سریعتر تغییر کند. اعداد کم منجر به زنای با محارم می شود که یکی از علل جهش است.
ویژگی
ویژگی هایی که تصور می شود مشخصه K-selection هستند عبارتند از: جثه بزرگ، طول عمر طولانی و تولید فرزندان کمتر، که اغلب تا زمانی که بالغ شوند نیاز به مراقبت دقیق والدین دارند. ارگانیسم هایی که تاریخچه زندگی آنها K-sected است، اغلب به عنوان K-strategists یا K-sected شناخته می شوند. موجودات با صفات انتخاب شده با K شامل موجودات بزرگ مانند فیل ها، انسان ها و نهنگ ها و همچنین موجودات کوچکتر با عمر طولانی تر مانند درناهای قطبی، طوطی ها و عقاب ها هستند. افزایش جمعیت یکی از مبارزات برای هستی است.
طبقه بندی موجودات
اگرچه برخی از ارگانیسم ها عمدتاً به عنوان استراتژیست های r یا K شناسایی می شوند، بیشتر موجودات از این الگو پیروی نمی کنند. به عنوان مثال درختان دارای صفاتی مانندطول عمر و رقابت بالا که آنها را به عنوان K-strategists مشخص می کند. با این حال، هنگام تولید مثل، درختان معمولاً هزاران فرزند تولید می‌کنند و آنها را به طور گسترده پراکنده می‌کنند، که نمونه‌ای از استراتژیست‌های r است.
به طور مشابه، خزندگانی مانند لاک پشت های دریایی دارای هر دو ویژگی r- و k هستند: اگرچه لاک پشت های دریایی موجودات بزرگی با طول عمر طولانی هستند (به شرطی که به سن بلوغ برسند)، تعداد زیادی فرزندان بدون توجه تولید می کنند.
عبارات دیگر
دوگانگی r/K را می توان به عنوان یک طیف پیوسته با استفاده از مفهوم اقتصادی بازده آتی تنزیل شده با انتخاب r مربوط به نرخ های تخفیف بزرگ و انتخاب K مربوط به نرخ های تخفیف کوچک، دوباره بیان کرد.
در مناطقی با اختلال شدید محیطی یا عقیم‌سازی (مثلاً پس از فوران آتشفشانی بزرگ، مانند کراکاتوآ یا کوه سنت هلن)، استراتژیست‌های r و K نقش‌های متفاوتی در توالی اکولوژیکی ایفا می‌کنند که اکوسیستم را بازسازی می‌کند. استعمارگران اولیه به دلیل نرخ تولیدمثل بالاتر و فرصت‌طلبی اکولوژیک، استراتژیست هستند و با رشته‌ای از رقابت فزاینده بین حیات گیاهی و جانوری دنبال می‌شوند. توانایی محیط برای افزایش محتوای انرژی از طریق جذب فتوسنتزی انرژی خورشیدی با افزایش تنوع زیستی پیچیده افزایش می‌یابد زیرا گونه‌های r به حداکثر ممکن تکثیر می‌شوند.با استفاده از استراتژی های K.
تعادل جدید
سرانجام یک تعادل جدید (گاهی اوقات جامعه اوج نامیده می شود) ایجاد می شود زیرا استراتژیست های r به تدریج با استراتژیست های K که رقابتی تر هستند و بهتر با تغییرات چشم انداز میکرواکولوژیکی در حال ظهور سازگار هستند جایگزین می شوند. به طور سنتی، تنوع زیستی در این مرحله با معرفی گونه‌های جدید به حداکثر می‌رسد که منجر به جایگزینی و انقراض محلی گونه‌های بومی می‌شود. با این حال، فرضیه اختلال میانی بیان می‌کند که سطوح متوسط اختلال در چشم‌انداز، تکه‌هایی را در سطوح مختلف توالی ایجاد می‌کند و همزیستی استعمارگران و رقبا را در مقیاس منطقه‌ای تسهیل می‌کند.
اگرچه به طور کلی در سطح گونه ها به کار می رود، نظریه انتخاب r/K برای مطالعه تکامل تفاوت های اکولوژیکی و زندگی بین زیرگونه ها نیز مفید است. برای مثال زنبور عسل آفریقایی A.m. scutellata و زنبور ایتالیایی A. m. ligustica در انتهای دیگر مقیاس، همچنین برای مطالعه اکولوژی تکاملی گروه های کاملی از موجودات مانند باکتریوفاژها استفاده شده است.
