o populație descrie un grup de indivizi din aceeași specie care ocupă o anumită zonă la un moment dat. Unele caracteristici ale populațiilor care prezintă interes pentru biologi includ densitatea populației , rata natalității și rata mortalității . Dacă există imigrația în populație, sau emigrarea din ea, atunci rata de imigrare și rata de emigrare sunt, de asemenea, de interes. Împreună, acești parametri sau caracteristici ale populației descriu modul în care densitatea populației se schimbă în timp. Modul în care densitatea populației fluctuează—în creștere, în scădere sau ambele în timp—este subiectul dinamicii populației.

densitatea populației măsoară numărul de indivizi pe unitatea de suprafață, de exemplu, numărul de cerbi pe kilometru pătrat. Deși acest lucru este simplu în teorie, determinarea densităților populației pentru multe specii poate fi dificilă în practică.

măsurarea densității populației

o modalitate de a măsura densitatea populației este pur și simplu de a număra toți indivizii. Totuși, acest lucru poate fi laborios. Alternativ, estimări bune ale densității populației pot fi adesea obținute prin metoda quadrat. În metoda quadrat, toți indivizii unei specii date sunt numărați într-un subplot din suprafața totală. Apoi, aceste date sunt folosite pentru a afla care ar trebui să fie numărul total de indivizi din întregul habitat.

metoda quadrat este deosebit de potrivită pentru măsurarea densităților populației speciilor care sunt distribuite destul de uniform pe habitat. De exemplu, a fost utilizat pentru a determina densitatea populației speciilor de sol, cum ar fi viermii nematozi. De asemenea, este utilizat în mod obișnuit pentru a măsura densitatea populației plantelor.

pentru mai multe organisme mobile, se poate utiliza metoda captare-recapturare. Cu această tehnică, un număr de indivizi sunt capturați, marcați și eliberați. După ce a trecut ceva timp, suficient timp pentru a permite amestecarea populației, este capturat un al doilea set de indivizi. Dimensiunea totală a populației poate fi estimată prin analizarea proporției de indivizi din al doilea set de captare care sunt marcate. Evident, această metodă funcționează numai dacă se poate aștepta ca indivizii din populație să se miște mult și să se amestece. Nu ar funcționa, de exemplu, în speciile teritoriale, unde indivizii tind să rămână în apropierea teritoriilor lor.

natalitatea unei populații descrie numărul de indivizi noi produși în acea populație pe unitate de timp. Rata mortalității, numită și rata mortalității, descrie numărul de indivizi care mor într-un timp perunitar al populației. Rata de imigrare este numărul de persoane care se mută într-o populație dintr-o zonă diferită pe unitate de timp. Ratele de emigrare descriu numărul de persoane care migrează din populație pe unitate de timp.

Valorile acestor patru parametri ai populației ne permit să determinăm dacă o populație va crește sau va scădea în dimensiune. „Rata intrinsecă de creștere r” a unei populații este definită ca r = (rata natalității rata imigrației +)-(rata mortalității + rata emigrației ).

dacă r este pozitiv, atunci mai mulți indivizi vor fi adăugați la populație decât pierduți din ea. În consecință, populația va crește în dimensiune. Dacă r este negativ, mai mulți indivizi vor fi pierduți din populație decât sunt adăugați la ea, astfel încât populația va scădea în dimensiune. Dacă r este exact zero, atunci dimensiunea populației este stabilă și nu se schimbă. Se spune că o populație a cărei densitate nu se schimbă este la echilibru .

modele de populație

vom examina acum o serie de modele de populație, fiecare dintre acestea fiind aplicabile diferitelor circumstanțe de mediu. Vom analiza, de asemenea, cât de strâns se potrivesc aceste modele datele populației din experimentele de laborator și din studiile populațiilor naturale din sălbăticie.

creștere exponențială.

primul și cel mai de bază model al dinamicii populației presupune că un mediu are resurse nelimitate și poate susține un număr nelimitat de indivizi. Deși această presupunere este în mod clar nerealistă în multe circumstanțe, există situații în care resursele sunt de fapt suficient de abundente pentru ca acest model să fie aplicabil. În aceste condiții, rata de creștere a populației este constantă și egală cu rata intrinsecă de creștere r. Aceasta este cunoscută și sub numele de creștere exponențială .

ce se întâmplă cu dimensiunea populației în timp, sub o creștere exponențială? Dacă r este negativ, populația scade rapid până la dispariție. Cu toate acestea, dacă r este pozitiv, populația crește în dimensiune, încet la început și apoi tot mai repede. Creșterea exponențială este, de asemenea, cunoscută sub numele de „creștere în formă de J”, deoarece forma curbei dimensiunii populației în timp seamănă cu litera „J.” De asemenea, deoarece rata de creștere a populației este constantă și nu depinde de densitatea populației, creșterea exponențială se mai numește „creștere independentă de densitate.”Creșterea exponențială este adesea observată la populațiile mici, care sunt susceptibile de a experimenta resurse abundente. Cu toate acestea, creșterea în formă de J nu este durabilă, iar un accident de populație este în cele din urmă inevitabil.

