Populationsökologie ist die Unterabteilung der Ökologie, die sich mit der Dynamik von Artenpopulationen und deren Interaktion mit der Umwelt befasst. Es ist die Untersuchung, wie sich Populationsgrößen von Arten über Zeit und Raum verändern. Der Begriff wird oft synonym mit Populationsbiologie oder Populationsdynamik verwendet. Er beschreibt auch oft die Arten des Kampfes ums Dasein. Aufgrund der natürlichen Selektion steigt die Zahl der maximal angepassten Individuen.
In der Biologie ist eine Population der Verbreitungsgrad einer bestimmten Art oder einer bestimmten Anzahl ihrer Vertreter, die in einem Gebiet leben.
Verlauf
Wie hat alles angefangen? Die Entwicklung der Populationsökologie hängt weitgehend mit der Demographie und aktuellen Sterbetafeln zusammen. Dieser Abschnitt ist bei den aktuellen Umweltbedingungen sehr wichtig.
Populationsökologie ist wichtig in der Naturschutzbiologie, besonders wennEntwicklung einer Populationslebensfähigkeitsanalyse (PVA), die die langfristige Wahrscheinlichkeit vorhersagt, dass eine Art in einem bestimmten Lebensraum verbleibt. Obwohl diese Ökologie eine Unterart der Biologie ist, stellt sie Mathematiker und Statistiker, die auf dem Gebiet der Populationsdynamik arbeiten, vor interessante Probleme. Population ist in der Biologie einer der zentralen Begriffe.
Modelle
Wie jede Wissenschaft verwendet die Ökologie Modelle. Vereinfachte Modelle der Bevölkerungsveränderung beginnen normalerweise mit vier Schlüsselvariablen (vier demografischen Prozessen), darunter Tod, Geburt, Einwanderung und Auswanderung. Mathematische Modelle zur Berechnung von Veränderungen der demografischen Situation und der Bevölkerungsentwicklung gehen von der Abwesenheit äußerer Einflüsse aus. Modelle können mathematisch komplexer sein, wenn „…mehrere konkurrierende Hypothesen gleichzeitig mit den Daten kollidieren.“
Jedes Modell der Populationsentwicklung kann verwendet werden, um bestimmte Eigenschaften geometrischer Populationen mathematisch abzuleiten. Eine Population mit geometrisch zunehmender Größe ist eine Population, bei der sich Brutgenerationen nicht überschneiden. In jeder Generation gibt es eine effektive Populationsgröße (und ein Territorium), die als Ne bezeichnet wird. Dies ist die Anzahl der Individuen in der Population, die sich in jeder reproduktiven Generation fortpflanzen können und werden. Was Anlass zur Sorge gibt.
Selektionstheorie r/K
Ein wichtiges Konzept in der Populationsökologie ist die r/K-Selektionstheorie. Die erste Variable ist r (interne natürliche Wachstumsrate). Bevölkerungsgröße, sie hängt nicht von der Dichte ab), und die zweite Variable ist K (Bevölkerungstragfähigkeit, hängt von der Dichte ab). Dabei spielen innerartliche Beziehungen eine gewisse Rolle.
R-selektierte Arten (z. B. viele Insektenarten wie Blattläuse) weisen hohe Fruchtbarkeitsraten, geringe elterliche Investitionen in Jungtiere und hohe Sterblichkeitsraten auf, bevor die Individuen das Erwachsenen alter erreichen. Evolution fördert die Produktivität bei r-ausgewählten Arten. Im Gegensatz dazu haben K-selektierte Arten (wie Menschen) niedrige Fruchtbarkeitsraten, hohe elterliche Investitionen in jungen Jahren und niedrige Sterblichkeitsraten, wenn die Individuen älter werden.
Evolution bei K-ausgewählten Arten fördert die Effizienz bei der Umwandlung von mehr Ressourcen in weniger Nachkommen. Als Ergebnis unproduktiver Interspezies-Beziehungen könnten diese Nachkommen aussterben und die letzten Vertreter ihrer Population werden.
Geschichte der Theorie
Die r/K-Selektionsterminologie wurde 1967 von den Ökologen Robert MacArthur und E. O. Wilson auf der Grundlage ihrer Arbeiten zur Inselbiogeographie geprägt. Diese Theorie ermöglicht es, die Ursachen von Bevölkerungsschwankungen zu identifizieren.
