البيئة السكانية هي التقسيم الفرعي للإيكولوجيا الذي يتعامل مع ديناميكيات مجموعات الأنواع وكيفية تفاعل هذه المجموعات مع البيئة. إنها دراسة كيفية تغير أحجام مجموعات الأنواع بمرور الوقت والمكان. غالبًا ما يستخدم المصطلح بالتبادل مع بيولوجيا السكان أو ديناميكيات السكان. غالبًا ما يصف أنواع النضال من أجل الوجود. بسبب الانتقاء الطبيعي ، يزداد عدد الأفراد الذين يتم تكيفهم إلى أقصى حد.
في علم الأحياء ، السكان هو درجة توزيع نوع معين أو عدد معين من ممثليها الذين يعيشون في منطقة واحدة.
التاريخ
كيف بدأ كل شيء؟ يرتبط تطور الإيكولوجيا السكانية إلى حد كبير بالديموغرافيا وجداول الحياة الحالية. هذا القسم مهم جدا في الظروف البيئية الحالية.
البيئة السكانية مهمة في بيولوجيا الحفظ ، خاصة عندماتطوير تحليل الجدوى السكانية (PVA) الذي يتنبأ باحتمالية بقاء الأنواع في موطن معين على المدى الطويل. على الرغم من أن هذه البيئة هي نوع فرعي من علم الأحياء ، إلا أنها تقدم مشاكل مثيرة للاهتمام لعلماء الرياضيات والإحصائيين الذين يعملون في مجال ديناميات السكان. في علم الأحياء ، يعد السكان أحد المصطلحات المركزية.
نماذج
مثل أي علم ، تستخدم البيئة النماذج. تبدأ النماذج المبسطة للتغيير السكاني عادةً بأربعة متغيرات رئيسية (أربع عمليات ديموغرافية) ، بما في ذلك الوفاة والولادة والهجرة والهجرة. النماذج الرياضية المستخدمة لحساب التغيرات في الوضع الديموغرافي والتطور السكاني تفترض عدم وجود تأثير خارجي. يمكن أن تكون النماذج أكثر تعقيدًا من الناحية الرياضية عندما "… تتعارض العديد من الفرضيات المتنافسة مع البيانات في نفس الوقت."
يمكن استخدام أي نموذج لتنمية السكان لاشتقاق خصائص معينة للمجموعات الهندسية رياضيًا. العشيرة ذات الحجم المتزايد هندسيًا هي مجموعة لا تتداخل فيها الأجيال المتكاثرة. في كل جيل ، هناك حجم سكانية فعال (ومنطقة) ، يُشار إليها بـ Ne ، وهو عدد الأفراد في المجموعة التي يمكن أن تتكاثر في أي جيل تناسلي. ما الذي يسبب القلق
نظرية التحديد r / K
مفهوم مهم في علم البيئة السكانية هو نظرية اختيار r / K. المتغير الأول هو r (المعدل الداخلي للزيادة الطبيعيةحجم السكان ، لا يعتمد على الكثافة) ، والمتغير الثاني هو K (القدرة الاستيعابية للسكان ، تعتمد على الكثافة). تلعب العلاقات غير المحددة دورًا معينًا في هذا.
الأنواع المختارة من فئة R (مثل العديد من أنواع الحشرات مثل حشرات المن) هي النوع الذي يتميز بمعدلات خصوبة عالية ، واستثمار أبوي منخفض في الأحداث ، ومعدلات وفيات عالية قبل بلوغ الأفراد مرحلة النضج. التطور يعزز الإنتاجية في الأنواع المختارة. في المقابل ، تتمتع الأنواع المختارة من النوع K (مثل البشر) بمعدلات خصوبة منخفضة ، ومستويات عالية من الاستثمار الأبوي في سن مبكرة ، ومعدلات وفيات منخفضة مع نضوج الأفراد.
التطور في الأنواع المختارة من النوع K يعزز الكفاءة في تحويل المزيد من الموارد إلى نسل أقل. نتيجة للعلاقات غير المنتجة بين الأنواع ، قد ينقرض هؤلاء المتحدرين ، ليصبحوا آخر ممثلين لسكانهم.
تاريخ النظرية
صاغ علماء البيئة روبرت ماك آرثر وإي أو ويلسون مصطلحات r / K-selection في عام 1967 بناءً على عملهم في الجغرافيا الحيوية للجزيرة. هذه النظرية تجعل من الممكن تحديد أسباب التقلبات السكانية.
