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

Численост, плътност и разпределение на популацията

Какво е екологична популация. Как учените дефинират и измерват числеността, плътността и разпространението в пространството на популацията.

Основни идеи

  • Една популация се състои от всички организми от даден вид, които живеят в определена област.
  • Статистическото изучаване на популациите и как те се променят с течение на времето се нарича демография.
  • Два важни показателя за популациите са численост на популацията, т.е. броят на индивидите, и плътност на популацията, т.е. броят на индивидите върху единица площ или обем.
  • Еколозите изчисляват числеността и плътността на популациите, използвайки квадрати и метода на улавяне-маркиране-повторно улавяне.
  • Организмите в една популация може да се разпределят по равномерен, случаен или групов модел. Равномерен означава, че популацията е равномерно разпределена, случаен показва произволно разпределение и групов означава, че популацията се разпределя на отделни групи.

Какво е популация?

В ежедневието често асоциираме термина популация с броя на хората, които живеят на определено място – град Ню Йорк има популация от 8,6 милиона души.start superscript, 1, end superscript Град Монови в щата Небраска има популация от един човек. Представи си само – можеш да удвоиш популацията на Монови, ако решиш да се преместиш там!
В екологията популация представляват всички организми от даден биологичен вид, живеещи в дадена област. Например можем да кажем, че Ню Йорк се обитава от популация от човеци, а друга популация от човеци обитава град Грос. Можем да опишем тези популации чрез тяхната численост — това, което често имаме предвид под население, когато говорим за малки и големи градове - както и чрез тяхната гъстота - колко хора живеят върху единица площ — и разпределение — колко струпани или разпръснати са хората.

Демография: описване на популации и как те се променят

Най-често еколозите не изучават хората в малки и големи градове. Те по-скоро изучават различни видове популации на растения, животни, гъби и дори бактерии. Статистическото изследване на дадена популация, човешка или друга, се нарича демография.
Защо демографията е важна? Популациите може да се изменят по численост и структура — например възраст и полово разпределение — поради различни причини. Тези промени могат да засегнат начините, по които популацията взаимодейства с окръжаващата я физическа околна среда и с другите биологични видове.
Чрез проследяване на популациите в течение на времето еколозите могат да видят как тези популации са се променяли и биха могли да прогнозират как те евентуално биха се променяли в бъдеще. Контролирането на размера и структурата на популациите също може да помогне на еколозите да управляват популации — например като показват дали усилията за опазване помагат за увеличаване на числеността на даден застрашен вид.
В тази статия ще започнем нашето пътуване из демографията като разгледаме понятията численост, плътност и разпределение на популацията. Ще разгледаме и някои методи, които еколозите използват за определяне на тези показатели за популациите в природата.

Численост и плътност на популацията

При демографското изследване на дадена популация се започва с някои основни показатели. Един от тях е просто броят на индивидите в популацията, т.нар. численост на популацията - N. Друг основен показател е плътността на популацията – броят на индивидите върху единица площ или единица обем на местообитанието.
Числеността и плътността са важни показатели за описване на текущото състояние на популацията и, потенциално, за прогнозиране как то може да се промени в бъдещето:
  • По-големите популации често са по-стабилни от по-малките популации, защото при тях е по-вероятно да съществува по-голямо генетично разнообразие и по този начин притежават по-висок потенциал за адаптация към промените в околната среда чрез естествен подбор.
  • Представител на популация с ниска плътност — когато малък брой индивиди от един вид са разпространени на много голяма територия — може значително по-трудно да намери потенциален партньор за размножаване, отколкото индивид в популация с висока плътност.

Определяне на числеността на популацията

За да определим числеността на дадена популация не може ли просто да преброим всички организми в нея? В идеалния случай – да! Но често в реалния живот това не е възможно. Би било много трудно да се преброи всяко стръкче трева в зелените площи в училищния двор, нали? Или всяка сьомга, да кажем, в езерото Онтарио, което има обем приблизително 1600 кубични километра. start superscript, 1, end superscript Преброяването на всички организми в една популация може да бъде твърде скъпо от гледна точка на нужните време и пари, а често може да е просто невъзможно.
Поради тези причини учените често определят числеността на популацията като правят една или повече извадки от нея и въз основа на тях правят изводи за цялата популация. Могат да се използват разнообразни методи за съставяне на извадки от популациите с цел определяне на тяхната численост и плътност. Тук ние ще разгледаме два от най-важните: методът на квадратите и методът на повторно улавяне на маркирани индивиди.