Die Theorie war in den 1970er und 1980er Jahren beliebt, als sie als heuristisches Mittel verwendet wurde, geriet jedoch Anfang der 1990er Jahre in Ungnade, als sie von mehreren empirischen Studien kritisiert wurde. Das Paradigma der Lebensgeschichte hat das Paradigma der r/K-Auswahl ersetzt, enthält aber weiterhin viele seiner wichtigen Themen. Das Verlangen nach Fortpflanzung steht im Vordergrundtreibende Kraft der Evolution, daher ist diese Theorie äußerst nützlich für ihr Studium.
Daher sind r-selektierte Arten diejenigen, die hohe Wachstumsraten betonen, dazu neigen, weniger überfüllte ökologische Nischen zu nutzen und viele Nachkommen zu produzieren, von denen jede eine relativ geringe Wahrscheinlichkeit hat, bis zum Erwachsenen alter zu überleben (d.h. hohes r, niedriges K). Eine typische Art von r ist der Löwenzahn (Gattung Taraxacum).
In instabilen oder unvorhersehbaren Umgebungen überwiegt die R-Selektion aufgrund der Fähigkeit, sich schnell zu vermehren. Anpassungen, die es ihm ermöglichen, erfolgreich mit anderen Organismen zu konkurrieren, haben wenig Vorteile, da sich die Umwelt wahrscheinlich wieder ändern wird. Zu den Merkmalen, von denen angenommen wird, dass sie die R-Selektion charakterisieren, gehören: hohe Fruchtbarkeit, geringe Körpergröße, früher Beginn der Reife, kurze Generationszeit und die Fähigkeit, Nachkommen weit zu verteilen.
Organismen, deren Lebensgeschichte einer r-Selektion unterzogen wird, werden oft als r-Strategen bezeichnet. Organismen, die r-ausgewählte Merkmale aufweisen, können von Bakterien und Diatomeen bis hin zu Insekten und Gräsern sowie verschiedenen siebenlappigen Kopffüßern und kleinen Säugetieren, insbesondere Nagetieren, reichen. Die Differenti altheorie K hat einen indirekten Zusammenhang mit der natürlichen Auslese der Tiere.
Artenauswahl
K-selektierte Arten weisen Merkmale auf, die mit einem Leben nahe der Tragfähigkeitsdichte verbunden sind, und neigen dazu, starke Konkurrenten in überfüllten Nischen zu sein, die mehr in weniger investierendie Zahl der Nachkommen. Jedes von ihnen hat eine relativ hohe Wahrscheinlichkeit, das Erwachsenen alter zu erreichen (d. h. niedriges r, hohes k). In der wissenschaftlichen Literatur werden r-selektierte Arten manchmal als „opportunistisch“bezeichnet, während K-selektierte Arten als „Gleichgewicht“bezeichnet werden.
Unter stabilen oder vorhersehbaren Bedingungen überwiegt die K-Selektion, da die Fähigkeit, erfolgreich um begrenzte Ressourcen zu konkurrieren, entscheidend ist, und Populationen von K-selektierten Organismen in der Regel sehr konstant in Zahlen und nahe dem Maximum sind, das die Umwelt zulassen kann Unterstützung. Im Gegensatz zu r-selektiert, wo sich die Populationsgröße viel schneller ändern kann. Niedrige Zahlen führen zu Inzest, was eine der Ursachen für Mutationen ist.
Eigenschaften
Merkmale, die als charakteristisch für die K-Selektion angesehen werden, umfassen eine große Körpergröße, eine lange Lebensdauer und die Produktion von weniger Nachkommen, die oft eine sorgfältige elterliche Fürsorge erfordern, bis sie ausgewachsen sind. Organismen, deren Lebensgeschichte K-selektiert ist, werden oft als K-Strategen oder K-selektiert bezeichnet. Organismen mit K-selektierten Merkmalen umfassen große Organismen wie Elefanten, Menschen und Wale sowie kleinere, langlebigere Organismen wie Küstenseeschwalben, Papageien und Adler. Die Bevölkerungszunahme ist einer der Kämpfe ums Dasein.