كانت النظرية شائعة في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي عندما تم استخدامها كأداة إرشادية ، لكنها فقدت شعبيتها في أوائل التسعينيات عندما تم انتقادها من قبل العديد من الدراسات التجريبية. حل نموذج تاريخ الحياة محل نموذج اختيار r / K ، لكنه استمر في تضمين العديد من موضوعاته المهمة. الرغبة في التكاثر هي الأساسالقوة الدافعة للتطور ، لذلك هذه النظرية مفيدة للغاية لدراستها.
وهكذا ، فإن الأنواع المختارة من r هي تلك التي تؤكد على معدلات نمو عالية ، وتميل إلى استغلال منافذ بيئية أقل ازدحامًا ، وتنتج العديد من النسل ، ولكل منها احتمال منخفض نسبيًا للبقاء على قيد الحياة حتى سن الرشد (أي مرتفع ، منخفض ك). النوع النموذجي من r هو الهندباء (جنس Taraxacum).
في البيئات غير المستقرة أو التي لا يمكن التنبؤ بها ، يسود الاختيار r بسبب القدرة على المضاعفة بسرعة. هناك فائدة قليلة في عمليات التكيف التي تسمح لها بالتنافس بنجاح مع الكائنات الحية الأخرى لأنه من المرجح أن تتغير البيئة مرة أخرى. تشمل السمات التي يُعتقد أنها تميز الاختيار r: الخصوبة العالية ، وصغر حجم الجسم ، وبدء النضج المبكر ، ووقت الجيل القصير ، والقدرة على تشتيت النسل على نطاق واسع.
غالبًا ما يشار إلى الكائنات الحية التي يخضع تاريخ حياتها للاختيار من بينها بـ r-Strategists. يمكن أن تتراوح الكائنات الحية التي تظهر صفات مختارة من النوع r من البكتيريا والدياتومات إلى الحشرات والأعشاب ، بالإضافة إلى العديد من رأسيات الأرجل ذات الفصوص السبعة والثدييات الصغيرة ، وخاصة القوارض. النظرية التفاضلية K لها علاقة غير مباشرة بالانتقاء الطبيعي للحيوانات.
اختيار الأنواع
تُظهر الأنواع المختارة من النوع K سمات مرتبطة بالعيش بالقرب من كثافات القدرة الاستيعابية وتميل إلى أن تكون منافسًا قويًا في منافذ مزدحمة تستثمر أكثر في أقلعدد النسل. كل منها لديه احتمالية عالية نسبيًا للبقاء على قيد الحياة حتى سن الرشد (أي منخفض r ، مرتفع k). في الأدبيات العلمية ، يُشار أحيانًا إلى الأنواع المختارة من النوع r على أنها "انتهازية" ، بينما توصف الأنواع المختارة من الفئة K بأنها "توازن".
في الظروف المستقرة أو التي يمكن التنبؤ بها ، يسود اختيار K ، حيث أن القدرة على التنافس بنجاح على الموارد المحدودة أمر بالغ الأهمية ، وعادة ما تكون مجموعات الكائنات المختارة من K ثابتة جدًا من حيث العدد وقريبة من الحد الأقصى الذي يمكن للبيئة الدعم. على عكس r-selected ، حيث يمكن أن يتغير حجم السكان بشكل أسرع. الأعداد المنخفضة تؤدي إلى سفاح القربى وهو أحد أسباب الطفرات.
الخصائص
السمات التي يُعتقد أنها من سمات اختيار K تشمل حجم الجسم الكبير والعمر الطويل وإنتاج عدد أقل من النسل ، والتي تتطلب غالبًا رعاية أبوية دقيقة حتى تنضج. غالبًا ما يُشار إلى الكائنات التي تم اختيار تاريخ حياتها على أنها K- استراتيجيون أو K-selected. تتضمن الكائنات الحية ذات السمات المختارة بـ K كائنات كبيرة مثل الفيلة والبشر والحيتان ، بالإضافة إلى كائنات أصغر عمرًا مثل الخرشنة القطبية والببغاوات والنسور. الزيادة في عدد السكان هي إحدى النضالات من أجل الوجود.
