Populační ekologie je pododdělení ekologie, které se zabývá dynamikou populací druhů a tím, jak tyto populace interagují s prostředím. Je to studie o tom, jak se velikost populace druhů mění v čase a prostoru. Termín je často používán zaměnitelně s populační biologií nebo populační dynamikou. Často také popisuje typy boje o existenci. Díky přirozenému výběru se zvyšuje počet jedinců, kteří jsou maximálně přizpůsobeni.
Populace je v biologii stupeň rozšíření určitého druhu nebo určitého počtu jeho zástupců žijících v jedné oblasti.
Historie
Jak to všechno začalo? Vývoj populační ekologie do značné míry souvisí s demografií a současnými tabulkami života. Tato část je v současných podmínkách prostředí velmi důležitá.
Populační ekologie je důležitá v ochranářské biologii, zvláště kdyžvývoj analýzy životaschopnosti populace (PVA), která předpovídá dlouhodobou pravděpodobnost setrvání druhu v daném stanovišti. Přestože je tato ekologie poddruhem biologie, představuje zajímavé problémy pro matematiky a statistiky, kteří pracují v oblasti populační dynamiky. V biologii je populace jedním z ústředních pojmů.
Models
Jako každá věda i ekologie používá modely. Zjednodušené modely populační změny obvykle začínají čtyřmi klíčovými proměnnými (čtyřmi demografickými procesy), včetně úmrtí, narození, imigrace a emigrace. Matematické modely používané pro výpočet změn demografické situace a vývoje populace předpokládají absenci vnějšího vlivu. Modely mohou být matematicky složitější, když „…s daty koliduje několik konkurenčních hypotéz současně.“
Jakýkoli model populačního vývoje lze použít k matematickému odvození určitých vlastností geometrických populací. Populace s geometricky rostoucí velikostí je populace, kde se chovné generace nepřekrývají. V každé generaci existuje efektivní velikost populace (a území), označovaná jako Ne, což je počet jedinců v populaci, kteří se mohou a budou množit v jakékoli reprodukční generaci. Co způsobuje obavy.
Teorie výběru r/K
Důležitým konceptem v populační ekologii je teorie výběru r/K. První proměnnou je r (vnitřní míra přirozeného přírůstkuvelikost populace, nezávisí na hustotě) a druhou proměnnou je K (únosnost populace, závisí na hustotě). Určitou roli v tom hrají vnitrodruhové vztahy.
R-selektovaný druh (např. mnoho druhů hmyzu, jako jsou mšice) je druh, který se vyznačuje vysokou plodností, nízkou investicí rodičů do mláďat a vysokou úmrtností, než jedinci dosáhnou dospělosti. Evoluce podporuje produktivitu u r-vybraných druhů. Naproti tomu druhy K-vybrané (jako jsou lidé) mají nízkou míru plodnosti, vysokou úroveň rodičovské investice v mladém věku a nízkou míru úmrtnosti, když jednotlivci dospívají.
Evoluce u K-vybraných druhů podporuje efektivitu při přeměně více zdrojů na méně potomků. V důsledku neproduktivních mezidruhových vztahů mohou tito potomci vyhynout a stát se posledními zástupci jejich populace.
Historie teorie
Terminologii r/K-selection vytvořili ekologové Robert MacArthur a E. O. Wilson v roce 1967 na základě jejich práce na ostrovní biogeografii. Tato teorie umožňuje identifikovat příčiny populačních fluktuací.
Teorie byla populární v 70. a 80. letech 20. století, kdy byla používána jako heuristický prostředek, ale upadla v nemilost na počátku 90. let, kdy byla kritizována několika empirickými studiemi. Paradigma životní historie nahradilo paradigma výběru r/K, ale nadále zahrnuje mnoho z jeho důležitých témat. Touha po reprodukci je hlavníhnací síla evoluce, takže tato teorie je pro její studium extrémně užitečná.
R-selektované druhy jsou tedy ty, které kladou důraz na vysokou rychlost růstu, mají tendenci využívat méně přeplněné ekologické niky a produkují mnoho potomků, z nichž každý má relativně nízkou pravděpodobnost přežití do dospělosti (tj. vysoké r, nízké K). Typickým druhem r je pampeliška (rod Taraxacum).
