en populasjon beskriver en gruppe individer av samme art som okkuperer et bestemt område på et bestemt tidspunkt. Noen kjennetegn ved populasjoner som er av interesse for biologer inkluderer befolkningstetthet, fødselsraten, og dødeligheten . Hvis det er innvandring til befolkningen, eller utvandring ut av det, da innvandring og utvandring rate er også av interesse. Sammen beskriver disse befolkningsparametrene, eller karakteristikkene, hvordan befolkningstettheten endres over tid. Måtene som befolkningstettheter svinger på-økende—avtagende eller begge over tid – er gjenstand for befolkningsdynamikk.

Befolkningstetthet måler antall individer per arealenhet, for eksempel antall hjort per kvadratkilometer. Selv om dette er enkelt i teorien, kan det være utfordrende å bestemme befolkningstettheter for mange arter i praksis.

Måling Av Befolkningstetthet

En måte å måle befolkningstetthet på er ganske enkelt å telle alle individer. Dette kan imidlertid være arbeidskrevende. Alternativt kan gode estimater av befolkningstetthet ofte oppnås via quadrat-metoden. I quadrat-metoden regnes alle individer av en gitt art i noen delplott av det totale arealet. Deretter brukes dataene til å finne ut hva det totale antall individer over hele habitatet skal være.

quadrat-metoden er spesielt egnet til å måle befolkningstettheten til arter som er ganske jevnt fordelt over habitatet. For eksempel har det blitt brukt til å bestemme befolkningstettheten av jordarter som nematode ormer. Det er også vanlig å måle befolkningstettheten av planter.

for mer mobile organismer, kan fangst-gjenfangst metoden brukes. Med denne teknikken blir en rekke individer fanget, merket og utgitt. Etter at en tid har gått, nok tid til å tillate blanding av befolkningen, blir et annet sett av individer fanget. Den totale populasjonsstørrelsen kan estimeres ved å se på andelen individer i det andre fangstsettet som er merket. Selvfølgelig fungerer denne metoden bare hvis man kan forvente at enkeltpersoner i befolkningen skal bevege seg mye og blande seg. Det ville ikke fungere, for eksempel i territoriale arter, hvor individer har en tendens til å forbli nær deres territorier.

fødselsraten til en populasjon beskriver antall nye individer produsert i den populasjonen per tidsenhet. Dødeligheten, også kalt dødelighet, beskriver antall personer som dør i en befolkning per enhetstid. Innvandringsraten er antall personer som flytter inn i en befolkning fra et annet område per tidsenhet. Utvandringsratene beskriver antall personer som migrerer ut av befolkningen per tidsenhet.

verdiene av disse fire befolkningsparametrene tillater oss å avgjøre om en befolkning vil øke eller redusere i størrelse. Den «iboende økningen r» av en befolkning er definert som r = (fødselsrate innvandring rate +)- (dødsrate + utvandring rate).

hvis r er positiv, vil flere personer bli lagt til befolkningen enn tapt fra den. Følgelig vil befolkningen øke i størrelse. Hvis r er negativ, vil flere personer gå tapt fra befolkningen enn det som blir lagt til det, slik at befolkningen vil redusere i størrelse. Hvis r er nøyaktig null, er befolkningsstørrelsen stabil og endres ikke. En befolkning hvis tetthet ikke endrer seg, sies å være i likevekt .

Populasjonsmodeller

Vi vil nå undersøke en rekke populasjonsmodeller, som hver gjelder for ulike miljøforhold. Vi vil også vurdere hvor tett populasjonsdata fra laboratorieforsøk og fra studier av naturlige populasjoner i naturen passer disse modellene.

Eksponentiell vekst.

den første og mest grunnleggende modellen for populasjonsdynamikk forutsetter at et miljø har ubegrensede ressurser og kan støtte et ubegrenset antall individer. Selv om denne antakelsen er klart urealistisk i mange tilfeller, er det situasjoner der ressursene faktisk er rikelig nok slik at denne modellen er anvendelig. Under disse omstendighetene er vekstraten i befolkningen konstant og lik den iboende økningsraten r. Dette er også kjent som eksponentiell vekst .

