Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Карта популяционных трендов местных и инвазивных видов медуз [1]
  Увеличение (высокая достоверность)
  Увеличение (низкая достоверность)
  Стабильный / переменный
  Снижаться
  Нет данных

Популяционная экология - это подраздел экологии, который занимается динамикой популяций видов и тем, как эти популяции взаимодействуют с окружающей средой , например, коэффициенты рождаемости и смертности , а также иммиграцию и эмиграцию ). [2]

Эта дисциплина важна для природоохранной биологии , особенно при разработке анализа жизнеспособности популяций, который позволяет прогнозировать долгосрочную вероятность сохранения вида в данном участке среды обитания . [3] Хотя популяционная экология - это подраздел биологии , она создает интересные проблемы для математиков и статистиков, занимающихся популяционной динамикой . [4]

История [ править ]

В 1940-х годах экология была разделена на аутэкологию - изучение отдельных видов по отношению к окружающей среде - и синекологию - изучение групп видов по отношению к окружающей среде. Термин аутэкология (от древнегреческого : αὐτο , aúto , «я»; οίκος , oíkos , «домашнее хозяйство»; и λόγος , lógos , «знание»), относится примерно к той же области исследования, что и такие понятия, как жизненные циклы и поведение. как адаптации отдельных организмов к окружающей среде. Юджин Одум , писавший в 1953 году, считал, что синекологию следует разделить на популяционную экологию,сообщества экологии и экосистема экологии, переименовав autecology как «видовой экологии» (Одум считается «autecology» как архаичный термин), таким образом , что четыре подразделения экологии. [2]

Терминология [ править ]

Термины, используемые для описания естественных групп людей в экологических исследованиях [5]
СрокОпределение
Видовая популяцияВсе особи вида.
МетапопуляцияНабор пространственно разобщенных популяций, среди которых есть некоторая миграция.
численность населенияГруппа особей одного вида, которая демографически, генетически или пространственно отделена от других групп особей.
АгрегацияПространственно сгруппированная группа людей.
ДемеГруппа особей, более похожих друг на друга генетически, чем на других особей, обычно с некоторой степенью пространственной изоляции.
Местное населениеГруппа особей в пределах ограниченного исследователем района, меньшего, чем географический ареал вида, и часто в пределах популяции (как определено выше). Местное население тоже могло быть разобщенным.
СубпопуляцияПроизвольное пространственно ограниченное подмножество особей из популяции (как определено выше).

Динамика населения [ править ]

Основная статья: Динамика численности населения

Развитие популяционной экологии во многом обязано математическим моделям, известным как демографическая динамика , которые изначально были формулами, выведенными из демографии в конце 18-го и начале 19-го веков. [6]

Начало динамики популяций широко рассматривается как работа Мальтуса , [7] сформулирована как Мальтуса модель роста . Согласно Мальтусу, при условии, что условия (окружающая среда) остаются постоянными ( при прочих равных ), популяция будет расти (или сокращаться) экспоненциально . [6] : 18 Этот принцип лег в основу последующих теорий прогнозирования, таких как демографические исследования, такие как работа Бенджамина Гомперца и Пьера Франсуа Ферхюльста в начале XIX века, которые усовершенствовали и скорректировали мальтузианскую демографическую модель. [8]

Более общая формулировка модели была предложена Ф. Дж. Ричардсом в 1959 г. [9], в дальнейшем расширенная Саймоном Хопкинсом , в котором модели Гомперца, Ферхульста, а также Людвига фон Берталанфи рассматриваются как частные случаи общей формулировки. Эти уравнения хищник-жертва Лотки-Вольтерра еще один известный пример, а также альтернативные уравнения Arditi-Гинзбурга .

Рыболовство и управление дикой природой [ править ]

Основная статья: Динамика популяции рыбных промыслов
Смотрите также: Матричные модели населения

В рыболовстве и управлении дикой природой на популяцию влияют три динамические функции коэффициента.