نظرات تحقیق
برخی از محققان مانند لی الیس، جی. فیلیپ راشتون، و اورلیو خوزه فیگردو، نظریه انتخاب r/K را برای رفتارهای مختلف انسانی، از جمله بزهکاری، بی بند و باری جنسی، باروری، و سایر ویژگی های مربوط به نظریه تاریخ زندگی به کار برده اند. کار راشتون او را به توسعه "نظریه K دیفرانسیل" سوق داد تا سعی کند تفاوت های زیادی را در رفتار انسان در مناطق جغرافیایی توضیح دهد.و این نظریه توسط بسیاری از محققان دیگر مورد انتقاد قرار گرفته است. دومی پیشنهاد کرد که تکامل پاسخ های التهابی انسان با انتخاب r/K مرتبط است.
اگرچه نظریه انتخاب r/K به طور گسترده در دهه 1970 مورد استفاده قرار گرفت، اما توجه فزاینده ای به آن جلب شد. به طور خاص، بررسی بوم شناس استفان اس استرنز توجه را به شکاف های نظریه و ابهامات در تفسیر داده های تجربی برای آزمایش آن جلب کرد.
تحقیق بیشتر
در سال 1981، بررسی سال 1981 پاری در مورد ادبیات انتخاب r/K نشان داد که هیچ توافقی بین محققان با استفاده از نظریه تعریف r- و K-selection وجود ندارد، و او را به زیر سوال بردن فرض رابطه بین تولیدمثل سوق داد. هزینه‌ها. تابع.
مطالعه تمپلتون و جانسون در سال 1982 نشان داد که در جمعیتی از مگس سرکه (یک زیرگونه از مگس) که در معرض K-selection قرار گرفته اند، در واقع فرکانس بالاتری از صفات را ایجاد می کند که معمولاً با انتخاب r مرتبط است. چندین مطالعه دیگر که با پیش‌بینی‌های نظریه انتخاب r/K در تضاد بودند نیز بین سال‌های 1977 و 1994 منتشر شد.
هنگامی که استرنز در سال 1992 وضعیت یک نظریه را بررسی کرد، خاطرنشان کرد که از سال 1977 تا 1982، سرویس جستجوی ادبیات BIOSIS به طور میانگین 42 استناد نظریه در سال داشت، اما از سال 1984 تا 1989 میانگین به 16 در سال کاهش یافت. و به کاهش ادامه داد. او به این نتیجه رسید که نظریه r/K زمانی یک اکتشافی مفید بود که دیگر در نظریه تاریخ زندگی هدفی ندارد.
اخیراً نظریه پانارشی تطبیقیتوانایی ها و انعطاف پذیری ارتقا یافته توسط اس. اس. هالینگ و لنس گاندرسون علاقه به نظریه را احیا کرده و از آن به عنوان راهی برای ادغام سیستم های اجتماعی، اقتصاد و اکولوژی استفاده می کنند.
اکولوژی فراجمعیت
اکولوژی فراجمعیت یک مدل ساده شده از چشم انداز در مناطق با سطوح کیفی مختلف است. مهاجرانی که بین مکان‌ها حرکت می‌کنند در فراجمعیت‌ها به‌عنوان منابع یا غرق‌ها ساختار یافته‌اند. در اصطلاح فراجمعیت، مهاجران (افرادی که سایت را ترک می کنند) و مهاجران (افرادی که به سایت نقل مکان می کنند) وجود دارد.
مدل های فراجمعیت پویایی سایت را در طول زمان بررسی می کنند تا به سؤالاتی در مورد بوم شناسی فضایی و جمعیتی پاسخ دهند. یک مفهوم مهم در بوم‌شناسی فراجمعیت، اثر نجات است، که در آن تکه‌های کوچک با کیفیت پایین‌تر (مانند غرق‌ها) توسط هجوم فصلی مهاجران جدید حفظ می‌شوند.
ساختار فراجمعیت سال به سال تغییر می‌کند، جایی که برخی از مکان‌ها مانند سال‌های خشک فرو می‌روند و در صورت مساعدتر شدن شرایط به چشمه تبدیل می‌شوند. بوم شناسان از ترکیبی از مدل های کامپیوتری و مطالعات میدانی برای توضیح ساختار فراجمعیت استفاده می کنند. ساختار سنی یک جمعیت، حضور نمایندگان سنین خاصی در یک جمعیت است.
اتوکولوژی
اصطلاح قدیمی‌تر اتواکولوژی (از یونانی: αὐτο، auto، «خود»؛ οίκος، oikos، «خانواده» و λόγος، logos، «دانش») اشاره دارد.تقریباً در همان زمینه مطالعاتی با اکولوژی جمعیت است. این از تقسیم بوم شناسی به اتکولوژی - مطالعه گونه های فردی در رابطه با محیط زیست - و synecology - مطالعه گروه های موجودات در ارتباط با محیط زیست - یا بوم شناسی جامعه ناشی می شود. اودوم (بیولوژیست آمریکایی) معتقد بود که سینکولوژی را باید به اکولوژی جمعیت، بوم شناسی جامعه و بوم شناسی اکوسیستم تقسیم کرد و اتواکولوژی را به عنوان "اکولوژی گونه ها" تعریف کرد.
