Популяция экологиясы – түрлердің популяциясының динамикасын және осы популяциялардың қоршаған ортамен әрекеттесуін қарастыратын экологияның бөлімі. Бұл түрлердің популяция мөлшерінің уақыт пен кеңістікте қалай өзгеретінін зерттеу. Бұл термин көбінесе популяция биологиясы немесе популяция динамикасы деген мағынада қолданылады. Тіршілік үшін күрес түрлерін де жиі сипаттайды. Табиғи сұрыпталудың арқасында барынша бейімделген даралар саны артады.
Биологияда популяция дегеніміз белгілі бір түрдің немесе оның бір аумақта тұратын белгілі бір өкілдерінің таралу дәрежесі.
Тарих
Бәрі қалай басталды? Популяция экологиясының дамуы негізінен демографияға және қазіргі өмір кестелеріне байланысты. Бұл бөлім қазіргі экологиялық жағдайларда өте маңызды.
Популяция экологиясы табиғатты қорғау биологиясында маңызды, әсіресе бұл кездебелгілі бір тіршілік ету ортасында түрдің ұзақ мерзімді қалу ықтималдығын болжайтын популяцияның өміршеңдігін талдауды (PVA) әзірлеу. Бұл экология биологияның кіші түрі болғанымен, популяция динамикасы саласында жұмыс істейтін математиктер мен статистиктерге қызықты есептерді ұсынады. Биологияда популяция орталық терминдердің бірі болып табылады.
Модельдер
Кез келген ғылым сияқты экология да үлгілерді пайдаланады. Популяцияның өзгеруінің жеңілдетілген үлгілері әдетте төрт негізгі айнымалыдан (төрт демографиялық процесс) басталады, соның ішінде өлім, туу, иммиграция және эмиграция. Демографиялық жағдайдың және халықтың эволюциясының өзгеруін есептеу үшін қолданылатын математикалық модельдер сыртқы әсердің жоқтығын болжайды. Модельдер "…бір уақытта бірнеше бәсекелес гипотеза деректермен соқтығысқанда" математикалық тұрғыдан күрделірек болуы мүмкін.
Популяция дамуының кез келген моделін геометриялық популяциялардың белгілі бір қасиеттерін математикалық жолмен шығару үшін пайдалануға болады. Геометриялық өсіп келе жатқан популяция - бұл тұқымдық ұрпақтар қабаттаспайтын популяция. Әрбір ұрпақта Ne деп белгіленген тиімді популяция мөлшері (және аумақ) болады, бұл популяциядағы кез келген репродуктивті ұрпақта өсе алатын және өсіретін даралар саны. Мазасыздық тудыратын нәрсе.
Таңдау теориясы r/K
Популяция экологиясындағы маңызды концепция r/K селекция теориясы болып табылады. Бірінші айнымалы r (табиғи өсудің ішкі жылдамдығыпопуляция мөлшері, ол тығыздыққа байланысты емес), ал екінші айнымалы K (популяцияның өткізу қабілеті, тығыздыққа байланысты). Бұл ретте түр ішілік қарым-қатынастар белгілі бір рөл атқарады.
R-таңдалған түрлер (мысалы, тли сияқты көптеген жәндіктер түрлері) жоғары ұрықтандыру көрсеткіштеріне, кәмелетке толмағандарға ата-анасының аз инвестициясына және жеке адамдар жетілгенге дейін өлім-жітім көрсеткіштері жоғары түрлерге жатады. Эволюция r-таңдалған түрлерде өнімділікке ықпал етеді. Керісінше, K-таңдалған түрлердің (адамдар сияқты) туу көрсеткіштері төмен, ата-анасының жас кезіндегі инвестициясының жоғары деңгейі және жеке адамдар жетілген сайын өлім деңгейі төмен.
K-таңдалған түрлердің эволюциясы көбірек ресурстарды аз ұрпаққа айналдыру тиімділігіне ықпал етеді. Түр аралық өнімсіз қарым-қатынастардың нәтижесінде бұл ұрпақтар жойылып, олардың популяциясының соңғы өкілдеріне айналуы мүмкін.
Теория тарихы
r/K-таңдау терминологиясын 1967 жылы экологтар Роберт МакАртур мен Э. О. Уилсон арал биогеографиясы бойынша жұмысының негізінде ойлап тапты. Бұл теория халық санының ауытқуының себептерін анықтауға мүмкіндік береді.
