If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Популационна екология : Мистерията на Тексаските комари

Ханк обсъжда популационната екология, включително факторите, които ограничават растежа на популацията, като използва примера на една популация от комари. Създадено от EcoGeek.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.

Видео транскрипция

Прекарахме доста седмици заедно с епизодите по биология, говорейки за физиологията на животните и растенията и как клетките работят заедно, за да образуват тъкани, органи и органни системи. За да ни създадат нас – парчетата месо и зеленчуци, които сме. За да разберем целия организъм, е важно да знаем какво става на всички тези нива. Същото важи и при екологията. Само че вместо да увеличаваме и намаляваме мащаба на различни неща в един организъм, можем да променяме разглеждаме с различно увеличение Земята. Заради силата на увеличението можем да разберем цяла редица неща за планетата. Например можем да разгледаме групи от един вид и как те живеят заедно в един географски район. Това е популационна екология. Има също екология на съобществата, където разглеждаш групи от различни организми, живеещи заедно. И откриваш как те си влияят едни на други. С най-голям мащаб е екологията на екосистемите. Изучаването на това как всички живи и неживи неща си взаимодействат в една цяла екосистема. Нека започнем с разглеждането под лупа на популацията: изучаване на групи от един вид, които взаимодействат основно помежду си. За да разберем защо тези популации са различни на едно място и на друго и в различно време. Как – може би се питаш – това е полезно за някого? Ами, всъщност е супер полезно за всички винаги. Нека разгледаме например избухването на епидемия от западнонилска треска в Далас, Тексас през лятото на 2012 г. В окръг Далас дванайсет души са умрели от вируса до заснемането на това видео. Почти 300 души са инфектирани. През 2011 г. в целия щат Тексас се съобщава за седем случая на западнонилска треска и само два смъртни случая. Това изглежда нещо важно. Какво се случва? Оказва се, че това е проблем на популационната екология. Западнонилската треска се пренася от комари и популацията на комари в Далас през 2012 г. кърти стени като Супермен, разпространявайки болестта с луда скорост. Защо това избухване се случва през 2012 г., а не предната година? И защо се е случило в Тексас, а не в Ню Джърси? Отговорът дава популационната екология. Преди да започнем да решаваме мистерии за епидемии, трябва да разберем основите на екологията на популациите. Като за начало, една популация е просто група от индивиди от един вид, които си взаимодействат често. Колко често си взаимодействат организмите зависи от географията. Ще имаш доста повече срещи с хората, които живеят близо до теб, отколкото с отдалечените. В резултат индивидите, които са по-близко до теб, ще бъдат тези, с които се съревноваваш за храна и пространство за живеене, партньори и пр. За да разбере защо популациите са различни от място до място и по време, един популационен еколог трябва да знае няколко неща за популацията. Като например гъстотата. В този случай колко комара има в района на Далас, които могат да влязат в контакт едни с други. Гъстотата на популацията се променя заради няколко фактора, всички, от които са доста логични. Тя се повишава, когато нови индивиди или се родят, или имигрират (влязат отвън). И намалява заради смърт или емиграция (напускащи индивиди). Достатъчно просто, но като популационен еколог ти също трябва да знаеш географските особености на индивидите в популацията. Това е тяхната разпръснатост. Например дали всички комари са скупчени заедно? Или са равномерно разпределени в окръга? Има ли някакъв вид случайно отстояние? Отговорът на тези въпроси дава на учените картина на популацията във всеки един момент. За да разгадаем пъзел като избухването епидемия от западнонилска треска, което включва изучаване на това как популацията се е променяла с времето, трябва да проучим един от централните принципи на популационната екология: растеж на популацията. Има всякакви видове фактори, които движат растежа и те могат да варират драстично от един организъм до друг. Неща като плодовитост. Това колко потомци един индивид може да има с времето води до големи разлики в размера на една популация. Например защо популациите от