تصنيف الكائنات الحية
على الرغم من تحديد بعض الكائنات الحية في المقام الأول على أنها استراتيجيون من النوع r أو K ، إلا أن معظم الكائنات الحية لا تتبع هذا النمط. على سبيل المثال ، للأشجار سمات مثلطول العمر والقدرة التنافسية العالية التي تميزهم بأنهم استراتيجيون ك. ومع ذلك ، عند التكاثر ، عادة ما تنتج الأشجار الآلاف من النسل وتفرقهم على نطاق واسع ، وهو أمر نموذجي لدى الاستراتيجيين.
وبالمثل ، تتمتع الزواحف مثل السلاحف البحرية بخصائص r- و k: على الرغم من أن السلاحف البحرية كائنات كبيرة ذات عمر طويل (بشرط أن تصل إلى سن الرشد) ، فإنها تنتج عددًا كبيرًا من النسل غير الملحوظ.
تعبيرات أخرى
يمكن إعادة التعبير عن ثنائية r / K كطيف مستمر باستخدام المفهوم الاقتصادي للعائدات المستقبلية المخصومة مع اختيار r المطابق لمعدلات الخصم الكبيرة واختيار K المقابل لمعدلات الخصم الصغيرة.
في المناطق ذات الاضطرابات البيئية الشديدة أو التعقيم (على سبيل المثال بعد ثوران بركاني كبير ، مثل كراكاتوا أو جبل سانت هيلينز) ، يلعب الاستراتيجيون r و K أدوارًا مختلفة في التسلسل البيئي الذي يعيد النظام البيئي. نظرًا لارتفاع معدلات التكاثر والانتهازية البيئية ، يميل المستعمرون الأساسيون إلى أن يكونوا استراتيجيين ويتبعهم سلسلة من المنافسة المتزايدة بين الحياة النباتية والحيوانية. تزداد قدرة البيئة على زيادة محتوى الطاقة من خلال التقاط التمثيل الضوئي للطاقة الشمسية مع زيادة التنوع البيولوجي المعقد حيث تتكاثر الأنواع r إلى أقصى حد ممكن معباستخدام الاستراتيجيات K.
توازن جديد
في نهاية المطاف ، يحدث توازن جديد (يُطلق عليه أحيانًا مجتمع ذروة) حيث يتم استبدال الاستراتيجيين المتدرجين بالتدريج من قبل الاستراتيجيين من النوع K الأكثر قدرة على المنافسة وأكثر تكيفًا مع التغيرات الناشئة في المشهد الإيكولوجي الدقيق. تقليديا ، كان يعتبر أن التنوع البيولوجي قد تم تعظيمه في هذه المرحلة مع إدخال أنواع جديدة ، مما أدى إلى استبدال الأنواع المستوطنة والانقراض المحلي. ومع ذلك ، تنص فرضية الاضطراب الوسيط على أن المستويات المتوسطة من الاضطراب في المناظر الطبيعية تخلق بقعًا على مستويات مختلفة من التعاقب ، مما يسهل التعايش بين المستعمرين والمنافسين على نطاق إقليمي.
على الرغم من تطبيقها بشكل عام على مستوى الأنواع ، إلا أن نظرية اختيار r / K مفيدة أيضًا لدراسة تطور الاختلافات البيئية واختلافات الحياة بين الأنواع الفرعية. على سبيل المثال ، نحل العسل الأفريقي A. m. scutellata والنحل الإيطالي A. m. يجوستيكا. في الطرف الآخر من المقياس ، تم استخدامه أيضًا لدراسة البيئة التطورية لمجموعات كاملة من الكائنات الحية مثل العاثيات.
آراء بحثية
قام بعض الباحثين مثل Lee Ellis و J. Philip Rushton و Aurelio Jose Figueredo بتطبيق نظرية اختيار r / K على سلوكيات بشرية مختلفة ، بما في ذلك الانحراف ، والاختلاط الجنسي ، والخصوبة ، وغيرها من السمات المتعلقة بنظرية تاريخ الحياة. قاده عمل راشتون إلى تطوير "نظرية K التفاضلية" لمحاولة شرح الاختلافات العديدة في السلوك البشري عبر المناطق الجغرافية.وقد تم انتقاد هذه النظرية من قبل العديد من الباحثين الآخرين. اقترح الأخير أن تطور الاستجابات الالتهابية البشرية مرتبط باختيار r / K.
على الرغم من أن نظرية اختيار r / K بدأ استخدامها على نطاق واسع في السبعينيات ، فقد حظيت أيضًا باهتمام متزايد. على وجه الخصوص ، لفتت مراجعة قام بها عالم البيئة ستيفن ستيرنز الانتباه إلى الفجوات في النظرية وإلى الغموض في تفسير البيانات التجريبية لاختبارها.
