Демэкология

Что такое демэкология 

Демэкология — это наука, которая занимается изучением процессов, влияющих на распределение и численность популяций животных и растений. Демэкология также изучает динамику популяции видов и то, как эти популяции взаимодействуют с окружающей средой.

Организмы вида, живущие вместе в группе в определенном месте, в биологии называются популяцией.

Популяция — это совокупность организмов в данном месте. Эти организмы, поскольку они принадлежат к одному и тому же виду, могут скрещиваться и производить больше своих видов.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Географические границы популяции легко установить для некоторых видов, но сложнее для других. Например, растения или животные, населяющие острова, имеют географический ареал, определяемый периметром острова. Напротив, некоторые виды рассредоточены на огромных пространствах, и границы местных популяций определить сложнее. Существует континуум от закрытых популяций, которые географически изолированы от других популяций того же вида и не имеют обмена с ними, до открытых популяций, которые демонстрируют различную степень взаимосвязанности.

Популяция включает особей всех возрастов или стадий данного вида: молодых особей до репродуктивного возраста и взрослых особей репродуктивного возраста. В большинстве популяций преобладают молодые и пожилые особи. Количественная оценка численности особей каждого возраста или стадии дает демографическую структуру населения. В дополнение к демографической структуре популяции различаются по общему числу особей, называемому численностью, и по тому, насколько плотно эти особи собраны вместе, называемой плотностью.

Географический ареал популяции имеет пределы или границы, установленные физическими ограничениями, которые может переносить данный вид, такими как температура или засушливость, а также вторжением других видов. Популяционные экологи часто сначала рассматривают динамику изменения численности населения с течением времени, независимо от того, увеличивается ли численность населения, сокращается или остается неизменной с течением времени.

Примечание 1

Демэкология является областью экологии, которая занимается динамикой популяций видов и тем, как эти популяции взаимодействуют с окружающей средой, например, показателями рождаемости и смертности, а также иммиграцией и эмиграцией.

Эта дисциплина важна в биологии охраны, особенно при разработке анализа жизнеспособности популяции, который позволяет прогнозировать долгосрочную вероятность сохранения вида на данном участке среды обитания. Хотя демэкология является подразделом биологии, она является объектом интереса для математиков и статистиков, работающих в области динамики населения.

Когда появилась, кто ввел понятие

В начале XX века экология была разделена на две группы:

  • аутоэкологию — изучение отдельных видов по отношению к окружающей среде;
  • синэкологию — изучение групп видов по отношению к окружающей среде.

Американский биолог и эколог Юджин Одум в середине XX века предложил синэкологию разделить на демэкологию, экологию сообществ и экологию экосистем, переименовав аутоэкологию в экологию видов (Одум считал «аутоэкологию» архаичным термином), таким образом получилось четыре подразделения экологии.

Термин «популяционная экология» был придуман и впервые использован американским биологом, социологом Эдвардом Осборном Уилсоном в 1971 году при изучении динамики численности населения в свете математических и аналитических моделей.

Чем занимается, краткое описание

Демэкология изучает факторы, которые влияют на популяцию, как и почему популяция меняется с течением времени. Демэкология имеет свои глубочайшие исторические корни и богатейшее развитие в изучении роста населения, регулирования и динамики, или демографии. Рост численности населения служит важной моделью для популяционных экологов и является одной из важнейших экологических проблем XXI века. Но все популяции, от болезнетворных организмов до рыбных запасов, добытых в дикой природе, и лесных деревьев, до видов, разработанных в лабораториях, являются предметом демэкологии.

История жизни организма — это исследование основных событий, связанных с его ростом, развитием, размножением и выживанием. Жизненные истории сильно различаются от одного вида к другому.

Пример 1

Некоторые организмы умирают сразу после размножения (некоторые лососи и бамбук, многие насекомые и все зерновые культуры), в то время как другие продолжают размножаться повторно (большинство растений и позвоночных).