комари изглеждат бързо растящи, докато застрашеният черен носорог може никога да не се възстанови заради едното бракониерство? Като за начало, комарите могат да имат по 2000 потомъка за двете им седмици живот. Докато носорогът може да има някъде към пет за 40 години. Все пак популацията обикновено или никога не расте до пълния си потенциал и не може да продължи да расте безспир. За да разбереш колко бързо или бавно и колко много или малко расте една популация, трябва да се фокусираш на това какво ограничава нейния растеж. Тези фактори подходящо се наричат ограничаващи фактори. Да речем, че си комар в Далас през 2011 г., годината преди избухването на епидемията. Тогава темпът на растеж не е бил като този от 2012 г., така че нещо те е спирало. За да разберем какви са ограничаващите фактори, първо трябва да определим нуждите ти като комар за живеене и размножаване. Първо, трябва да си намериш храна. Вие, комарите, ядете всякакви неща. Но за да се размножаваш, ако приемем, че си женска, ти трябва кръвно ястие. Трябва да си намериш гръбначно и да изсмучеш малко от кръвта му. Предполагаме, че в Далас не липсват гръбначни, от които да си посмучеш кръв. Имам добри приятели, които са гръбначни в Далас. Можеш дори да успееш да си смукнеш от тяхната кръв. Следва температурата. Понеже вие, комарите, сте студенокръвни, трябва да е топло, за да си активен. Тексас е доста топло място и зимата на 2011/2012 е особено мека. Всъщност лятото на 2012 г. било изключително горещо, което ускорява цикъла на живота на комарите. Този ограничаващ фактор не е действал на комарите в областта на Далас. Отиваме на партньорите. Ако си женски комар, ще трябва да си намериш добър мъжки – с работа и собствена кола, защото Далас е доста голям град. Това не е толкова трудно заради начина, по който комарите го правят. Мъжките просто се събират в облак по здрач всяка вечер през размножителния сезон и всички женски трябва да намерят местния облак с пичове и да прелетят през него, за да се плодят. Лесна работа. Накрая пространство. Аха! Тук имаме друга важна улика. Комарите трябва да снесат яйцата си в застояла вода. Ако има нещо, което ларвите на комарите мразят, и това е буря, отнасяща малката локва вода, в която са живели. Понеже Далас е бил ударен от лоша суша през лятото на 2012 г., затова имало много плитчини със застояла вода за комарите, развъдници за много, много западнонилски комари. Когато погледнем доказателствата, откриваме поне два ограничаващи фактора за растежа на даласката популация от комари, които са премахнати през 2011 г. Ограниченията на температурата и пространството. Било е доста топло и е имало много места за полагане на яйца, така че насекомите са били свободни да се развихрят. Популационните еколози групират ограничаващите фактори в две различни категории. Зависещи от гъстотата и независещи от гъстотата. Това се прави, защото трябва да знаем дали растежът на популацията се контролира от това колко индивида има вътре или дали се контролира от нещо друго. Причината тези ограничения да са важни е, защото те оказват влияние на капацитета на средата на комарите. Това е броят индивиди, които хабитатът може да изхранва с наличните ресурси. Зависимите от гъстотата ограничения са фактори, които потискат растежа, заради стреса върху средата от големината на популацията. Например възможно е да няма достатъчно храна, вода и пространство за всички. Или понеже има твърде много индивиди, популация на хищници наблизо просперира, което държи популацията в граници. Неща като болести също могат да бъдат ограничения, зависими от гъстотата. Много индивиди, живеещи в близки квартири, могат да са фактор за разпространение на инфекции. Не мисля, че комарите в Далас ще останат в скоро време без гръбначни, от които да си хапват, но нека хипотетично да кажем, че бумът от местни популации на комари е причинил подобна експлозия в броя на мексиканските свободноопашати прилепи, официалния летящ бозайник на щата Тексас. Те ядат комари. Това би бил ограничаващ фактор, който е зависим от гъстотата. Повече комари води до повече прилепи, което води до по-малко комари. Доста е просто. Когато ограничените от гъстотата фактори започват да влизат в действие и лимитират растежа на популацията, това значи, че е достигнат капацитетът на средата. Другият тип ограничаващи фактори – независимите от