  • Рождаемость или рождаемость , часто вербовка, что означает достижение определенного размера или репродуктивной стадии. Обычно относится к возрасту, в котором рыба может быть поймана и учтена в сетях.
  • Скорость роста популяции , которая измеряет рост особей в размере и длине. Более важно в рыболовстве, где популяция часто измеряется в биомассе.
  • Смертность , которая включает смертность от урожая и естественную смертность. Естественная смертность включает нечеловеческое хищничество, болезни и старость.

Если N 1 - количество особей в момент времени 1, то

где N 0 - количество особей в момент времени 0, B - число рожденных особей, D - число умерших, I - число иммигрировавших, а E - число эмигрировавших между моментом 0 и моментом 1.

Если мы измеряем эти показатели на многих временных интервалах, мы можем определить, как плотность населения изменяется с течением времени. Иммиграция и эмиграция присутствуют, но обычно не измеряются.

Все они измеряются для определения излишка урожая, который представляет собой количество особей, которые могут быть добыты из популяции, не влияя на долгосрочную стабильность популяции или средний размер популяции. Урожай в составе излишков урожая называется «компенсирующей» смертностью, когда гибель урожая заменяет смерти, которые произошли бы естественным путем. Урожай выше этого уровня называется «аддитивной» смертностью, потому что он увеличивает количество смертей, которые произошли бы естественным путем. Эти термины не обязательно оцениваются как «хорошие» и «плохие» соответственно при управлении популяцией. Например, агентство по рыболовству и охоте может стремиться уменьшить размер популяции оленей за счет аддитивной смертности. Доллары могут быть нацелены на усиление конкуренции с долларами,или же может быть направлено на снижение воспроизводства и, следовательно, общей численности популяции.

При управлении многими рыбными и другими популяциями диких животных часто целью является достижение максимально возможного долгосрочного устойчивого вылова, также известного как максимальный устойчивый улов (MSY). С учетом динамической модели популяции, такой как любая из вышеперечисленных, можно рассчитать размер популяции, которая дает наибольший излишек урожая при равновесии. [10] Хотя использование динамических моделей популяции вместе со статистикой и оптимизацией для установления ограничений вылова рыбы и дичи вызывает споры среди некоторых ученых, [11] было показано, что это более эффективно, чем использование человеческого суждения в компьютерных экспериментах, где Студенты, участвовавшие как в неверных моделях, так и в управлении природными ресурсами, соревновались в двух гипотетических промыслах за максимальную вылову.[12] [13] Чтобы привести пример неинтуитивного результата, рыболовство дает больше рыбы, когда поблизости есть убежище от хищничества человека в виде природного заповедника , что приводит к более высоким уловам, чем если бы вся территория была открыта для ловит рыбу. [14] [15]

выбор r / K [ править ]

Основная статья: выбор r / k
На самом элементарном уровне межвидовая конкуренция включает в себя два вида, использующих один и тот же ресурс . Это быстро усложняется, но, если избавить это явление от всех его сложностей, это основной принцип: два потребителя потребляют один и тот же ресурс. [16] : 222

Важным понятием в популяционной экологии является теория r / K-отбора . Первая переменная - это r (внутренняя скорость естественного прироста численности населения, не зависящая от плотности), а вторая переменная - K (вместимость популяции, зависит от плотности). [17] г -selected видов (например, многие виды насекомых, такие как тли [18] ) является тот , который имеет высокие показатели плодовитости, низкий уровень родительских инвестиций в молодом и высокие показатели смертности , прежде чем особи достигают зрелости . Эволюция способствует продуктивности r-отобранных видов. Напротив, K-отобранные виды (например, люди) имеют низкие показатели плодовитости, высокий уровень родительского вклада в молодь и низкие показатели смертности по мере взросления особей. Эволюция видов, отобранных по K, способствует эффективности преобразования большего количества ресурсов в меньшее количество потомков. [19] [20]

Метапопуляция [ править ]