Изучение популяционной экологии включает в себя понимание, объяснение и прогнозирование распределения видов. Почему виды обитают в определенных районах и как им не дают выйти за пределы своего ареала? Такие вопросы о диапазоне стали популярными в последнее десятилетие или около того в ответ на озабоченность по поводу изменения климата.

Популяция

Популяции как групповые объединения обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждому отдельному индивиду. Члены одной популяции оказывают друг на друга не меньшее влияние, чем физические факторы окружающей среды или другие виды организмов, живущих вместе. В какой-то степени все формы коммуникации, характерные для межвидовых отношений, проявляются в популяциях, но наиболее распространенными являются взаимовыгодные и конкурентные отношения.

Специфические внутривидовые отношения — это отношения, связанные с размножением: между особями разного пола и между родительским и дочерним поколениями.

Общие изменения численности формируются четырьмя явлениями:

  • рождение;
  • смерть;
  • иммиграция индивидов;
  • эмиграция индивидов.
Примечание 2

Коэффициент рождаемости — количество новых особей, появляющихся в единицу времени в результате размножения. Плодовитость зависит от соотношения сезона размножения и общей продолжительности жизни, а также от плодовитости особей. Средняя плодовитость каждого вида исторически определяется как механизм, позволяющий восстановить утраченные популяции, при благоприятных условиях плодовитость обычно низкая, а при неблагоприятных условиях высокая.

Характер фертильности зависит от скорости полового созревания и соотношения самцов и самок в популяции, количества поколений за сезон, от степени родительской заботы или обеспечения яйцеклеток питанием. Виды, которые выхаживают и охраняют свое потомство, имеют очень низкую плодовитость. Высокая плодовитость характерна для видов с высокой смертностью, особенно когда на них оказывают давление хищники.

Численность и плотность популяции зависят не только от рождаемости, но и от смертности населения.

Смертность — это количество людей, умерших за данный период. Смертность варьируется в зависимости от генетической и физиологической полезности животных, условий окружающей среды, возраста, состояния популяции и выражается в процентах к начальной или средней численности популяции.

Динамика численности популяции

На динамику численности популяции большое влияние оказывает миграция особей, то есть обмен популяциями. Уход индивидов из популяции или ее пополнение чужаками (иммиграция) — это явление, основанное на одной из важнейших особенностей — ее способности к расширению. Сбалансированная интенсивность рождаемости и смертности формирует стабильную популяцию, в которой смертность компенсируется ростом, а ее численность и среда обитания поддерживаются на прежнем уровне. Однако в природе практически не существует стабильных популяций, так как не существует постоянно стабильного состояния окружающей среды и отношений внутри популяции. Чаще всего наблюдается превышение рождаемости над смертностью, и популяции растут до такой степени, что может произойти вспышка массового размножения, что особенно актуально для мелких животных. Эти популяции называются растущими.

Когда популяция чрезмерно растет, условия ее жизни ухудшаются, и происходит перенаселение, запасы продовольствия и энергии уменьшаются. Это приводит к резкому росту смертности, в результате чего население начинает сокращаться. → Если уровень смертности превышает уровень рождаемости, численность популяции сокращается. Но он не может уменьшаться бесконечно. При определенных условиях смертность начинает снижаться, а рождаемость увеличивается, и постепенно популяция превращается в стабильную популяцию.

Узкое место популяции — это тот порог прорыва, при котором популяция либо восстанавливает свою первоначальную численность, либо вымирает до полного исчезновения после того, как на нее обрушится техногенное или стихийное бедствие.

Оно характеризуется внезапным и резким сокращением численности населения. Для этого резкого сокращения может быть несколько причин, таких как:

  1. Экологические и стихийные бедствия, циклоны, лесные пожары, град, наводнения, засуха, вспышки болезней и т. д.
  2. Техногенные катастрофы, такие как вымирание вида, от которого эта популяция зависела в своих продовольственных ресурсах, завершение жизненного цикла и т. д.
  3. Преднамеренное уничтожение видов, чрезмерная эксплуатация для нужд человека и т.д. Обычно это происходит в течение короткого периода времени.