Hva skjer med befolkningsstørrelsen over tid under eksponentiell vekst? Hvis r er negativ, faller befolkningen raskt til utryddelse. Men hvis r er positiv, øker befolkningen i størrelse, sakte først og deretter stadig raskere. Eksponentiell vekst er også kjent som «J-formet vekst» fordi formen på kurven av befolkningsstørrelse over tid ligner bokstaven » J. «Også, Fordi veksten i befolkningen er konstant, og er ikke avhengig av befolkningstetthet, er eksponentiell vekst også kalt» tetthet-uavhengig vekst.»Eksponentiell vekst ses ofte i små befolkninger, som sannsynligvis vil oppleve store ressurser. J-formet vekst er imidlertid ikke bærekraftig, og en befolkningskrasj er til slutt uunngåelig.Det er mange arter som faktisk går gjennom sykluser av eksponentiell vekst etterfulgt av befolkningskrasj. Et klassisk eksempel på eksponentiell vekst resulterte fra innføringen av rein på den lille øya Saint Paul, utenfor Kysten Av Alaska. Denne reinbestanden økte fra en innledende tjuefem individer til en svimlende to tusen individer i tjuefem år. Men etter å ha utmattet matforsyningen av lavene, krasjet befolkningen til bare åtte. Et lignende mønster ble sett etter innføringen av rein På Saint Matthew Island, også utenfor Alaskan kysten, noen år senere. I løpet av historien har menneskelig befolkningsvekst også Vært J-formet.

Logistisk vekst.

en annen modell for befolkningsøkning kalles logistisk vekst . Logistisk vekst kalles også «S-formet vekst» fordi kurven som beskriver befolkningstetthet over tid er S-formet. I S-formet vekst avhenger vekstraten av befolkningens tetthet. Når befolkningsstørrelsen er liten, er vekstraten høy. Etter hvert som befolkningstettheten øker, reduseres vekstraten. Til slutt, når befolkningstettheten når et visst punkt, slutter befolkningen å vokse og begynner å synke i størrelse. Fordi vekstraten i befolkningen avhenger av befolkningens tetthet, beskrives logistisk vekst også som «tetthetsavhengig vekst».

under logistisk vekst viser en undersøkelse av befolkningsstørrelse over Tid at, som J-formet vekst, øker befolkningsstørrelsen sakte først, deretter raskere. I motsetning til eksponentiell vekst fortsetter denne økningen imidlertid ikke. I stedet bremser veksten og befolkningen kommer til en stabil likevekt ved en fast, maksimal befolkningstetthet. Dette faste maksimumet kalles bæreevne , og representerer det maksimale antall individer som kan støttes av ressursene som er tilgjengelige i det gitte habitatet. Bæreevne er betegnet med variabelen K.

det faktum at bæreevnen representerer en stabil likevekt for en populasjon betyr at hvis individer legges til en populasjon utover bæreevnen, vil befolkningsstørrelsen reduseres til Den vender Tilbake Til K. På den annen side, hvis en befolkning er mindre enn bæreevnen, vil den øke i størrelse til den når den bæreevnen. Vær imidlertid oppmerksom på at bæreevnen kan endres over tid. K avhenger av et vell av faktorer, inkludert både abiotiske forhold og virkningen av andre biologiske organismer.

Logistisk vekst gir et nøyaktig bilde av populasjonsdynamikken til mange arter. Det har blitt produsert i laboratoriesituasjoner i encellede organismer og i fruktfluer, ofte når populasjoner opprettholdes i et begrenset rom under konstante miljøforhold.

kanskje overraskende er det imidlertid færre eksempler på logistisk vekst i naturlige populasjoner. Dette kan skyldes at modellen antar at reaksjonen av befolkningsvekst til befolkningstetthet (det vil si at befolkningsveksten bremser med større og større befolkningstettheter, og at populasjoner faktisk reduseres i størrelse når tettheten er over bæreevnen) er øyeblikkelig. I virkeligheten er det nesten alltid et tidsforsinkelse før effektene av høy befolkningstetthet blir følt. Tidsforsinkelsen kan også forklare hvorfor det er lettere å oppnå logistiske vekstmønstre i laboratoriet, siden de fleste artene som brukes i laboratorieforsøk, har ganske enkle livssykluser der reproduksjonen er relativt rask.Biologiske arter er noen ganger plassert på et kontinuum mellom r-valgt og k-valgt, avhengig av om deres populasjonsdynamikk har en tendens til å tilsvare mer eksponentiell eller logistisk vekst. I r-utvalgte arter har det en tendens til å være dramatiske svingninger, inkludert perioder med eksponentiell vekst etterfulgt av befolkningskrasj. Disse artene er spesielt egnet til å dra nytte av korte perioder med stor ressurs overflod, og er spesialisert for rask vekst og reproduksjon sammen med gode evner for spredning.

i k-utvalgte arter er befolkningstettheten mer stabil, ofte fordi disse artene opptar ganske stabile habitater. Fordi k-utvalgte arter eksisterer i tettheter nær miljøets bæreevne, er det enorm konkurranse mellom individer av samme art for begrensede ressurser. Følgelig har k-utvalgte personer ofte egenskaper som maksimerer deres konkurranseevne. Mange biologiske egenskaper er korrelert til disse to livshistoriestrategiene .