Теория 1970 және 1980 жылдары эвристикалық құрылғы ретінде пайдаланылған кезде танымал болды, бірақ 1990-шы жылдардың басында ол бірнеше эмпирикалық зерттеулердің сынына ұшыраған кезде ұнамсыз болды. Өмір тарихы парадигмасы r/K таңдау парадигмасын ауыстырды, бірақ оның көптеген маңызды тақырыптарын қамтуды жалғастыруда. Көбеюге деген құштарлық ең бастысыэволюцияның қозғаушы күші, сондықтан бұл теория оны зерттеу үшін өте пайдалы.
Осылайша, r-таңдалған түрлер – өсу қарқынының жоғары болуына баса назар аударатын, толып жатқан экологиялық тауашаларды пайдалануға бейім және әрқайсысының ересек жасқа дейін тірі қалу ықтималдығы салыстырмалы түрде төмен (яғни, жоғары r, төмен) көп ұрпақ беретін түрлері. K). r типтік түрі – одуванчик (Taraxacum тұқымдасы).
Тұрақсыз немесе болжау мүмкін емес орталарда жылдам көбейту мүмкіндігіне байланысты r таңдауы басым болады. Басқа организмдермен сәтті бәсекелесуге мүмкіндік беретін бейімделулердің артықшылығы аз, өйткені қоршаған орта қайтадан өзгеруі мүмкін. r-таңдауды сипаттайтын белгілерге мыналар жатады: жоғары ұрықтандыру, кішкентай дене өлшемдері, ерте пісіп-жетілу, ұрпақтың қысқа уақыты және ұрпақты кеңінен тарату мүмкіндігі.
Тіршілік тарихы r-селекциядан өткен ағзалар жиі r-стратегтер деп аталады. r-таңдалған белгілерді көрсететін организмдер бактериялар мен диатомдардан бастап жәндіктер мен шөптерге дейін, сондай-ақ әртүрлі жеті қырлы цефалоподтар мен ұсақ сүтқоректілер, әсіресе кеміргіштер болуы мүмкін. К дифференциалдық теориясы жануарлардың табиғи сұрыпталуымен жанама байланысы бар.
Түрлердің таңдауы
K-таңдалған түрлер жүк көтергіштігінің тығыздығына жақын жерде өмір сүруге байланысты қасиеттерді көрсетеді және азырақ инвестиция салатын толып жатқан тауашалардағы күшті бәсекелестер болады.ұрпақтардың саны. Олардың әрқайсысының ересек жасқа дейін тірі қалу ықтималдығы салыстырмалы түрде жоғары (яғни, төмен r, жоғары k). Ғылыми әдебиеттерде r-таңдалған түрлер кейде «оппортунистік» деп аталады, ал K-таңдалған түрлер «тепе-теңдік» деп сипатталады.
Тұрақты немесе болжамды жағдайларда K-таңдауы басым болады, өйткені шектеулі ресурстар үшін сәтті бәсекелесу қабілеті өте маңызды және K-таңдалған организмдердің популяциялары әдетте сан жағынан өте тұрақты және қоршаған орта мүмкін болатын максимумға жақын болады. қолдау көрсету. Популяция мөлшері әлдеқайда жылдам өзгеруі мүмкін r-таңдаулыдан айырмашылығы. Төмен сандар инцестке әкеледі, бұл мутацияның себептерінің бірі.
Сипаттамалар
К-таңдауға тән белгілерге үлкен дене өлшемі, ұзақ өмір сүру және азырақ ұрпақ әкелу жатады, олар көбінесе жетілгенге дейін ата-ананың мұқият күтімін қажет етеді. Өмір тарихы K-таңдалған организмдер көбінесе K-стратегтері немесе К-таңдалған деп аталады. К-таңдалған белгілері бар организмдерге пілдер, адамдар және киттер сияқты ірі организмдер, сондай-ақ арктикалық қарақұйрық, тотықұс және бүркіт сияқты кішірек, ұзақ өмір сүретін организмдер жатады. Халықтың көбеюі – өмір сүру үшін күрестің бірі.