Примеры популяции

Существуют различные примеры численности популяции:

  1. Популяции, находящиеся под угрозой исчезновения.
    Популяции северных морских слонов. Из-за чрезмерной охоты на эти организмы в XIX веке их популяции сократились и приблизились к исчезновению. Даже несмотря на усилия по борьбе с этим и исправлению неправильного обращения с людьми на протяжении многих лет, процесс вымирания нельзя остановить. То же самое произошло с северными морскими слонами, и они потеряли свою генетическую изменчивость. Нынешняя генетическая изменчивость в их популяции очень низка. Популяции гепардов. Популяции гепардов находятся под угрозой исчезновения из-за низких генетических вариаций. Это самое быстрое наземное животное на планете, и потеря такого ценного вида и его популяции — большая потеря для планеты.
  2. Популяции бактерий.
    В наших кишках живут различные бактерии. Роли, которые они выполняют в правильном функционировании организма, незаменимы. Нынешняя тенденция продажи пробиотиков и пребиотиков в супермаркетах во многом связана с популяциями микробиоты в нашем кишечнике. Регулярное употребление ферментированных продуктов, соленых огурцов, творога, пробиотической пищи и напитков всегда было частью традиционного образа жизни людей во всем мире. Все эти виды пищи помогают поддерживать здоровую популяцию полезных бактерий в нашем кишечнике.

Какие подходы применяются в популяционной экологии

Пример 1

Популяционному экологу необходимо изучить различные популяции тюленей в Белом море. Его задача состоит в том, чтобы ответить на вопросы, связанные с популяционной экологией тюленей в этом море. Прежде всего, нужно выяснить, сколько всего тюленей в популяции. В популяционной экологии численность популяции, обозначаемая как NNN, представляет собой общее число особей в популяции. Например, если в море 50000 тюленей, численность популяции равна 50000.

Иногда более интересной ценностью для эколога является не только численность популяции, но и то, как численность распределена или рассредоточена по данной территории. В этом случае некоторые вопросы, представляющие интерес, будут:

  1. Как именно распределена популяция в пределах данной территории?
  2. Много ли тюленей, плотно прижатых друг к другу в одном районе? Или они более равномерно распределены по всему району?

Чтобы ответить на эти вопросы, эколог должен узнать плотность популяции или количество особей на единицу площади или объема.
Чтобы лучше понять различные возможные способы распределения популяций в пределах данной области, эколог может сосредоточиться на рассеянии популяции или на характере распределения особей в границах популяции. В экологии особи в популяции могут быть распределены тремя основными способами: равномерным, случайным или сгруппированным распределением.
Часто распределение особей в популяции дает больше информации о том, как они взаимодействуют друг с другом — и с окружающей средой, — чем простое измерение плотности.

В дополнение к знанию плотности и дисперсии популяции, еще одним фактором, который важно изучать в популяционной экологии, является то, как меняется численность популяции (NNN) с течением времени. Важно помнить, что экология — это динамичное исследование, а это означает, что оно предполагает изучение изменений, происходящих с группами организмов, и того, как эти изменения влияют на их постоянное взаимодействие с биотическими и абиотическими факторами окружающей среды.

Примечание 3

Экологи используют различные математические методы для моделирования динамики популяции (как популяции меняются по размеру и составу с течением времени).

При экспоненциальном росте темпы роста популяции на душу населения (на одну особь) остаются неизменными независимо от численности популяции, в результате чего она растет все быстрее и быстрее по мере своего увеличения.
В природе население может расти экспоненциально в течение некоторого периода, но в конечном счете оно будет ограничено доступностью ресурсов.

Пример 2

Например, если бы у зайцев были неограниченные ресурсы (например, еда, вода, кров, товарищи), численность их популяции (NNN) продолжала бы расти в геометрической прогрессии. В этом мире неограниченных ресурсов нет никаких экологических ограничений для сокращения численности их популяции, и поэтому местность, где они обитают, был бы абсолютно полон зайцев.