Методът на квадратите

За неподвижни организми като растения — или за много малки и бавнодвижещи се организми — може да се използват парцели, наречени квадрати, за определяне на числеността и плътността на популацията. Всички квадрати очертават области с еднакви размери — обикновено с формата на квадрат — в рамките на местообитанието. Квадратът може да бъде направен чрез трасиране на площ с пръчки и връв или чрез използване на дървен, пластмасов или метален квадрат, поставен на земята, както е показано на снимката по-долу.
Изображение на: модифицирано от Population demography: Figure 2 от OpenStax College, Biology, CC BY 4.0; оригинално изображение на NPS Sonoran Desert Network
След определянето на квадратите изследователите преброяват броя на индивидите в границите на всеки един от тях. В рамките на местообитанието се правят няколко такива извадки на няколко произволни места, което гарантира, че регистрираните стойности са представителни за цялото местообитание. На края данните могат да се използват, за да се изчисли числеността и плътността на популацията в рамките на цялото местообитание.

Метод на повторно улавяне на маркирани индивиди

За организми, които се движат, като бозайници, птици или риби, за определяне на числеността на популацията често се използва техника, наречена Метод на повторно улавяне на маркирани индивиди. Този метод включва улавяне на извадка от животните и маркирането им по някакъв начин – например с помощта на етикети, пръстени, боя или други маркировки за тяло, както е показано по-долу. След това маркираните животни се пускат обратно в околната среда и им се позволява да се смесват с останалата част от популацията.
Изображение на: Population demography: Figure 3 от OpenStax College, Biology, CC BY 4.0; оригинали: вляво, модификация на работата на Neal Herbert, NPS; в средата, модификация на работата на Pacific Southwest Region USFWS; вдясно, модификация на работата на Ingrid Taylar
По-късно се улавя нова извадка. Тази нова извадка ще включва някои индивиди, които са маркирани — уловени отново — и някои индивиди, които не са маркирани. Въз основа на отношението на маркираните към немаркираните индивиди учените могат да изчислят колко индивиди съдържа общата популация.

Пример: използване на метода на повторно улавяне на маркирани индивиди

Да речем че искаме да определим числеността на популацията на елени. Да предположим, че улавяме 80 елена, маркираме ги и ги освобождаваме обратно в гората. След като мине известно време — достатъчно маркираните елени напълно да се смесят с останалата част от популацията - ние се връщаме и улавяме 100 елена. От тези елени ние откриваме, че 20 вече са маркирани.
Ако 20 от 100 елена са маркирани, това предполага, че маркираните елени — които знаем че са 80 на брой — съставляват 20 % от популацията. Използвайки тази информация, ние може да формулираме следното отношение:
start fraction, start text, б, р, о, й, space, н, а, space, м, а, р, к, и, р, а, н, и, т, е, space, п, р, и, space, п, ъ, р, в, о, т, о, space, у, л, а, в, я, н, е, end text, left parenthesis, M, right parenthesis, divided by, start text, о, б, щ, а, space, п, о, п, у, л, а, ц, и, я, end text, left parenthesis, N, right parenthesis, end fractionequalsstart fraction, start text, б, р, о, й, space, н, а, space, м, а, р, к, и, р, а, н, и, т, е, space, п, р, и, space, в, т, о, р, о, т, о, space, у, л, а, в, я, н, е, end text, left parenthesis, x, right parenthesis, divided by, start text, о, б, щ, space, б, р, о, й, space, п, р, и, space, в, т, о, р, о, т, о, space, у, л, а, в, я, н, е, end text, left parenthesis, n, right parenthesis, end fraction
start fraction, M, divided by, N, end fraction equals start fraction, x, divided by, n, end fraction
След това преобразуваме уравнението:
N equals start fraction, n, M, divided by, x, end fraction
И накрая заместваме конкретните стойности от примера с елените:
N equals start fraction, left parenthesis, 100, start text, space, о, б, щ, о, space, п, р, и, space, в, т, о, р, о, space, у, л, а, в, я, н, е, end text, right parenthesis, left parenthesis, 80, start text, space, м, а, р, к, и, р, а, н, и, space, п, р, и, space, п, ъ, р, в, о, space, у, л, а, в, я, н, е, end text, right parenthesis, divided by, left parenthesis, 20, start text, space, м, а, р, к, и, р, а, н, и, space, в, т, о, р, о, space, у, л, а, в, я, н, е, end text, right parenthesis, end fraction equals 400, start text, е, л, е, н, а, end text
Този подход не винаги е перфектен. Някои животни, уловени първия път, може да се научат да избягват улавяне във втория кръг, което води до определяне на по-висока численост на популацията. В обратния случай е възможно същите животни да бъдат преференциално подмамени отново, особено ако се предлага награда от храна, което води до изчисляване на по-малка численост на популацията. Също така някои видове може да бъдат увредени от техниката на маркирането, намалявайки тяхното оцеляване. При този метод също така се предполага, че в периода на проучването не умират животни, не се раждат, не напускат или не влизат в популацията.
Алтернативни подходи за определяне на числеността на популацията включват електронно проследяване на животни, маркирани с радио предаватели и използване на данни от търговски риболов и операции с капани.