Основная статья: Метапопуляция

Популяции также изучаются и концептуализируются с помощью концепции « метапопуляции ». Концепция метапопуляции была введена в 1969 г .: [21]

«как популяция популяций, которые вымирают на местном уровне и повторно заселяются». [22] : 105

Экология метапопуляции - это упрощенная модель ландшафта, разбитая на участки разного уровня качества. [23] Патчи либо заняты, либо нет. Мигранты, перемещающиеся между пятнами, структурируются в метапопуляции либо как источники, либо как приемники. Исходные участки - это продуктивные участки, которые создают сезонную приток мигрантов в другие участки. Раковины - это непродуктивные сайты, которые принимают только мигрантов. В терминологии метапопуляции есть эмигранты (люди, покидающие участок) и иммигранты (особи, которые переходят в участок). Модели метапопуляции исследуют динамику участков во времени, чтобы ответить на вопросы о пространственной и демографической экологии. Важным понятием в экологии метапопуляции является эффект спасения., где небольшие участки более низкого качества (т.е. раковины) поддерживаются сезонным притоком новых иммигрантов. Структура метапопуляции меняется из года в год, где некоторые участки являются стоками, например, в засушливые годы, и становятся источниками, когда условия более благоприятны. Экологи используют смесь компьютерных моделей и полевых исследований для объяснения структуры метапопуляции. [24]

Журналы [ править ]

Первая публикация журнала Общества популяционной экологии под названием « Популяционная экология» (первоначально называвшаяся « Исследования популяционной экологии» ) была выпущена в 1952 году [25].

Научные статьи по популяционной экологии также можно найти в Journal of Animal Ecology , Oikos и других журналах.

См. Также [ править ]

  • Ингибирование, зависящее от плотности
  • Бурный рост
  • Списки организмов по популяции
  • Перенаселение
  • Плотность населения
  • Распределение населения
  • Динамика населения
  • Динамика численности рыбного промысла
  • Популяционная генетика
  • Рост населения
  • Теоретическая экология

Ссылки [ править ]