با این حال، برای مدتی زیست شناسان تشخیص داده اند که سطح بزرگتر سازماندهی یک گونه، جمعیت است، زیرا در این سطح، مخزن ژنی گونه ها سازگارتر است. در واقع، اودوم "اتواکولوژی" را به عنوان "روند فعلی" در بوم شناسی (یعنی یک اصطلاح قدیمی) در نظر گرفت، اگرچه او "اکولوژی گونه ها" را به عنوان یکی از چهار بخش اکولوژی وارد کرد.
نخستین نشریه اکولوژی جمعیت (که در اصل پژوهش بوم شناسی جمعیت نامیده می شد) در سال 1952 منتشر شد.
مقالات پژوهشی در مورد بوم شناسی جمعیت را می توان در مجلات اکولوژی حیوانات نیز یافت.
پویایی جمعیت
پویایی جمعیت شاخه‌ای از علوم زیستی است که اندازه و ترکیب سنی جمعیت‌ها را به‌عنوان سیستم‌های پویا، و فرآیندهای زیست‌شناختی و محیطی که آنها را هدایت می‌کنند (به عنوان مثال، نرخ تولد و مرگ، و مهاجرت و مهاجرت) مورد مطالعه قرار می‌دهد.. نمونه هایی از سناریوها پیری، رشد یا انقباض جمعیت است.
رشد تصاعدی تولید مثل غیرقابل تنظیم را توصیف می کند.دیدن این در طبیعت بسیار غیرعادی است. رشد جمعیت در 100 سال گذشته تصاعدی بوده است.
توماس مالتوس معتقد بود که رشد جمعیت به دلیل کمبود منابع از جمله غذا منجر به افزایش جمعیت و گرسنگی می شود. در آینده، مردم نمی توانند جمعیت زیادی را تغذیه کنند. فرض بیولوژیکی رشد نمایی این است که نرخ رشد سرانه ثابت است. رشد محدود به کمبود منابع یا شکار نیست.
دینامیک جمعیت به طور گسترده در چندین کاربرد تئوری کنترل استفاده شده است. با استفاده از نظریه بازی های تکاملی، بازی های جمعیتی به طور گسترده در زمینه های مختلف صنعتی و روزمره به کار می روند. عمدتاً در سیستم های چند ورودی، چند خروجی (MIMO) استفاده می شود، اگرچه می توان آنها را برای استفاده در سیستم های ورودی تک خروجی (SISO) تطبیق داد. برخی از نمونه های کاربردی عبارتند از کمپین های نظامی، توزیع منابع برای توزیع آب، اعزام ژنراتورهای توزیع شده، آزمایش های آزمایشگاهی، مشکلات حمل و نقل، مشکلات ارتباطی. علاوه بر این، با زمینه سازی مناسب مشکلات تولید، پویایی جمعیت می تواند راه حلی موثر و کاربردی برای کنترل مشکلات باشد. مطالعات علمی متعددی انجام شده و در حال انجام است.
بیش از حد جمعیت
افزایش جمعیت زمانی رخ می دهد که جمعیت یک گونه از ظرفیت حمل یک طاقچه اکولوژیکی فراتر رود. ممکن است این نتیجه باشدافزایش نرخ زاد و ولد (نرخ باروری)، کاهش نرخ مرگ و میر، افزایش مهاجرت یا بیوم ناپایدار، و کاهش منابع. علاوه بر این، این بدان معنی است که اگر تعداد افراد زیادی در یک زیستگاه وجود داشته باشد، مردم منابع موجود برای بقا را محدود می کنند. ساختار سنی جمعیت نقش خاصی ندارد.
در طبیعت، ازدیاد جمعیت اغلب باعث افزایش جمعیت شکارچیان می شود. این اثر کنترل جمعیت طعمه و اطمینان از تکامل آن به نفع ویژگی‌های ژنتیکی است که آن را کمتر در برابر شکارچیان آسیب‌پذیر می‌کند (و شکارچی می‌تواند همزمان تکامل یابد).
در غیاب شکارچیان، گونه ها به منابعی که می توانند در محیط خود بیابند محدود می شوند، اما این لزوماً جمعیت بیش از حد را کنترل نمی کند. حداقل در کوتاه مدت. عرضه فراوان منابع می تواند منجر به رونق جمعیت و به دنبال آن بحران جمعیت شود. جوندگانی مانند لمینگ ها و ولها این چرخه های رشد سریع جمعیت و کاهش متعاقب آن را دارند. جمعیت خرگوش های کفش برفی نیز مانند یکی از شکارچیانی که آنها را شکار می کند، سیاهگوش، به طرز چشمگیری تغییر می کند. ردیابی این روند بسیار ساده تر از شناسایی ژنوم یک جمعیت است.
