Opór środowiskowy: czynniki i przykłady

Opór środowiskowy to czynniki, które razem ograniczają wzrost naturalnej populacji. Mogą one zależeć od gęstości populacji, takiej jak konkurencja, grabież, pasożytnictwo lub jakość środowiska. Mogą być również niezależne od gęstości, takie jak katastrofy lub sezonowość klimatyczna.

Przy braku czynników regulujących środowisko każda naturalna populacja wzrastałaby wykładniczo zgodnie z jej potencjałem biotycznym. Jednak skutki oporu środowiskowego ograniczają wzrost populacji, osiągając równowagę.

Różne interakcje między czynnikami wywierającymi opór środowiskowy w przyroście populacji generują bardzo zmienną dynamikę populacji.

Ogólnie rzecz biorąc, populacje osiągają dynamiczną równowagę, która jest graficznie reprezentowana przez krzywe, które oscylują wokół wartości równowagi.

Jaki jest opór środowiskowy?

Najprostszy model dynamiki populacji zakłada, że ​​w optymalnych warunkach środowiskowych liczba osobników wzrasta zgodnie z potencjałem biotycznym populacji.

Oznacza to, że stopa wzrostu na mieszkańca (r) jest zawsze taka sama, niezależnie od wielkości populacji. W tych przesłankach wzrost populacji byłby wykładniczy.

W naturze populacje mogą rosnąć wykładniczo w początkowej fazie, ale nie mogą utrzymać tej dynamiki w nieskończoność. Istnieją czynniki, które ograniczają lub regulują wzrost tej populacji. Suma tych czynników jest znana jako odporność na środowisko.

Czynniki, które wywołują opór środowiskowy, działają poprzez zmniejszenie tempa wzrostu na mieszkańca, gdy populacja zbliża się do optymalnej wielkości, lepiej znanej jako zdolność przewozowa.

Ta dynamika generuje wzrost logistyczny, który ogólnie osiąga równowagę dynamiczną, ze stabilnymi okresowymi fluktuacjami wokół nośności (K).

Czynniki oporu środowiskowego

-Densindependent

Gdy czynniki generujące odporność na środowisko są niezależne od gęstości jednostek, mówi się, że są gęsto niezależne.

Niektóre czynniki niezależne od gęstości mogą występować okresowo wraz z porami roku, takimi jak pożar, susza, powodzie lub mróz. Wpływają one na regulację wielkości populacji.

Powtarzając je rok po roku, wywierają stałą presję selekcyjną, która niekiedy wywołuje u ludzi szczególne dostosowania, które pozwalają im zwiększać ich zdolności i przetrwać rok po roku, pomimo ich skutków regulacyjnych.

Inne efekty zależne od gęstości losowej, takie jak ekstremalne zmiany klimatu, wybuchy wulkanów i inne klęski żywiołowe, mogą powodować nieregularne zmiany w populacjach. Nie mogą utrzymać wielkości populacji na stałym poziomie lub w punkcie równowagi.

-Zależni ludzie

Jeśli czynniki regulujące wzrost populacji zależą od gęstości osobników, są one nazywane zależnymi od gęstości. Czynniki te mogą być abiotyczne lub biotyczne.

Czynniki abiotyczne

Abiotyczne czynniki odporności na środowisko to te, które występują, gdy wzrost wielkości populacji zmienia warunki fizykochemiczne siedliska.

Na przykład wysoka gęstość zaludnienia może generować akumulację szkodliwych odpadów, które zmniejszają przeżywalność lub współczynnik reprodukcji osobników.

Czynniki biotyczne

Czynniki biotyczne to czynniki wynikające z interakcji między osobnikami gatunku lub różnych gatunków. Na przykład konkurencja, drapieżnictwo i pasożytnictwo.

Konkurencja

Konkurencja występuje, gdy istotne zasoby wykorzystywane przez jednostki tego samego gatunku lub różnych gatunków są ograniczone. Pewnymi ograniczającymi zasobami mogą być składniki odżywcze, woda, terytorium, schronienia przed drapieżnikami, osobniki przeciwnej płci, między innymi światło.

W zakresie, w jakim populacja wzrasta, dostępność zasobów per capita zmniejsza się, co zmniejsza tempo reprodukcji jednostek i tempo wzrostu populacji. Mechanizm ten generuje dynamikę wzrostu logistycznego.

Drapieżnictwo

Drapieżnictwo jest rodzajem interakcji między gatunkami, poprzez które jednostka gatunku (drapieżnik) poluje na osobnika innego gatunku (zdobycz), aby spożywać go jako pokarm. W tego rodzaju interakcjach gęstość każdej populacji reguluje inne.

W zakresie, w jakim ofiara zwiększa swoją populację, populacja drapieżnika wzrasta ze względu na dostępność pożywienia. Jednak poprzez zwiększenie gęstości drapieżników populacja ofiar zmniejsza się ze względu na wzrost presji drapieżników.

Ten typ interakcji generuje krzywe wzrostu populacji, których równowaga jest dynamiczna. Statyczna wielkość populacji w nośności nie została osiągnięta, ale populacje stale oscylują wokół tej wartości.