Klassifizierung von Organismen
Obwohl einige Organismen hauptsächlich als r- oder K-Strategen identifiziert werden, folgen die meisten Organismen diesem Muster nicht. Zum Beispiel haben Bäume Eigenschaften wieLanglebigkeit und hohe Wettbewerbsfähigkeit, die sie als K-Strategen auszeichnen. Bei der Zucht produzieren Bäume jedoch normalerweise Tausende von Nachkommen und verteilen sie weit, was typisch für R-Strategen ist.
In ähnlicher Weise haben Reptilien wie Meeresschildkröten sowohl r- als auch k-Eigenschaften: Obwohl Meeresschildkröten große Organismen mit langer Lebensdauer sind (vorausgesetzt, sie erreichen das Erwachsenen alter), produzieren sie eine große Anzahl unbemerkter Nachkommen.
Andere Ausdrücke
Die r/K-Dichotomie kann als kontinuierliches Spektrum unter Verwendung des ökonomischen Konzepts diskontierter zukünftiger Renditen ausgedrückt werden, wobei die r-Auswahl großen Diskontsätzen entspricht und die K-Auswahl kleinen Diskontsätzen entspricht.
In Gebieten mit schwerer Umweltstörung oder Sterilisation (z. B. nach einem großen Vulkanausbruch, wie Krakatau oder Mount St. Helens) spielen R- und K-Strategen unterschiedliche Rollen in der ökologischen Sequenz, die das Ökosystem wiederherstellt. Aufgrund ihrer höheren Reproduktionsraten und ihres ökologischen Opportunismus neigen die Primärkolonisatoren dazu, Strategen zu sein, und werden von einer Reihe wachsender Konkurrenz zwischen pflanzlichem und tierischem Leben verfolgt. Die Fähigkeit der Umwelt, den Energiegeh alt durch photosynthetische Aufnahme von Sonnenenergie zu erhöhen, nimmt mit zunehmender komplexer Biodiversität zu, da sich r-Spezies so weit wie möglich vermehrenStrategien anwenden K.
Neues Gleichgewicht
Irgendwann entsteht ein neues Gleichgewicht (manchmal als kulminierende Gemeinschaft bezeichnet), wenn R-Strategen allmählich durch K-Strategen ersetzt werden, die wettbewerbsfähiger und besser an aufkommende mikroökologische Landschaftsveränderungen angepasst sind. Traditionell wurde die Biodiversität in diesem Stadium durch die Einführung neuer Arten maximiert, was zur Verdrängung und lokalen Ausrottung endemischer Arten führte. Die Intermediärstörungshypothese besagt jedoch, dass Intermediärstörungen in der Landschaft Patches auf verschiedenen Sukzessionsebenen erzeugen, was die Koexistenz von Kolonisatoren und Konkurrenten auf regionaler Ebene erleichtert.
Obwohl die r/K-Selektionstheorie im Allgemeinen auf Artenebene angewendet wird, ist sie auch nützlich, um die Evolution von ökologischen und lebensbezogenen Unterschieden zwischen Unterarten zu untersuchen. Zum Beispiel die afrikanische Honigbiene A. m. scutellata und die italienische Biene A. m. ligustica. Am anderen Ende der Skala wurde es auch verwendet, um die Evolutionsökologie ganzer Gruppen von Organismen wie Bakteriophagen zu untersuchen.
Forschungsmeinungen
Einige Forscher wie Lee Ellis, J. Philip Rushton und Aurelio Jose Figueredo haben die r/K-Selektionstheorie auf verschiedene menschliche Verh altensweisen angewendet, darunter Kriminalität, sexuelle Promiskuität, Fruchtbarkeit und andere Merkmale im Zusammenhang mit der Theorie der Lebensgeschichte. Rushtons Arbeit veranlasste ihn, die „Differential-K-Theorie“zu entwickeln, um zu versuchen, die vielen Unterschiede im menschlichen Verh alten über geografische Gebiete hinweg zu erklären. Und diese Theorie wurde von vielen anderen Forschern kritisiert. Letztere deutete an, dass die Entwicklung menschlicher Entzündungsreaktionen mit der Wahl von r/K zusammenhängt.
Obwohl die r/K-Selektionstheorie in den 1970er Jahren weit verbreitet wurde, hat sie auch zunehmende Aufmerksamkeit erh alten. Insbesondere eine Rezension des Ökologen Stephen S. Stearns machte auf Lücken in der Theorie und auf Mehrdeutigkeiten bei der Interpretation empirischer Daten aufmerksam, um sie zu testen.