Разпределение на вида

Често освен числеността и гъстотата на индивидите в една област, еколозите също така искат да знаят тяхното разпределение. Модели на разпръснатост на вида - или модели на разпределение - се отнасят за това как индивидите в една популация са разпределени в пространството в даден момент.
Отделните индивиди, които съставят популацията, може да бъдат повече или по-малко равномерно разпределени, произволно разпръснати без предсказуем модел или струпани в групи. Тези са известни съответно като равномерни, произволни и струпани модели на разпръснатост.
Изображение, модифицирано от Population distribution от Yerpo, CC BY-SA 4.0; модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 4.0
  • Равномерно разпределение. При равномерното разпределение индивидите от популацията са разположени повече или по-малко равномерно. Пример за такова разпределение са растения, които отделят токсини, за да спъват растежа на други индивиди в близост до тях — явление, наречено алелопатия. Равномерно разпределение се наблюдава и при животински видове, при които индивидите трасират и защитават територии.
  • Случайно разпределение. При случайното разпределение индивидите се разпределят произволно, без предсказуем модел. Пример за такова разпределение са глухарчета и други растения, които се размножават чрез разпръсквани от вятъра семена. Семената се разпространяват на голямо разстояние и покълват там, където са попаднали, стига околната среда да е благоприятна – да има достатъчно почва, вода, хранителни вещества и светлина.
  • Групово разпределение. При груповото разпределение индивидите са концентрирани в групи. Групово разпределение се наблюдава при растения, които пускат семената си направо на земята — като дъбови дървета — или животни, които живеят в групи - ята от риби или стада от слонове. Груповото разпределение също се случва при разпокъсаност на местообитанията, когато само отделни зони са подходящи за живот.
Както се вижда от тези примери, разпръснатостта на индивидите в една популация предоставя повече информация за това как те си взаимодействат помежду си — и с тяхната околна среда — отколкото просто измерване на плътността.

Обобщение

В екологията една популация се състои от всички организми от даден вид, които живеят в определена област. Статистическото изследване на популациите и как те се променят с течение на времето се нарича демография.
Два важни показателя за една популация са числеността на популацията, т.е. броят индивиди, и плътността на популацията, т.е. броят индивиди на единица площ или обем. Еколозите често изчисляват числеността и плътността на популацията като използват метода на квадратите и метода за повторно улавяне на маркирани индивиди.
Една популация може също така да бъде описана от гледна точка на разпределението или разпръснатостта на индивидите, които я съставят. Индивидите може да се разпределят по равномерен, случаен или групов модел. Равномерно разпределение означава, че популацията е равномерно разпределена, случайно разпределение показва, че няма определен модел, и групово разпределение означава, че популацията се разпределя на отделни групи.