V nestabilních nebo nepředvídatelných prostředích převažuje r-selekce kvůli schopnosti rychle se množit. Adaptace, které mu umožňují úspěšně konkurovat jiným organismům, mají jen malou výhodu, protože prostředí se pravděpodobně znovu změní. Mezi vlastnosti, o kterých se předpokládá, že charakterizují r-selekci, patří: vysoká plodnost, malá velikost těla, brzký nástup dospělosti, krátká generační doba a schopnost široce rozptýlit potomstvo.
Organismy, jejichž životní historie prochází r-selekcí, jsou často označovány jako r-stratégové. Organismy, které vykazují r-selektované znaky, mohou sahat od bakterií a rozsivek po hmyz a trávy, stejně jako různé sedmilaločné hlavonožce a drobné savce, zejména hlodavce. Diferenciální teorie K má nepřímou souvislost s přirozeným výběrem zvířat.
Výběr druhů
K-vybrané druhy vykazují rysy spojené s životem v hustotě nosné kapacity a mají tendenci být silnými konkurenty v přeplněných výklencích, které investují více do méněpočet potomků. Každý z nich má relativně vysokou pravděpodobnost, že se dožije dospělosti (tj. nízké r, vysoké k). Ve vědecké literatuře jsou r-vybrané druhy někdy označovány jako „oportunistické“, zatímco K-selektované druhy jsou popisovány jako „rovnovážné“.
Ve stabilních nebo předvídatelných podmínkách převládá K-selekce, protože schopnost úspěšně soutěžit o omezené zdroje je kritická a populace K-selektovaných organismů jsou obvykle co do počtu velmi konstantní a blízko maxima, které může prostředí Podpěra, podpora. Na rozdíl od r-selected, kde se velikost populace může měnit mnohem rychleji. Nízké počty vedou k incestu, který je jednou z příčin mutací.
Charakteristika
Vlastnosti považované za charakteristické pro K-selekci zahrnují velké tělesné rozměry, dlouhou životnost a produkci menšího počtu potomků, které často vyžadují pečlivou péči rodičů, dokud nejsou dospělí. Organismy, jejichž životní historie je K-selektovaná, se často označují jako K-stratégové nebo K-selektovaní. Mezi organismy s K-vybranými rysy patří velké organismy, jako jsou sloni, lidé a velryby, stejně jako menší organismy s delší životností, jako jsou rybáci polární, papoušci a orli. Nárůst populace je jedním z bojů o existenci.
Klasifikace organismů
Přestože některé organismy jsou primárně identifikovány jako r- nebo K-stratégové, většina organismů se tímto vzorem neřídí. Například stromy mají vlastnosti jako napřdlouhověkost a vysoká konkurenceschopnost, které je charakterizují jako K-stratégy. Při rozmnožování však stromy obvykle produkují tisíce potomků a rozptýlí je široce, což je typické pro r-stratégy.
Podobně plazi, jako jsou mořské želvy, mají r- i k-charakteristiky: ačkoli jsou mořské želvy velké organismy s dlouhou životností (za předpokladu, že dosáhnou dospělosti), produkují velké množství nepozorovaných potomků.
Jiné výrazy
Dichotomii r/K lze znovu vyjádřit jako spojité spektrum pomocí ekonomického konceptu diskontovaných budoucích výnosů, přičemž r-choice odpovídá velkým diskontním sazbám a K-choice odpovídá malým diskontním sazbám.
V oblastech se závažným narušením životního prostředí nebo sterilizací (např. po velké 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 rychlosti a ekologickému oportunismu mají primární kolonizátoři tendenci být stratégové a následuje řetězec rostoucí konkurence mezi rostlinami a zvířaty. Schopnost prostředí zvyšovat obsah energie fotosyntetickým zachycováním sluneční energie se zvyšuje s rostoucí komplexní biodiverzitou, protože r-druhy se množí na maximum možného spomocí strategií K.