Ағзалардың классификациясы
Кейбір организмдер негізінен r- немесе K-стратегтері ретінде анықталғанымен, көптеген ағзалар бұл үлгіні ұстанбайды. Мысалы, ағаштардың қасиеттері барұзақ өмір сүру және жоғары бәсекеге қабілеттілік, бұл оларды K-стратегтері ретінде сипаттайды. Дегенмен, өсіру кезінде ағаштар әдетте мыңдаған ұрпақ береді және оларды кеңінен таратады, бұл r-стратегтерге тән.
Сол сияқты теңіз тасбақалары сияқты бауырымен жорғалаушылардың r- және k-сипаттамалары бар: теңіз тасбақалары ұзақ өмір сүретін үлкен организмдер болғанымен (егер олар ересек жасқа жеткенде), олар байқалмайтын ұрпақтардың көп санын береді.
Басқа өрнектер
r/K дихотомиясын үлкен дисконт мөлшерлемелеріне сәйкес r-таңдау және шағын дисконт мөлшерлемелеріне сәйкес K-таңдауымен дисконтталған болашақ кірістердің экономикалық тұжырымдамасын пайдаланып үздіксіз спектр ретінде қайта көрсетуге болады.
Қоршаған ортаның қатты бұзылуы немесе зарарсыздандыруы бар аймақтарда (мысалы, Кракатоа немесе Әулие Елена тауы сияқты ірі жанартау атқылауынан кейін) r- және K-стратегтері экожүйені қалпына келтіретін экологиялық реттілікте әртүрлі рөл атқарады. Олардың жоғары репродуктивті қарқыны мен экологиялық оппортунизміне байланысты, бастапқы колонизаторлар әдетте стратег болып табылады және олар өсімдіктер мен жануарлар әлемі арасындағы өсіп келе жатқан бәсекелестікке ұласады. Күн энергиясын фотосинтетикалық жолмен алу арқылы қоршаған ортаның энергия мазмұнын ұлғайту қабілеті күрделі биоәртүрліліктің артуымен артады, өйткені r-түрлері барынша көбейеді. K.
стратегияларын пайдалану
Жаңа тепе-теңдік
Ақырында жаңа тепе-теңдік (кейде шарықтау шегі деп аталады) пайда болады, өйткені r-стратегтері бірте-бірте бәсекеге қабілетті және жаңа микроэкологиялық ландшафт өзгерістеріне жақсы бейімделген K-стратегтерімен ауыстырылады. Дәстүрлі түрде биоәртүрлілік осы кезеңде жаңа түрлердің енгізілуімен барынша ұлғайып, нәтижесінде эндемикалық түрлердің орнын ауыстырып, жергілікті түрде жойылады деп есептелді. Дегенмен, аралық бұзылу гипотезасы ландшафттағы бұзылыстың аралық деңгейлері аймақтық масштабта колонизаторлар мен бәсекелестердің қатар өмір сүруін жеңілдетіп, сабақтастықтың әртүрлі деңгейлерінде патчтарды жасайтынын айтады.
Жалпы түр деңгейінде қолданылғанымен, r/K селекция теориясы кіші түрлер арасындағы экологиялық және өмірлік айырмашылықтардың эволюциясын зерттеу үшін де пайдалы. Мысалы, африкалық бал арасы А. м. scutellata және итальяндық ара A. m. ligustica. Шкаланың екінші жағында ол бактериофагтар сияқты организмдердің тұтас топтарының эволюциялық экологиясын зерттеу үшін де қолданылған.
Зерттеу пікірлері
Ли Эллис, Дж. Филипп Руштон және Аурелио Хосе Фигередо сияқты кейбір зерттеушілер r/K таңдау теориясын адамның әртүрлі мінез-құлқына, соның ішінде құқық бұзушылық, жыныстық азғындық, фертильділік және өмір тарихы теориясына қатысты басқа да қасиеттерге қолданды. Руштонның жұмысы оны географиялық аймақтардағы адам мінез-құлқындағы көптеген айырмашылықтарды түсіндіруге тырысу үшін «дифференциалды K теориясын» дамытуға әкелді. Және бұл теория көптеген басқа зерттеушілер тарапынан сынға ұшырады. Соңғысы адамның қабыну реакцияларының эволюциясы r/K таңдауына байланысты екенін айтты.
r/K таңдау теориясы 1970 жылдары кеңінен қолданыла бастағанымен, оған да көбірек көңіл бөлінді. Атап айтқанда, эколог Стивен С. Стернстің шолуы теориядағы олқылықтарға және оны сынау үшін эмпирикалық деректерді түсіндірудегі екіұштылыққа назар аударды.