Weitere Forschung
1981 zeigte Parrys 1981er Literaturüberblick über die r/K-Selektion, dass es keine Übereinstimmung unter den Forschern gab, die die Theorie zur Definition der r- und K-Selektion verwendeten, was ihn veranlasste, die Annahme einer Beziehung zwischen reproduktiv zu hinterfragen Kosten Funktion.
Eine Studie von Templeton und Johnson aus dem Jahr 1982 zeigte, dass in einer Population von Drosophila mercatorum (einer Unterart der Fliege), die der K-Selektion unterzogen wurde, tatsächlich eine höhere Häufigkeit von Merkmalen produziert wird, die typischerweise mit der r-Selektion verbunden sind. Mehrere andere Studien, die den Vorhersagen der r/K-Selektionstheorie widersprechen, wurden zwischen 1977 und 1994 ebenfalls veröffentlicht.
Als Stearns 1992 den Status einer Theorie überprüfte, stellte er fest, dass der BIOSIS-Literatursuchdienst von 1977 bis 1982 durchschnittlich 42 Theoriezitate pro Jahr verzeichnete, aber von 1984 bis 1989 fiel der Durchschnitt auf 16 pro Jahr und ging weiter zurück. Er kam zu dem Schluss, dass die r/K-Theorie einst eine nützliche Heuristik war, die in der Theorie der Lebensgeschichte keinen Zweck mehr erfüllt.
Zuletzt die Panarchie-Theorie der AnpassungFähigkeiten und Resilienz, die von S. S. Holling und Lance Gunderson gefördert werden, haben das Interesse an der Theorie wiederbelebt und nutzen sie als Möglichkeit, soziale Systeme, Ökonomie und Ökologie zu integrieren.
Metapopulationsökologie
Metapopulationsökologie ist ein vereinfachtes Modell der Landschaft in Gebiete unterschiedlicher Qualitätsstufen. Migranten, die sich zwischen Standorten bewegen, sind in Metapopulationen als Quellen oder Senken strukturiert. In der Terminologie der Metapopulation gibt es Emigranten (Personen, die den Ort verlassen) und Immigranten (Personen, die in den Ort ziehen).
Metapopulationsmodelle untersuchen Standortdynamiken im Laufe der Zeit, um Fragen zur räumlichen und demografischen Ökologie zu beantworten. Ein wichtiges Konzept in der Metapopulationsökologie ist der Rettungseffekt, bei dem kleine Flecken geringerer Qualität (z. B. Senken) durch einen saisonalen Zustrom neuer Einwanderer erh alten bleiben.
Die Struktur der Metapopulation entwickelt sich von Jahr zu Jahr, wobei einige Standorte Senken sind, wie zum Beispiel Trockenjahre, und zu Quellen werden, wenn die Bedingungen günstiger sind. Ökologen verwenden eine Mischung aus Computermodellen und Feldstudien, um die Struktur der Metapopulation zu erklären. Die Altersstruktur einer Bevölkerung ist das Vorhandensein von Vertretern bestimmter Altersgruppen in einer Bevölkerung.
Autoökologie
Der ältere Begriff Autoökologie (aus dem Griechischen: αὐτο, auto, „selbst“; οίκος, oikos, „Haush alt“und λόγος, logos, „Wissen“), bezieht sichetwa im gleichen Studienfach wie die Ökologie der Bevölkerung. Sie ergibt sich aus der Unterteilung der Ökologie in Autökologie – das Studium einzelner Arten in Bezug auf die Umwelt – und Synökologie – das Studium von Gruppen von Organismen in Bezug auf die Umwelt – oder Gemeinschaftsökologie. Odum (ein amerikanischer Biologe) glaubte, dass Synökologie in Populationsökologie, Gemeinschaftsökologie und Ökosystemökologie unterteilt werden sollte, und definierte Autoökologie als „Artenökologie“.
Biologen haben jedoch seit einiger Zeit erkannt, dass die größere Organisationsebene einer Art die Population ist, da auf dieser Ebene der Genpool der Art am beständigsten ist. Tatsächlich betrachtete Odum „Autoökologie“als einen „aktuellen Trend“in der Ökologie (d. h. einen archaischen Begriff), obwohl er „Artenökologie“als eine der vier Abteilungen der Ökologie einschloss.