Nová rovnováha
Nakonec dochází k nové rovnováze (někdy nazývané kulminující společenství), protože r-stratégové jsou postupně nahrazováni K-stratégy, kteří jsou konkurenceschopnější a lépe se přizpůsobují vznikajícím mikroekologickým změnám krajiny. Tradičně se biologická rozmanitost v této fázi považovala za maximalizovanou zaváděním nových druhů, což vedlo k nahrazení a místnímu vyhynutí endemických druhů. Hypotéza středního narušení však uvádí, že střední úrovně narušení v krajině vytvářejí skvrny na různých úrovních sukcese, což usnadňuje koexistenci kolonizátorů a konkurentů v regionálním měřítku.
I když se teorie r/K selekce obecně používá na úrovni druhů, je také užitečná pro studium evoluce ekologických a životních rozdílů mezi poddruhy. Například africká včela A. m. scutellata a italská včela A. m. ligustica. Na druhém konci stupnice se také používá ke studiu evoluční ekologie celých skupin organismů, jako jsou bakteriofágy.
Výzkumné názory
Někteří výzkumníci jako Lee Ellis, J. Philip Rushton a Aurelio Jose Figueredo aplikovali teorii výběru r/K na různé lidské chování, včetně delikvence, sexuální promiskuity, plodnosti a dalších rysů souvisejících s teorií historie života. Rushtonova práce ho vedla k vyvinutí „diferenciální K teorie“, aby se pokusil vysvětlit mnoho rozdílů v lidském chování napříč zeměpisnými oblastmi. A tato teorie byla kritizována mnoha dalšími výzkumníky. Posledně jmenovaný naznačuje, že vývoj lidských zánětlivých reakcí souvisí s volbou r/K.
Přestože teorie výběru r/K začala být široce používána v 70. letech 20. století, také se jí dostalo stále větší pozornosti. Zejména recenze ekologa Stephena S. Stearnse upozornila na mezery v teorii a na nejednoznačnosti v interpretaci empirických dat, aby ji ověřili.
Další výzkum
V roce 1981 Parryho přehled literatury o r/K selekci z roku 1981 ukázal, že neexistuje žádná shoda mezi výzkumníky používajícími teorii definování r- a K-selekce, což ho vedlo k pochybnostem o předpokladu vztahu mezi reprodukčními náklady. funkce.
Studie Templetona a Johnsona v roce 1982 ukázala, že v populaci Drosophila mercatorum (poddruh mouchy) vystavené K-selekci ve skutečnosti produkuje vyšší frekvenci znaků typicky spojených s r-selekcí. V letech 1977 až 1994 bylo také publikováno několik dalších studií, které odporují předpovědím teorie výběru r/K.
Když Stearns v roce 1992 revidoval stav teorie, poznamenal, že od roku 1977 do roku 1982 dosahovala služba vyhledávání literatury BIOSIS v průměru 42 citací teorií za rok, ale od roku 1984 do roku 1989 průměr klesl na 16 za rok. a nadále klesal. Došel k závěru, že teorie r/K byla kdysi užitečná heuristika, která již neslouží účelu v teorii historie života.
V poslední době panarchická teorie adaptivníchschopnosti a odolnost podporované S. S. Hollingem a Lance Gundersonem oživily zájem o teorii a používají ji jako způsob integrace sociálních systémů, ekonomie a ekologie.
Metapopulační ekologie
Metapopulační ekologie je zjednodušený model krajiny do oblastí různé úrovně kvality. Migranti pohybující se mezi lokalitami jsou strukturováni do metapopulací jako zdroje nebo propady. V metapopulační terminologii existují emigranti (jednotlivci, kteří lokalitu opustí) a přistěhovalci (jednotlivci, kteří se na lokalitu nastěhují).
Metapopulační modely zkoumají dynamiku stránek v průběhu času, aby zodpověděly otázky o prostorové a demografické ekologii. Důležitým konceptem v metapopulační ekologii je záchranný efekt, při kterém se sezónním přílivem nových imigrantů udržují malá místa nižší kvality (tj. propady).
Struktura metapopulace se rok od roku vyvíjí, přičemž některá místa jsou propady, jako jsou suchá léta, a stávají se prameny, když jsou podmínky příznivější. Ekologové používají směs počítačových modelů a terénních studií k vysvětlení struktury metapopulace. Věková struktura populace je přítomnost zástupců určitého věku v populaci.