există numeroase specii care, de fapt, trec prin cicluri de creștere exponențială urmate de prăbușiri ale populației. Un exemplu clasic de creștere exponențială a rezultat din introducerea renilor pe mica insulă Saint Paul, în largul coastei Alaska. Această populație de reni a crescut de la o inițială de douăzeci și cinci de indivizi la un uimitor două mii de indivizi în douăzeci și șapte de ani. Cu toate acestea, după epuizarea aprovizionării cu licheni, populația s-a prăbușit la doar opt. Un model similar a fost observat după introducerea renilor pe Insula Sfântul Matei, de asemenea în largul coastei Alaska, câțiva ani mai târziu. De-a lungul istoriei, creșterea populației umane a fost, de asemenea, în formă de J.

creștere logistică.

un alt model de creștere a populației se numește creștere logistică . Creșterea logistică este, de asemenea, numită „creștere în formă de S”, deoarece curba care descrie densitatea populației în timp este în formă de S. În creșterea în formă de S, rata de creștere a unei populații depinde de densitatea populației. Când dimensiunea populației este mică, rata de creștere este ridicată. Cu toate acestea, pe măsură ce densitatea populației crește, rata de creștere încetinește. În cele din urmă, când densitatea populației atinge un anumit punct, populația încetează să crească și începe să scadă în dimensiune. Deoarece rata de creștere a populației depinde de densitatea populației, creșterea logistică este descrisă și ca „creștere dependentă de densitate”.

în cadrul creșterii logistice, o examinare a dimensiunii populației în timp arată că, la fel ca creșterea în formă de J, dimensiunea populației crește încet la început, apoi mai repede. Spre deosebire de creșterea exponențială, această creștere nu continuă. În schimb, creșterea încetinește și populația ajunge la un echilibru stabil la o densitate maximă fixă a populației. Acest maxim fix se numește capacitatea de încărcare și reprezintă numărul maxim de persoanecare pot fi susținute de resursele disponibile în habitatul dat. Capacitatea de transport este notată cu variabila K.

faptul că capacitatea de transport reprezintă un echilibru stabil pentru o populație înseamnă că, dacă indivizii sunt adăugați la o populație deasupra și dincolo de capacitatea de transport, dimensiunea populației va scădea până când va reveni la K. Pe de altă parte, dacă o populație este mai mică decât capacitatea de transport, aceasta va crește în dimensiune până când va atinge acea capacitate de transport. Rețineți, totuși, că capacitatea de încărcare se poate schimba în timp. K depinde de o multitudine de factori, inclusiv atât condițiile abiotice, cât și impactul altor organisme biologice.

creșterea logistică oferă o imagine exactă a dinamicii populației multor specii. A fost produs în situații de laborator în organisme unicelulare și în muște de fructe, adesea atunci când populațiile sunt menținute într-un spațiu limitat în condiții de mediu constante.poate surprinzător, totuși, există mai puține exemple de creștere logistică a populațiilor naturale. Acest lucru se poate datora faptului că modelul presupune că reacția creșterii populației la densitatea populației (adică creșterea populației încetinește cu densități din ce în ce mai mari ale populației și că populațiile scad de fapt în dimensiune atunci când densitatea este peste capacitatea de încărcare) este instantanee. În realitate, există aproape întotdeauna un decalaj de timp înainte ca efectele densității mari a populației să fie resimțite. Decalajul de timp poate explica, de asemenea, de ce este mai ușor să se obțină modele de creștere logistică în laborator, deoarece majoritatea speciilor utilizate în experimentele de laborator au cicluri de viață destul de simple în care reproducerea este relativ rapidă.

speciile biologice sunt uneori plasate pe un continuum între R-selectat și K-selectat, în funcție de faptul dacă dinamica populației lor tinde să corespundă mai mult creșterii exponențiale sau logistice. La speciile selectate r, tind să existe fluctuații dramatice, inclusiv perioade de creștere exponențială urmate de prăbușiri ale populației. Aceste specii sunt deosebit de potrivite pentru a profita de perioade scurte de abundență mare de resurse și sunt specializate pentru creștere rapidă și reproducere, împreună cu capacități bune de dispersie.

la speciile selectate k, densitatea populației este mai stabilă, adesea deoarece aceste specii ocupă habitate destul de stabile. Deoarece speciile selectate k există la densități apropiate de capacitatea de transport a mediului, există o concurență extraordinară între indivizii aceleiași specii pentru resurse limitate. În consecință, indivizii selectați de K au adesea trăsături care își maximizează capacitatea competitivă. Numeroase trăsături biologice sunt corelate cu aceste două strategii de istorie a vieții .

modele Lotka-Volterra.