مزيد من البحث
في عام 1981 ، أظهرت مراجعة باري لعام 1981 للأدبيات المتعلقة باختيار r / K أنه لم يكن هناك اتفاق بين الباحثين باستخدام نظرية تعريف الانتقاء r و K ، مما دفعه إلى التشكيك في افتراض وجود علاقة بين الإنجاب. التكاليف. الوظيفة.
أظهرت دراسة أجراها تمبلتون وجونسون في عام 1982 أنه في مجموعة سلالات ذبابة الفاكهة (نوع فرعي من الذبابة) تخضع لاختيار K ، فإنها تنتج فعليًا تواترًا أعلى للسمات المرتبطة عادةً بالاختيار r. كما تم نشر العديد من الدراسات الأخرى التي تتعارض مع تنبؤات نظرية اختيار r / K بين عامي 1977 و 1994.
عندما راجع Stearns حالة النظرية في عام 1992 ، أشار إلى أنه من عام 1977 إلى عام 1982 ، بلغ متوسط خدمة البحث في الأدبيات BIOSIS 42 استشهادًا نظريًا في السنة ، ولكن من 1984 إلى 1989 انخفض المتوسط إلى 16 استشهادًا سنويًا. واستمر في الانخفاض. وخلص إلى أن نظرية r / K كانت ذات يوم مجربة مفيدة لم تعد تخدم أي غرض في نظرية تاريخ الحياة.
مؤخرًا نظرية البانارارك للتكيفلقد أحيت القدرات والمرونة التي روج لها S. S.
بيئة الاستقلاب
بيئة التمثيل الغذائي هي نموذج مبسط للمناظر الطبيعية في مناطق ذات مستويات جودة مختلفة. يتم تنظيم المهاجرين الذين يتنقلون بين المواقع في عمليات التمثيل الغذائي كمصادر أو أحواض. في مصطلحات التمثيل الغذائي ، هناك مهاجرون (أفراد يغادرون الموقع) ومهاجرون (أفراد ينتقلون إلى الموقع).
تفحص نماذج التمثيل الغذائي ديناميكيات الموقع بمرور الوقت للإجابة على أسئلة حول البيئة المكانية والديموغرافية. أحد المفاهيم المهمة في علم البيئة الاستقلابية هو تأثير الإنقاذ ، حيث يتم الحفاظ على بقع صغيرة منخفضة الجودة (أي الأحواض) من خلال التدفق الموسمي للمهاجرين الجدد.
تتطور بنية التمثيل الغذائي من سنة إلى أخرى ، حيث تكون بعض المواقع عبارة عن أحواض ، مثل سنوات الجفاف ، وتصبح ينابيع عندما تكون الظروف مواتية أكثر. يستخدم علماء البيئة مزيجًا من نماذج الكمبيوتر والدراسات الميدانية لشرح بنية التمثيل الغذائي. الهيكل العمري للسكان هو وجود ممثلين لأعمار معينة في مجموعة سكانية.
علم السيارات
المصطلح الأقدم علم البيئة (من اليونانية: αὐτο ، auto ، "self" ؛ οίκος ، oikos ، "المنزلية" و λόγος ، الشعارات ، "المعرفة") ، يشيرتقريبًا في نفس مجال الدراسة مثل علم البيئة للسكان. إنه ينبع من تقسيم علم البيئة إلى علم النفس الذاتي - دراسة الأنواع الفردية فيما يتعلق بالبيئة - وعلم التوليف - دراسة مجموعات الكائنات الحية فيما يتعلق بالبيئة - أو بيئة المجتمع. يعتقد Odum (عالم أحياء أمريكي) أنه يجب تقسيم علم التوليف إلى علم البيئة السكانية ، وبيئة المجتمع ، وبيئة النظام الإيكولوجي ، مع تحديد علم البيئة الذاتية على أنه "بيئة الأنواع".
ومع ذلك ، أدرك علماء الأحياء لبعض الوقت أن المستوى الأكبر من تنظيم الأنواع هو عدد السكان ، لأنه في هذا المستوى يكون تجمع جينات الأنواع أكثر اتساقًا. في الواقع ، اعتبر Odum "الإيكولوجيا الذاتية" بمثابة "اتجاه حالي" في علم البيئة (أي مصطلح قديم) ، على الرغم من تضمينه "بيئة الأنواع" كواحد من الأقسام الأربعة في علم البيئة.