Қосымша зерттеулер
1981 жылы Парридің 1981 жылы r/K таңдауы бойынша әдебиеттерге шолуы зерттеушілер арасында r- және K-таңдауды анықтау теориясын қолданатын келісімнің жоқтығын көрсетті, бұл оның репродуктивтіліктің арасындағы байланыс туралы болжамға күмән келтіруіне әкелді. шығындар. функция.
1982 жылы Темплтон мен Джонсонның зерттеуі K-таңдауға ұшыраған Drosophila mercatorum популяциясында (шыбынның кіші түрі) шын мәнінде r-таңдаумен байланысты белгілердің жоғары жиілігін тудыратынын көрсетті. r/K таңдау теориясының болжамдарына қайшы келетін бірнеше басқа зерттеулер де 1977 және 1994 жылдар арасында жарияланған.
Стернс 1992 жылы теорияның күйін қарастырған кезде, ол 1977-1982 жылдар аралығында BIOSIS әдебиет іздеу қызметі жылына орта есеппен 42 теориялық сілтеме жасағанын, бірақ 1984 жылдан 1989 жылға дейін орташа көрсеткіш жылына 16-ға дейін төмендегенін атап өтті. және төмендеуін жалғастырды. Ол r/K теориясы бір кездері өмір тарихы теориясында енді мақсатқа қызмет етпейтін пайдалы эвристика болды деген қорытындыға келді.
Жақында бейімделудің панархиялық теориясыС. С. Холлинг пен Лэнс Гундерсон көтерген қабілеттер мен төзімділік теорияға деген қызығушылықты оятты және оны әлеуметтік жүйелерді, экономиканы және экологияны біріктіру тәсілі ретінде пайдалануда.
Метапопуляция экологиясы
Метапопуляция экологиясы – әртүрлі сапа деңгейі бар аймақтарға ландшафттың жеңілдетілген үлгісі. Сайттар арасында қозғалатын мигранттар көздер немесе шұңғылшалар ретінде метапопуляцияларда құрылымдалған. Метапопуляция терминологиясында эмигранттар (сайттан кететін адамдар) және иммигранттар (сайтқа көшетін адамдар) бар.
Метапопуляция үлгілері кеңістіктік және демографиялық экология туралы сұрақтарға жауап беру үшін уақыт бойынша сайт динамикасын зерттейді. Метапопуляция экологиясындағы маңызды тұжырымдама жаңа иммигранттардың маусымдық ағыны арқылы сапасы төмен шағын патчтар (яғни раковиналар) сақталатын құтқару эффектісі болып табылады.
Метапопуляцияның құрылымы жылдан-жылға дамиды, мұнда кейбір учаскелер құрғақ жылдар сияқты суға батып, қолайлы жағдайлар болған кезде бұлақтарға айналады. Экологтар метапопуляция құрылымын түсіндіру үшін компьютерлік модельдер мен далалық зерттеулердің қоспасын пайдаланады. Популяцияның жас құрылымы - популяцияда белгілі бір жастағы өкілдердің болуы.
Автоэкология
Көне автоэкология термині (грек тілінен: αὐτο, авто, «өзіндік»; οίκος, oikos, «үй шаруашылығы» және λόγος, logos, «білім»)шамамен популяция экологиясы сияқты зерттеу саласында. Ол экологияның аутэкология – жеке түрлерді қоршаған ортамен байланысын зерттейтін – және синекология – организмдер топтарын қоршаған ортамен байланысты зерттейтін – немесе қауымдық экология деп бөлуден туындайды. Одум (американдық биолог) синэкологияны популяция экологиясы, қауымдастық экологиясы және экожүйе экологиясы деп бөлу керек деп есептеп, автоэкологияны «түрлер экологиясы» деп анықтады.
Алайда, біраз уақыт бойы биологтар түрдің ұйымдасуының үлкен деңгейі популяция екенін мойындады, өйткені бұл деңгейде түрдің гендік қоры барынша сәйкес келеді. Шын мәнінде, Одум "автоэкологияны" экологиядағы "қазіргі тенденция" (яғни архаикалық термин) ретінде қарастырды, дегенмен ол "түрлер экологиясын" экологияның төрт бөлімінің бірі ретінде қосқан.