până în prezent ne-am concentrat pe dinamica populației unei singure specii izolate. Rolurile speciilor concurente, ale obiectelor potențiale de pradă și ale prădătorilor potențiali sunt incluse în modelul logistic de creștere numai prin faptul că afectează capacitatea de transport a mediului. Cu toate acestea, este posibil, de asemenea, să se ia în considerare direct interacțiunile dintre specii în modelele de dinamică a populației. Două care au fost studiate pe larg sunt modelele Lotka-Volterra, unul pentru concurența dintre două specii și celălalt pentru interacțiunile dintre prădători și pradă.

concurența descrie o situație în care populațiile a două specii utilizează o resursă care este în cantități reduse. Modelele Lotka-Volterra dedinamica populației concurenței arată că există două rezultate posibile: fie cele două specii concurente sunt capabile să coexiste , fie o specie conduce cealaltă la dispariție. Aceste modele au fost testate temeinic în laborator, adesea cu drojdii concurente sau gândaci de cereale.multe exemple de eliminare competitivă au fost observate în experimentele de laborator. O specie care a supraviețuit bine izolat ar scădea și apoi ar dispărea atunci când o altă specie a fost introdusă în același mediu. Coexistența între două specii a fost produsă și în laborator. Interesant este că aceste experimente au arătat că rezultatul experimentelor de concurență depindea în mare măsură de circumstanțele precise de mediu furnizate. Modificările ușoare ale mediului—de exemplu, temperatura—au afectat adesea rezultatul în competițiile dintre drojdii.

studiile efectuate pe populațiile naturale au arătat că concurența este destul de comună. De exemplu, eliminarea unei specii determină adesea creșterea abundenței speciilor care împărtășesc aceleași resurse. Un alt rezultat important care a fost derivat din ecuațiile concurenței Lotka-Volterra este că două specii nu pot împărtăși niciodată aceeași nișă . Dacă folosesc resursele exact în același mod, unul îl va conduce inevitabil pe celălalt la dispariție. Aceasta se numește principiul excluderii competitive . Modelele Lotka-Volterra pentru dinamica interacțiunii populațiilor de prădători și pradă dau patru rezultate posibile. În primul rând, populațiile de prădători și pradă pot atinge ambele puncte de echilibru stabile. În al doilea rând, prădătorii și prada pot avea fiecare cicluri nesfârșite, oscilante (alternante) de creștere și scădere. În al treilea rând, speciile de prădători pot dispărea, lăsând speciile de pradă să atingă o densitate stabilă a populației egală cu capacitatea sa de transport. În al patrulea rând, prădătorul poate conduce prada la dispariție și apoi poate dispărea din cauza foametei.

ca și în cazul dinamicii concurenței, biologii au încercat să producă fiecare dintre aceste efecte în setările de laborator. Un rezultat interesant dezvăluit în aceste experimente a fost că, cu medii destul de simple, limitate, prădătorul ar elimina întotdeauna prada și apoi ar muri de foame. Persistența atât a prădătorului, cât și a speciilor de pradă părea să depindă de a trăi într-un mediu destul de complex, inclusiv ascunzători pentru pradă.

în populațiile naturale, studiile interacțiunilor prădător-pradă au implicat experimente de îndepărtare a prădătorilor. Poate surprinzător, s-a dovedit adesea dificil să se demonstreze în mod concludent că prădătorii limitează densitatea prăzii. Acest lucru se poate datora faptului că în multe sisteme prădător-pradă, prădătorii se concentrează pe indivizi bătrâni, bolnavi sau slabi. Cu toate acestea, un exemplu convingător de prădător care limitează densitatea prăzii a implicat îndepărtarea Dingo-urilor în anumite părți ale Australiei. În aceste zone, densitatea cangurilor a crescut după îndepărtarea prădătorilor.oscilațiile continue între prădători și pradă nu par a fi comune în populațiile naturale. Cu toate acestea, există un exemplu de oscilații în populațiile Lynxului canadian și a speciilor sale de pradă, iepurele de zăpadă. Există vârfuri de abundență ale ambelor specii aproximativ la fiecare zece ani.

vezi și populațiile.

Jennifer Yeh

Bibliografie

Curtis, Helena. Biologie. New York: Worth Publishers, 1989.Gould, James L. și William T. Keeton și Carol Grant Gould. Știința biologică, ediția a 6-a. New York: W. W. Norton & Co., 1996.Krebs, Charles J. Ecologie: analiza experimentală a distribuției și abundenței. New York: Harper Collins College Publishers, 1994.

Murray, Bertram G., Jr.dinamica populației: modele Alternative. New York: Presă Academică, 1979.

Pianka, Eric R. Ecologie evolutivă. New York: Addison Wesley Longman, 2000.Ricklefs, Robert E. și Gary L. Miller. Ecologie, ediția a 4-a. New York: W. H. Freeman, 2000.

Soloman, Maurice E. dinamica populației. Londra: Edward Arnold, 1969.