  1. ^ Brotz, Лукас; Cheung, William W. L; Клейснер, Кристин; Пахомов, Евгений; Поли, Дэниел (2012). «Увеличение популяций медуз: тенденции в крупных морских экосистемах» . Hydrobiologia . 690 (1): 3–20. DOI : 10.1007 / s10750-012-1039-7 .
  2. ^ a b Odum, Евгений П. (1959). Основы экологии (Второе изд.). Филадельфия и Лондон: WB Saunders Co., стр. 9, 546 . ISBN 9780721669410. OCLC  554879 .
  3. ^ Атлас населения и окружающей среды AAAS
  4. ^ Kingsland, S. (1995). Моделирование природы: эпизоды в истории популяционной экологии . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0-226-43728-6.
  5. ^ Уэллс, СП; Ричмонд, Мэн (1995). «Популяции, метапопуляции и популяции видов: что они собой представляют и кого это должно волновать?» (PDF) . Бюллетень Общества дикой природы . 23 (3): 458–462. Архивировано из оригинального (PDF) 4 ноября 2005 года.
  6. ^ a b Турчин, П. (2001). «Есть ли общие законы в популяционной экологии?» . Ойкос . 94 (1): 17–26. DOI : 10.1034 / j.1600-0706.2001.11310.x . S2CID 27090414 . 
  7. ^ Мальтус, Томас Роберт. Эссе о принципе народонаселения : Библиотека экономики
  8. ^ Verhulst, PH (1838). "Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement" . Корресп. Mathématique et Physique . 10 : 113–121.
  9. Перейти ↑ Richards, FJ (июнь 1959). «Гибкая функция роста для эмпирического использования» . Журнал экспериментальной ботаники . 10 (29): 290–300 . Дата обращения 16 ноября 2020 .
  10. ^ Кларк, Колин (1990). Математическая биоэкономика: оптимальное управление возобновляемыми ресурсами . Нью-Йорк: Вили. ISBN 978-0471508830.[ требуется страница ]
  11. ^ Финли, C; Орескес, Н. (2013). «Максимальный устойчивый урожай: политика, замаскированная под науку» . Журнал ICES по морским наукам . 70 (2): 245–50. DOI : 10.1093 / icesjms / fss192 .
  12. ^ Холден, Мэтью H; Элльнер, Стивен П. (2016). «Человеческое суждение против количественных моделей управления экологическими ресурсами». Экологические приложения . 26 (5): 1553–1565. arXiv : 1603.04518 . DOI : 10.1890 / 15-1295 . PMID 27755756 . S2CID 1279459 .  
  13. ^ Стандарт, Тихий океан (2016-03-11). «Иногда даже плохие модели принимают лучшие решения, чем люди» . Тихоокеанский стандарт . Архивировано из оригинала на 2017-04-28 . Проверено 28 января 2017 .
  14. ^ Чакраборти, Кунал; Дас, Кунал; Кар, Т. К (2013). «Экологическая перспектива морских заповедников в динамике хищников и жертв» . Журнал биологической физики . 39 (4): 749–76. DOI : 10.1007 / s10867-013-9329-5 . PMC 3758828 . PMID 23949368 .  
  15. ^ Lv, Юньфэй; Юань, Ронг; Пей, Юнчжэнь (2013). «Модель жертва-хищник с выловом рыбных ресурсов с резервной территорией» . Прикладное математическое моделирование . 37 (5): 3048–62. DOI : 10.1016 / j.apm.2012.07.030 .
  16. ^ Vandermeer, JH; Гольдберг, Д.Е. (2003). Экология населения: первые принципы . Вудсток, Оксфордшир: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-11440-8.
  17. ^ Бегон, М .; Таунсенд, ЧР; Харпер, JL (2006). Экология: от людей к экосистемам (4-е изд.). Оксфорд, Великобритания: Blackwell Publishing. ISBN 978-1-4051-1117-1.
  18. ^ Уиземовские, Т. (1978). «Выбор среды обитания тлей-пузырчаткой в ​​ответ на ограничение реакции и конкуренцию». Экология . 59 (6): 1164–1176. DOI : 10.2307 / 1938230 . JSTOR 1938230 . 
  19. ^ MacArthur, R .; Уилсон, Э. О. (1967). «Теория островной биогеографии». Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. Cite journal requires |journal= (help)
  20. ^ Pianka, Е. Р. (1972). «Выбор r и K или Выбор b и d?». Американский натуралист . 106 (951): 581–588. DOI : 10.1086 / 282798 . S2CID 83947445 . 
  21. ^ Левинс, Р. (1969). Некоторые демографические и генетические последствия неоднородности окружающей среды для биологического контроля . Бюллетень энтомологического общества Америки . 15 . Издательство Колумбийского университета. С. 237–240. DOI : 10.1093 / Бес / 15.3.237 . ISBN 978-0-231-12680-9.
  22. ^ Левинс, Р. (1970). Герстенхабер, М. (ред.). Вымирание. В кн .: Некоторые математические вопросы биологии . Книжный магазин AMS. С. 77–107. ISBN 978-0-8218-1152-8.
  23. ^ Хански, И. (1998). «Динамика метапопуляции» (PDF) . Природа . 396 (6706): 41–49. DOI : 10.1038 / 23876 . S2CID 4405264 . Архивировано из оригинального (PDF) 31 декабря 2010 года.  
  24. ^ Hanski, I .; Gaggiotti, OE, ред. (2004). Экология, генетика и эволюция метапопуляций . Берлингтон, Массачусетс: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0-12-323448-3.
  25. ^ «Экология населения» . Джон Вили и сыновья.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Карейва, Питер (1989). «Возобновление диалога между теорией и экспериментом в популяционной экологии». В Roughgarden J., RM May и SA Levin (ed.). Перспективы экологической теории . Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. п. 394 с.