Популяция экологиясының алғашқы басылымы (бастапқыда Population Ecology Research деп аталады) 1952 жылы шықты.
Популяция экологиясы бойынша ғылыми еңбектерді жануарлар экологиясы журналдарынан да табуға болады.
Популяция динамикасы
Популяция динамикасы – динамикалық жүйе ретінде популяциялардың мөлшері мен жас құрамын және оларды қозғайтын биологиялық және экологиялық процестерді (мысалы, туу мен өлім, иммиграция мен эмиграция) зерттейтін өмір туралы ғылымның бір саласы.. Сценарий мысалдары популяцияның қартаюы, өсуі немесе қысқаруы болып табылады.
Экспоненциалды өсу реттелмейтін көбеюді сипаттайды. Табиғатта бұл өте ерекше көрініс. Соңғы 100 жылда халық санының өсуі экспоненциалды болды.
Томас Мальтус халық санының өсуі халықтың шамадан тыс көбеюіне және ресурстардың, соның ішінде азық-түліктің жетіспеушілігіне байланысты аштыққа әкеледі деп есептеді. Болашақта адамдар үлкен популяцияны асырай алмайды. Экспоненциалды өсудің биологиялық болжамы жан басына шаққандағы өсу қарқыны тұрақты болып табылады. Өсу тек ресурстардың тапшылығымен немесе жыртқыштықпен шектелмейді.
Популяция динамикасы басқару теориясының бірнеше қосымшаларында кеңінен қолданылды. Эволюциялық ойын теориясын пайдалана отырып, халық ойындары әртүрлі өндірістік және күнделікті контексттерде кеңінен қолданылады. Негізінен бірнеше кіріс, көп шығыс (MIMO) жүйелерінде қолданылады, бірақ олар бір кіріс, бір шығыс (SISO) жүйелерінде пайдалануға бейімделуі мүмкін. Кейбір қолдану мысалдары әскери жорықтар, суды бөлу үшін ресурстарды бөлу, бөлінген генераторларды жіберу, зертханалық эксперименттер, көлік проблемалары, байланыс проблемалары болып табылады. Сонымен қатар, өндірістік проблемаларды адекватты контекстуализациялау кезінде популяция динамикасы бақылау мәселелеріне тиімді және қолдануға оңай шешім бола алады. Көптеген ғылыми зерттеулер жүргізілді және жалғасуда.
Халқының артық саны
Популяцияның шамадан тыс көбеюі түрдің популяциясы экологиялық тауашаның өткізу қабілетінен асып кеткенде пайда болады. Бұл нәтиже болуы мүмкінтуу көрсеткішінің артуы (туу көрсеткіші), өлім деңгейінің төмендеуі, иммиграцияның немесе тұрақсыз биоманың артуы және ресурстардың сарқылуы. Оның үстіне, бұл бір мекенде тым көп адам болса, адамдар өмір сүру үшін қолда бар ресурстарды шектейтінін білдіреді. Халықтың жас құрылымы ерекше рөл атқармайды.
Жабайы табиғатта популяцияның шамадан тыс көбеюі жыртқыштар популяциясының көбеюіне жиі себеп болады. Бұл жыртқыштар популяциясын бақылауға және оның жыртқыштарға осалдығын азайтатын (және жыртқыш бірге дами алады) генетикалық сипаттамалардың пайдасына дамуын қамтамасыз етеді.
Жыртқыштар болмаған жағдайда түрлер өздерінің қоршаған ортасынан таба алатын ресурстармен байланысты, бірақ бұл міндетті түрде артық популяцияны бақылай алмайды. Кем дегенде қысқа мерзімде. Ресурстардың мол болуы халық санының өсуіне, содан кейін халық дағдарысына әкелуі мүмкін. Леммингтер мен тышқандар сияқты кеміргіштерде популяцияның жылдам өсуінің және кейіннен төмендеуінің осындай циклдері бар. Қарлы қояндардың популяциясы да, оларды аулайтын жыртқыштардың бірі, сілеусін сияқты, күрт өзгереді. Бұл үрдісті қадағалау популяцияның геномын анықтаудан әлдеқайда оңай.