гъстотата, нямат общо с това колко индивида има или колко гъста е популацията. Много често тези ограничения са описвани във връзка с някаква катастрофа. Изригване на вулкан, мусон, Чернобил. При всички случаи, някой важен аспект от живота на популацията се променя достатъчно и това прави оцеляването по-трудно. Тези фактори не трябва да са супер драматични. Връщаме се на комарите: да речем, че през 2013 г. има голяма буря. Много проливни дъждове всеки ден за три месеца. Това ще обезпокои групичките яйца на комари, стоящи в застояли води. Така че броят родени тази година ще е съществено по-малък. По същия принцип, ако температурата се понижи и е било необичайно студено цяло лято, темпът на растеж ще се понижи. Истината е, че има милиарди ситуации, и големи, и малки, които могат да доведат или до достигане на капацитета на средата, или до разпадането на популацията заради външни фактори. Работата на популацинния еколог е да разбере кои са тези фактори. Затова имаме математика. Нашата приятелка математиката казва, че всяка популация от каквото и да е, ще расте експоненциално, освен ако няма причина да не може. Експоненциален растеж означава, че популацията расте с темп, пропорционален на размера на популацията. Тук в началото на 2012 г. може би сме имали само 1000 комара в Далас, но след, да кажем, един месец сме имали 3000. С три пъти повече размножаващи се комара растежът на популацията е три пъти по-бърз отколкото при 1000. След това стават 9000. В този момент растежът е три пъти по-бърз от момента с 3000. И така до безкрайност. И в този сценарий комарите казват: "Капацитет на средата? Покритият ми с хитин задник! Нищо не може да ни спре!" Но знаеш ли какво не се случва наистина? Имам предвид, може да се случва за кратко. Числеността на хората нараства експоненциално от Индустриалната революция насам. Но в даден момент нещо винаги свива популацията. Това може да е фактор, зависим от гъстотата, като недостиг на храна или епидемия. Или независим от гъстотата фактор, като астероид, който заличава цял континент. Въпреки това, тази крива на експоненциален растеж не може да продължи до безкрай. Когато тези фактори се включат, една популация преминава само през логистичен растеж. Това означава, че популацията е ограничена до капацитета на средата. И като си помислиш, това не е много сложно. Виждаш ли как графиката става хоризонтална тук горе? Факторът, който води до появата на платото, почти винаги е ограничение, зависимо от гъстотата. Колкото и да добавяш комари, накрая темпът на популационен растеж ще се забави, защото им свършва или храната, или пространството. Когато стигнем до постоянен брой, той е капацитетът на средата на популацията на комарите в този хабитат. Нека приложим всички тези идеи, като използваме просто уравнение, което ще ни позволи да изчислим растежа на която и да е популация. Знам, че това е математика, но събуди се, защото е важно! Град Далас разчита на теб! Нека изчислим растежа на популацията от комари в Далас за период от две седмици. За да получим темпа на растежа (R), ще вземем броя на ражданията. Раждания минус броя на измрелите. После разделяме това на първоначалния размер на популацията. Обикновено го означаваме с N. Да речем, че започваме с първоначална популация от 100 комара. Всеки от тези комари живее средно две седмици. Нашите мъртви за две седмици ще са 100. Половината от тези комари ще бъдат женски. Значи 50 от тях. Те могат да направят около 2000 бебета през живота си, Така че това умножаваме по 2000. Ъх! 50 мами комари по 2000 бебета на всяка. Получаваш раждания на 100 000 малки бебета комарчета. Като вкараме всички цифри в това уравнение, въпреки че е изцяло хипотетично, ще видим истинския мащаб на проблема с комарите в Далас. Едно мигване и сме две седмици напред. Популацията е родила 100 000 бебета и само 100 комара са умрели. Това е темп на растеж, ако го сметнеш, от 999. Това значи, че на мястото на всеки комар от началото преди две седмици, ще има 999 в края на периода. Това е растеж от 99 800%. В името на чука на Тор! Отново, това са хипотетични числа, но ти дават представа за това как една популация може да излезе извън контрол, когато всички фактори, за които говорихме, играят в нейна полза. Но не знаеш какво е беда, докато не видиш графиката на човешката популация за последните две хилядолетия.