Pasożytnictwo

Pasożytnictwo jest interakcją, dzięki której jednostka gatunku (pasożyta) korzysta z osobników innego gatunku (gospodarza), powodując spadek prawdopodobieństwa przeżycia lub rozmnażania. W tym sensie jest również uważany za mechanizm regulacji populacji.

Interakcja między pasożytami a gospodarzami może generować dynamikę podobną do dynamiki drapieżników i ofiar. Jednak różnorodność typów interakcji parasito-host w przyrodzie jest nieskończona, dlatego też można wygenerować bardziej złożoną dynamikę.

-Interakcje

W przyrodzie zależne i niezależne efekty gęstości oddziałują na regulację populacji, tworząc dużą różnorodność wzorów.

Populacja może pozostać w rozmiarze zbliżonym do nośności z powodu czynników zależnych od gęstości i ostatecznie doświadczyć gwałtownego spadku z powodu katastrofy naturalnej niezależnie od gęstości.

Przykłady

Wzrost bakterii

Gdy inokulum bakteryjne wysiewa się w pożywce hodowlanej, można zaobserwować czterofazową krzywą wzrostu. Na tej krzywej wyraźnie widać początkowy wzrost wykładniczy i wpływ regulacji środowiskowych.

Początkowo potwierdzona jest faza stacjonarna, a ostatecznie efekt spadku liczebności populacji.

Podczas pierwszej fazy adaptacji bakterie nie rozmnażają się, ale syntetyzują RNA, enzymy i inne cząsteczki. W tej fazie nie obserwuje się wzrostu populacji.

W następnej fazie następuje podział komórek. Bakterie rozmnażają się przez fuzję binarną, komórka jest podzielona na dwie komórki potomne.

Mechanizm ten generuje gwałtowny wzrost, w którym wielkość populacji podwaja się w każdym kolejnym okresie. Jednak ta faza nie może trwać w nieskończoność, ponieważ składniki odżywcze pożywki zaczynają być ograniczające.

Trzecia faza krzywej jest nieruchoma. Redukcja składników odżywczych i gromadzenie się toksyn powoduje w konsekwencji zmniejszenie tempa wzrostu populacji, aż do osiągnięcia stałej wartości liczby bakterii. W tym momencie tempo produkcji nowych bakterii jest równoważone z szybkością śmierci bakterii.

W końcowej fazie krzywej następuje gwałtowny spadek liczby bakterii. Dzieje się tak, gdy wszystkie składniki odżywcze w pożywce zostały zużyte, a bakterie giną.

Rysie i zające

Typowym przykładem regulacji populacji między drapieżnikami a populacjami ofiar są rysie i zające. Zmniejszenie wielkości populacji zajęcy powoduje zmniejszenie liczby rysi.

Mniejsza liczba rysi zmniejsza presję drapieżną zająca, a to z kolei powoduje wzrost liczby rysi.

Ważne jest, aby wziąć pod uwagę, że w dynamice populacji zajęcy pośredniczy również dostępność pożywienia dla nich.

Lemingi

Interesujące studium przypadku dotyczy Lemmings na Grenlandii. Populację tych ssaków regulują cztery gatunki drapieżne: sowa, lis, gatunek ptaka i gronostaj ( Mustela erminea ).

Pierwsze trzy to oportunistyczne drapieżniki, które żywią się lemingami tylko wtedy, gdy są obfite. Podczas gdy gronostaj żywi się wyłącznie lemingami.

Ta interakcja między różnymi czynnikami regulacyjnymi powoduje okresowe oscylacje wzrostu populacji, które generują cykle czterech lat w lemingach. Tę dynamikę można wyjaśnić w następujący sposób.

Kiedy lemingi występują w niewielkiej liczbie ludności, żerują na nich tylko gronostaje. Dzięki stosunkowo niskiej presji drapieżnej szybko zwiększa swoją populację.

Zwiększając populację lemingów, oportunistyczne drapieżniki coraz częściej polują na nie. Z drugiej strony, gronostaje również zwiększają swoją populację, ponieważ istnieje większa dostępność żywności. Ta sytuacja generuje zależny od gęstości limit populacji populacji lemingów.

Wzrost liczby gatunków drapieżnych i wielkości populacji generuje bardzo silną presję drapieżną na lemingi, powodując gwałtowny spadek wielkości populacji.

Ten spadek zdobyczy znajduje odzwierciedlenie w zmniejszeniu liczebności populacji gronostajów w następnym roku, ze względu na spadek żywności, co doprowadziło do nowego cyklu.

Różnica z potencjałem biotycznym

Potencjał biotyczny to maksymalna zdolność wzrostu naturalnej populacji podlegającej optymalnym warunkom środowiskowym.

Na przykład, gdy żywność jest obfita, warunki środowiskowe wilgotności, pH i temperatury są korzystne, a ich osobnicy nie są narażeni na drapieżniki lub choroby.

Ta cecha populacji jest określona przez zdolność reprodukcyjną osobników (zwykle kobiet), to znaczy przez to, ile potomstwa są w stanie wyprodukować przez całe życie, co zależy od wieku pierwszej reprodukcji, liczby dzieci w każdym zdarzeniu reprodukcyjnym oraz częstotliwość i ilość tych wydarzeń.

Potencjał biotyczny populacji jest ograniczony przez odporność na środowisko. Interakcja między obiema koncepcjami generuje nośność.