Die erste Veröffentlichung von Population Ecology (ursprünglich Population Ecology Research genannt) wurde 1952 veröffentlicht.
Forschungsartikel zur Populationsökologie finden sich auch in tierökologischen Fachzeitschriften.
Bevölkerungsdynamik
Populationsdynamik ist ein Zweig der Biowissenschaften, der die Größe und Alterszusammensetzung von Bevölkerungen als dynamische Systeme und die biologischen und umweltbedingten Prozesse untersucht, die sie antreiben (z. B. Geburten- und Sterberaten sowie Einwanderung und Auswanderung).. Beispiele für Szenarien sind Alterung, Wachstum oder Schrumpfung der Bevölkerung.
Exponentielles Wachstum beschreibt die ungeregelte Fortpflanzung. Dies ist in der Natur sehr ungewöhnlich. Das Bevölkerungswachstum war in den letzten 100 Jahren exponentiell.
Thomas M althus glaubte, dass das Bevölkerungswachstum aufgrund des Mangels an Ressourcen, einschließlich Nahrungsmitteln, zu Überbevölkerung und Hunger führen würde. In Zukunft werden die Menschen nicht in der Lage sein, große Bevölkerungsgruppen zu ernähren. Die biologische Annahme des exponentiellen Wachstums ist, dass die Wachstumsrate pro Kopf konstant ist. Wachstum beschränkt sich nicht auf Ressourcenknappheit oder Raub.
Die Bevölkerungsdynamik wurde in mehreren Anwendungen der Kontrolltheorie weit verbreitet. Unter Verwendung der evolutionären Spieltheorie werden Bevölkerungsspiele in verschiedenen industriellen und alltäglichen Kontexten breit angewendet. Wird hauptsächlich in MIMO-Systemen (Multiple Input, Multiple Output) verwendet, obwohl sie für die Verwendung in SISO-Systemen (Single Input, Single Output) angepasst werden können. Einige Anwendungsbeispiele sind Militärkampagnen, Verteilung von Ressourcen für die Wasserverteilung, Versand verteilter Generatoren, Laborexperimente, Transportprobleme, Kommunikationsprobleme. Darüber hinaus kann die Bevölkerungsdynamik bei angemessener Kontextualisierung von Produktionsproblemen eine effektive und einfach anzuwendende Lösung für Kontrollprobleme sein. Zahlreiche wissenschaftliche Studien waren und sind im Gange.
Überbevölkerung
Überbevölkerung tritt auf, wenn die Population einer Art die Tragfähigkeit einer ökologischen Nische übersteigt. Dies kann das Ergebnis seinein Anstieg der Geburtenrate (Fruchtbarkeitsrate), ein Rückgang der Sterberate, eine Zunahme der Einwanderung oder ein nicht nachh altiges Biom und eine Erschöpfung der Ressourcen. Darüber hinaus bedeutet dies, dass die Menschen die zum Überleben verfügbaren Ressourcen begrenzen, wenn zu viele Menschen in einem Lebensraum leben. Die Altersstruktur der Bevölkerung spielt keine besondere Rolle.
In freier Wildbahn führt Überbevölkerung oft dazu, dass Raubtierpopulationen zunehmen. Dies hat den Effekt, dass die Beutepopulation kontrolliert und sichergestellt wird, dass sie sich zugunsten genetischer Merkmale entwickelt, die sie weniger anfällig für Raubtiere machen (und das Raubtier kann sich mitentwickeln).
In Abwesenheit von Raubtieren sind Arten an die Ressourcen gebunden, die sie in ihrer Umgebung finden können, aber dies kontrolliert nicht unbedingt die Überbevölkerung. Zumindest kurzfristig. Ein reichh altiges Angebot an Ressourcen kann zu einem Bevölkerungsboom führen, gefolgt von einer Bevölkerungskrise. Nagetiere wie Lemminge und Wühlmäuse haben diese Zyklen von schnellem Bevölkerungswachstum und anschließendem Rückgang. Auch die Populationen der Schneeschuhhasen ändern sich zyklisch dramatisch, ebenso wie eines der Raubtiere, die sie jagen, der Luchs. Diesen Trend zu verfolgen ist viel einfacher, als das Genom einer Population zu identifizieren.