Lotka-Volterra modeller.

hittil har vi fokusert på populasjonsdynamikken til en enkelt art isolert. Rollene til konkurrerende arter, potensielle byttedyr og potensielle rovdyr er bare inkludert i den logistiske vekstmodellen ved at de påvirker miljøets bæreevne. Det er imidlertid også mulig direkte å vurdere interaksjoner mellom arter i populasjonsdynamikkmodeller. To som har blitt studert mye Er Lotka-Volterra-modellene, en for konkurranse mellom to arter og den andre for samspill mellom rovdyr og byttedyr.

Konkurranse beskriver en situasjon der bestander av to arter utnytte en ressurs som er mangelvare. Lotka-Volterra-modellene av befolkningsdynamikk i konkurranse viser at det er to mulige resultater: enten de to konkurrerende artene er i stand til å sameksistere , eller en art driver den andre til utryddelse. Disse modellene har blitt testet grundig i laboratoriet, ofte med konkurrerende gjær eller kornbagler.Mange eksempler på konkurransedyktig eliminering ble observert i laboratorieforsøk. En art som overlevde fint isolert ville avta og deretter gå utdødd når en annen art ble introdusert i samme miljø. Sameksistens mellom to arter ble også produsert i laboratoriet. Interessant nok viste disse forsøkene at utfallet av konkurranseforsøk var avhengig av de nøyaktige miljøforholdene som ble gitt. Små endringer i miljøet—for eksempel i temperatur—påvirket ofte utfallet i konkurranser mellom gjær.

Studier i naturlige populasjoner har vist at konkurranse er ganske vanlig. For eksempel fører fjerning av en art ofte til at overflod av arter som deler de samme ressursene øker. Et annet viktig resultat som er avledet Fra Lotka-Volterra konkurranse ligninger er at to arter kan aldri dele samme nisje . Hvis de bruker ressurser på nøyaktig samme måte, vil man uunngåelig drive den andre til utryddelse. Dette kalles konkurranseprinsippet . Lotka-Volterra modeller for dynamikken i samspill rovdyr og byttedyr populasjoner gir fire mulige resultater. For det første kan rovdyr og byttedyr begge nå stabile likevektspunkter. For det andre kan rovdyr og byttedyr ha uendelige, oscillerende (vekslende) sykluser av økning og reduksjon. For det tredje kan rovdyrartene utdøde, slik at bytteartene oppnår en stabil befolkningstetthet som er lik bæreevnen. For det fjerde kan rovdyret drive byttet til utryddelse og deretter utdøde seg selv på grunn av sult.Som med konkurransedynamikk har biologer forsøkt å produsere hver av disse effektene i laboratorieinnstillinger. Et interessant resultat avslørt i disse forsøkene var at med ganske enkle, begrensede miljøer, ville rovdyret alltid eliminere byttet og deretter sulte til døden. Persistensen av både rovdyr og byttedyr syntes å være avhengig av å leve i et ganske komplekst miljø, inkludert gjemmesteder for byttet.

i naturlige populasjoner, studier av rovdyr-byttedyr interaksjoner har involvert rovdyr fjerning eksperimenter. Kanskje overraskende, det har ofte vist seg vanskelig å demonstrere entydig at rovdyr begrense byttedyr tetthet. Dette kan skyldes at i mange rovdyrsystemer fokuserer rovdyrene på gamle, syke eller svake individer. Et overbevisende eksempel på en rovdyrbegrensende byttedensitet innebar imidlertid fjerning av dingoer i deler Av Australia. I disse områdene eksploderte tettheten av kenguruer etter fjerning av rovdyrene.Fortsatte svingninger mellom rovdyr og byttedyr ser ikke ut til å være vanlig i naturlige populasjoner. Det er imidlertid et eksempel på svingninger i befolkningen I Canada lynx og dens byttedyr, snowshoe hare. Det er topper av overflod av begge arter omtrent hvert tiende år.

Se Også Populasjoner.

Jennifer Yeh

Bibliografi

Curtis, Helena. Biology. New York: Worth Publishers, 1989.I Tillegg til Å være en av de mest kjente av disse, er Det Også Mange som er interessert i Dette. Biologisk Vitenskap, 6.utg. New York: W. W. Norton & Co., 1996.Krebs, Charles J. Økologi: Eksperimentell Analyse av Distribusjon og Overflod. New York: Harper Collins College Publishers, 1994.

Murray, Bertram G., Jr.Populasjonsdynamikk: Alternative Modeller. New York: Akademisk Presse, 1979.

Pianka, Eric R. Evolusjonær Økologi. New York: Addison Wesley Longman, 2000.I tillegg til Å være en av de beste i verden. Økologi, 4.utg. New York: W. H. Freeman, 2000.

Soloman, Maurice E. Befolkningsdynamikk. London: Edward Arnold, 1969.