При логистическом росте темпы роста на душу популяции становятся все меньше и меньше по мере приближения численности населения к максимуму, обусловленному ограниченными ресурсами окружающей среды, известными как пропускная способность (ККК).
Экспоненциальный рост создает J-образную кривую, в то время как логистический рост создает S-образную кривую.

логистический рост создает S-образную кривую
Источник: bstudy.net

В действительности экспоненциальный рост трудно поддерживать в течение длительных периодов времени для любой популяции (включая зайцев), поскольку ресурсы ограничены по своей природе. Если это так, то что произойдет с популяцией кроликов после того, как она начнет сталкиваться с такими ограничениями роста? Чтобы ответить на этот вопрос, мы можем использовать другую модель роста, используемую экологами, известную как логистическая модель роста.
В модели логистического роста население испытывает выравнивание экспоненциального роста из-за ограничения ресурсов. В свою очередь, форма графика, которая раньше была J-образной кривой, теперь меняется на S-образную кривую на графике, моделирующем рост населения.

Что именно определяет это «выравнивание» прироста населения? В популяционной экологии пропускная способность, обозначаемая как KKK, представляет собой максимальную численность населения, которая может поддерживаться имеющимися ресурсами в окружающей среде. Как только пропускная способность (ККК) достигнута, численность населения, как правило, колеблется в пределах (ККК), периодически немного превышая и ниже этой численности населения в зависимости от имеющихся ресурсов в окружающей среде.

Регулирование роста численности популяции

В модели логистического роста популяция всегда будет в конечном итоге сталкиваться с некоторым сопротивлением росту, особенно когда популяция достигает пропускной способности. Популяционному экологу стоит выяснить, какие именно факторы регулируют или влияют на размер и рост популяции организмов?

На рост популяции кроликов влияют два основных фактора:

  • факторы, зависящие от плотности, при которых плотность популяции в данный момент времени влияет на темпы ее роста;
  • факторы, не зависящие от плотности, которые влияют на темпы роста популяции независимо от плотности популяции.

Факторы, зависящие от плотности:

  1. Конкуренция в условиях перенаселенности популяции, увеличение плотности популяции усиливают конкуренцию за ресурсы и может привести к уменьшению численности популяции (NNN). Много зайцев = большая конкуренция за ограниченные ресурсы.
  2. Хищничество. По мере того, как популяция добычи становится все более плотной, хищникам может быть легче питаться этим видом, Много зайцев = много легких целей для хищных кошек.
  3. Болезни. В плотных популяциях болезни могут распространяться быстрее и могут привести к уменьшению численности популяции (NNN). Много зайцев = много организмов для вирусов и бактерий.

Факторы, не зависящие от плотности, совершенно разные. Многие абиотические (неживые) факторы влияют на смертность населения независимо от его плотности, включая погоду, стихийные бедствия и загрязнение окружающей среды. Отдельный заяц может погибнуть в результате катастрофического землетрясения на острове, независимо от того, сколько зайцев окажется в этом районе. Его шансы на выживание одинаковы независимо от того, высока или низка плотность населения, что является примером фактора, не зависящего от плотности.

Примечание 4

Многие могут ошибочно подумать, что как только популяция достигает своей пропускной способности (ККК), его численность больше не меняется. Население не остается постоянно на уровне пропускной способности. Факторы постоянно меняются, что влияет на популяцию и его рост. Наиболее стабильная численность популяции колеблется в районе KKK.

Также численность популяции не всегда растет. Иногда популяция может испытывать достаточно серьезные проблемы, которые приводят к уменьшению ее численности. Уменьшение численности популяции вызвано отрицательными темпами роста, которые могут быть вызваны различными факторами, такими как болезни, голод или стихийные бедствия, которые приводят к массовой смертности в течение определенного периода времени.

Насколько полезной была для вас статья?

У этой статьи пока нет оценок.

Заметили ошибку?

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»