Autoekologie
Starší termín autoekologie (z řečtiny: αὐτο, auto, „já“; οίκος, oikos, „domácnost“a λόγος, logos, „znalost“), označujezhruba ve stejném studijním oboru jako ekologie obyvatelstva. Vychází z dělení ekologie na autekologii - studium jednotlivých druhů ve vztahu k prostředí - a synekologii - studium skupin organismů ve vztahu k prostředí - nebo ekologii společenstev. Odum (americký biolog) věřil, že synekologie by měla být rozdělena na populační ekologii, komunitní ekologii a ekosystémovou ekologii, definující autoekologii jako „ekologii druhů“.
Biologové však již nějakou dobu uznávají, že větší úrovní organizace druhu je populace, protože na této úrovni je genofond druhu nejkonzistentnější. Ve skutečnosti Odum považoval „autoekologii“za „aktuální trend“v ekologii (tj. archaický termín), ačkoli zahrnul „ekologii druhů“jako jednu ze čtyř divizí ekologie.
První publikace Populační ekologie (původně nazvaná Population Ecology Research) byla vydána v roce 1952.
Výzkumné práce 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 populací jako dynamických systémů a biologické a environmentální procesy, které je řídí (například porodnost a úmrtnost, imigrace a emigrace). Příklady scénářů jsou stárnutí populace, růst nebo kontrakce.
Exponenciální růst popisuje neregulovanou reprodukci. To je v přírodě velmi neobvyklé vidět. Populační růst byl za posledních 100 let exponenciální.
Thomas M althus věřil, že růst populace povede k přelidnění a hladovění kvůli nedostatku zdrojů, včetně potravin. V budoucnu lidé nebudou schopni uživit velké populace. Biologickým předpokladem exponenciálního růstu je, že tempo růstu na hlavu je konstantní. Růst není omezen na nedostatek zdrojů nebo dravost.
Populační dynamika byla široce používána v několika aplikacích teorie řízení. Pomocí evoluční teorie her jsou populační hry široce aplikovány na různé průmyslové a každodenní kontexty. Používají se hlavně v systémech s více vstupy a více výstupy (MIMO), i když je lze upravit pro použití v systémech s jedním vstupem a jedním výstupem (SISO). Některé příklady použití jsou vojenské kampaně, distribuce zdrojů pro distribuci vody, expedice distribuovaných generátorů, laboratorní experimenty, dopravní problémy, komunikační problémy. Navíc s adekvátní kontextualizací produkčních problémů může být populační dynamika efektivním a snadno aplikovatelným řešením problémů kontroly. Proběhla a probíhá řada vědeckých studií.
Přelidnění
Přemnožení nastane, když populace druhu překročí únosnou kapacitu ekologické niky. To může být výsledekzvýšení porodnosti (plodnosti), snížení úmrtnosti, nárůst imigrace nebo neudržitelný biom a vyčerpání zdrojů. Navíc to znamená, že pokud je v jednom stanovišti příliš mnoho lidí, lidé omezují zdroje dostupné k přežití. Věková struktura populace nehraje zvláštní roli.
V přírodě přemnožení často způsobuje nárůst populací predátorů. To má za následek kontrolu populace kořisti a zajištění jejího vývoje ve prospěch genetických vlastností, které ji činí méně zranitelnou vůči predátorům (a predátor se může vyvíjet společně).
V nepřítomnosti predátorů jsou druhy vázány zdroji, které mohou najít ve svém prostředí, ale to nemusí nutně kontrolovat přelidnění. Alespoň krátkodobě. Bohatý přísun zdrojů může vést k populačnímu boomu následovanému populační krizí. Hlodavci, jako jsou lumíci a hraboši, mají tyto cykly rychlého růstu populace a následného poklesu. Populace zajíců na sněžnicích se také dramaticky cyklicky mění, stejně jako jeden z predátorů, kteří je loví, rys. Sledování tohoto trendu je mnohem jednodušší než identifikace genomu populace.