تم إصدار أول منشور لـ "علم البيئة السكانية" (يسمى في الأصل ببحوث البيئة السكانية) في عام 1952.
يمكن أيضًا العثور على أوراق بحثية حول علم البيئة السكانية في مجلات علم البيئة الحيوانية.
ديناميات السكان
الديناميكيات السكانية هي فرع من فروع علوم الحياة التي تدرس حجم السكان وتركيبهم العمري كنظم ديناميكية ، والعمليات البيولوجية والبيئية التي تحركها (على سبيل المثال ، معدلات المواليد والوفيات ، والهجرة والهجرة). أمثلة على السيناريوهات هي شيخوخة السكان أو النمو أو الانكماش
النمو الأسي يصف التكاثر غير المنظم.هذا أمر غير مألوف جدًا في الطبيعة. كان النمو السكاني أسيًا على مدار المائة عام الماضية.
يعتقد توماس مالتوس أن النمو السكاني من شأنه أن يؤدي إلى الزيادة السكانية والمجاعة بسبب نقص الموارد ، بما في ذلك الغذاء. في المستقبل ، لن يتمكن الناس من إطعام أعداد كبيرة من السكان. الافتراض البيولوجي للنمو الأسي هو أن معدل نمو نصيب الفرد ثابت. لا يقتصر النمو على ندرة الموارد أو الافتراس.
تم استخدام الديناميكيات السكانية على نطاق واسع في العديد من تطبيقات نظرية التحكم. باستخدام نظرية اللعبة التطورية ، يتم تطبيق الألعاب السكانية على نطاق واسع في مختلف السياقات الصناعية واليومية. تُستخدم بشكل أساسي في أنظمة المدخلات المتعددة والمخرجات المتعددة (MIMO) ، على الرغم من إمكانية تكييفها للاستخدام في أنظمة الإدخال الفردي والمخرج الفردي (SISO). بعض الأمثلة التطبيقية هي الحملات العسكرية ، وتوزيع الموارد لتوزيع المياه ، وإرسال المولدات الموزعة ، والتجارب المعملية ، ومشاكل النقل ، ومشاكل الاتصال. بالإضافة إلى ذلك ، مع وضع سياق مناسب لمشاكل الإنتاج ، يمكن أن تكون الديناميكيات السكانية حلاً فعالاً وسهل التطبيق للتحكم في المشاكل. العديد من الدراسات العلمية كانت وما زالت جارية.
اكتظاظ
يحدث الزيادة السكانية عندما يتجاوز عدد سكان أحد الأنواع القدرة الاستيعابية لمكان إيكولوجي. قد تكون هذه النتيجةزيادة في معدل المواليد (معدل الخصوبة) ، وانخفاض معدل الوفيات ، وزيادة الهجرة أو المناطق الأحيائية غير المستدامة ، ونضوب الموارد. علاوة على ذلك ، هذا يعني أنه إذا كان هناك الكثير من الناس في موطن واحد ، فإن الناس يحدون من الموارد المتاحة للبقاء على قيد الحياة. لا يلعب الهيكل العمري للسكان دورًا خاصًا.
في البرية ، غالبًا ما يؤدي الاكتظاظ السكاني إلى زيادة أعداد الحيوانات المفترسة. هذا له تأثير في التحكم في أعداد الفريسة والتأكد من أنها تتطور لصالح الخصائص الوراثية التي تجعلها أقل عرضة للحيوانات المفترسة (ويمكن للمفترس أن يتطور بشكل مشترك).
في حالة عدم وجود الحيوانات المفترسة ، ترتبط الأنواع بالموارد التي يمكن أن تجدها في بيئتها ، لكن هذا لا يتحكم بالضرورة في الزيادة السكانية. على الأقل في المدى القصير. يمكن أن تؤدي وفرة المعروض من الموارد إلى طفرة سكانية تليها أزمة سكانية. القوارض مثل القوارض والفئران لها دورات من النمو السكاني السريع والانحدار اللاحق. تتغير أعداد أرانب الأحذية الثلجية أيضًا بشكل كبير دوريًا ، كما هو الحال مع أحد الحيوانات المفترسة التي تصطادها ، الوشق. تتبع هذا الاتجاه أسهل بكثير من تحديد جينوم السكان.
