ODPORNOŚĆ ŚRODOWISKOWA: CZYNNIKI I PRZYKŁADY - ŚRODOWISKO - 2026

Opór środowiska to czynniki, które wspólnie ograniczyć wzrost naturalnej populacji. Mogą one zależeć od gęstości zaludnienia, takiej jak konkurencja, drapieżnictwo, pasożytnictwo lub jakość środowiska. Mogą być również niezależne od gęstości, takich jak katastrofy lub sezonowość pogody.

W przypadku braku środowiskowych czynników regulacyjnych każda naturalna populacja rosłaby wykładniczo zgodnie z jej potencjałem biotycznym. Jednak skutki odporności środowiskowej ograniczają wzrost populacji, osiągając równowagę.

Drapieżnictwo Gęsto zależny współczynnik odporności środowiskowej. Autor: www.flirck.com

Różne interakcje między czynnikami, które wywierają odporność środowiskową na wzrost populacji, generują wysoce zmienną dynamikę populacji.

Populacje na ogół osiągają dynamiczną równowagę, która jest graficznie przedstawiana na krzywych oscylujących wokół wartości równowagi.

Co to jest odporność na środowisko?

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

Innymi słowy, stopa wzrostu per capita (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 w nieskończoność utrzymywać tej dynamiki. Istnieją czynniki, które ograniczają lub regulują wzrost tej populacji. Suma tych czynników nazywana jest odpornością środowiskową.

Czynniki, które wywierają odporność na środowisko, zmniejszają tempo wzrostu na mieszkańca w miarę zbliżania się populacji do optymalnej wielkości, lepiej znanej jako nośność.

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

Czynniki odporności środowiskowej

-Densoindependent

Kiedy czynniki generujące odporność środowiskową są niezależne od gęstości osobników, mówi się, że są niezależne od gęstości.

Niektóre czynniki niezależne od gęstości mogą występować okresowo wraz z porami roku, takie jak pożar, susza, powódź czy mróz. Te ingerują w regulację wielkości populacji.

Tworząc powtarzające się rok po roku, wywierają stałą presję selekcyjną, która niekiedy generuje u osobników specyficzne przystosowania, które pozwalają im na zwiększenie sprawności i przetrwanie rok po roku, pomimo swojego regulacyjnego działania.

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

-Niezależne

Jeśli czynniki regulujące wzrost populacji zależą od gęstości osobników, to nazywa się je zależnymi od gęstości. Czynniki te mogą być abiotyczne lub biotyczne.

Czynniki abiotyczne

Abiotyczne gęsto zależne czynniki odporności środowiskowej to takie, które występują, gdy wzrost liczebności populacji zmienia warunki fizykochemiczne siedliska.

Na przykład wysoka gęstość zaludnienia może powodować nagromadzenie szkodliwych odpadów, które zmniejszają przeżywalność lub tempo reprodukcji osobników.

Czynniki biotyczne

Czynniki biotyczne to te, które wynikają z interakcji między osobnikami jednego gatunku lub różnych gatunków. Na przykład konkurencja, drapieżnictwo i pasożytnictwo.

Konkurencja

Konkurencja ma miejsce, gdy podstawowe zasoby wykorzystywane przez osobniki tego samego lub różnych gatunków są ograniczone. Ograniczającymi zasobami mogą być między innymi składniki odżywcze, woda, terytorium, schronienia przed drapieżnikami, osobniki płci przeciwnej, światło.

Wraz ze wzrostem populacji zmniejsza się dostępność zasobów na mieszkańca, zmniejszając w ten sposób tempo reprodukcji osobników i tempo wzrostu populacji. Mechanizm ten generuje dynamikę wzrostu logistycznego.

Drapieżnictwo

Drapieżnictwo to rodzaj interakcji między gatunkami, w której osobnik jednego gatunku (drapieżnik) poluje na osobnika innego gatunku (ofiarę), aby ją spożyć. W tego rodzaju interakcji gęstość każdej populacji wywiera wpływ na drugą.

Wraz ze wzrostem populacji ofiary, populacja drapieżnika rośnie z powodu dostępności pożywienia. Jednak wraz ze wzrostem gęstości drapieżników populacja ofiar maleje z powodu wzrostu presji drapieżników.

Ten rodzaj interakcji generuje krzywe wzrostu populacji, których równowaga jest dynamiczna. W zakresie nośności nie osiąga się statycznej wielkości populacji, ale populacje stale oscylują wokół tej wartości.

Pasożytnictwo

Pasożytnictwo to interakcja, w wyniku której osobnik jednego gatunku (pasożyt) czerpie korzyści z osobników innego gatunku (żywiciela), powodując zmniejszenie ich prawdopodobieństwa przeżycia lub reprodukcji. W tym sensie jest również uważany za mechanizm regulacji populacji.

Interakcja między pasożytami a żywicielami może generować dynamikę podobną do tej, która występuje u drapieżników i ofiar. Jednak różnorodność typów interakcji pasożyt-żywiciel w przyrodzie jest nieskończona, dlatego można również wygenerować bardziej złożoną dynamikę.

-Interactions

W naturze zależne i niezależne efekty gęstości oddziałują na regulację populacji, tworząc wielką różnorodność wzorców.

Populację można utrzymać w pobliżu nośności dzięki czynnikom zależnym od gęstości i ostatecznie doświadczyć gwałtownego spadku w wyniku katastrofy naturalnej niezależnej od gęstości.

Przykłady

Wzrost bakterii

Kiedy inokulum bakterii wysiewa się w pożywce hodowlanej, można zaobserwować krzywą wzrostu z czterema fazami. Na tej krzywej można wyraźnie docenić początkowy wykładniczy wzrost i wpływ regulacji środowiskowych.

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

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

Krzywa wzrostu bakterii. Autor: M • Komorniczak -talk-Ilustracja: Michał Komorniczak Ten plik został udostępniony na licencji Creative Commons 3.0. Attribution-ShareAlike (CC BY-SA 3.0) Jeśli używasz na swojej stronie internetowej lub w swojej publikacji moich zdjęć (oryginalnych lub zmodyfikowanych), proszę o podanie danych: Michał Komorniczak (Polska) lub Michał Komorniczak (Polska). więcej informacji napisz na mój adres e-mail:, za pośrednictwem Wikimedia Commons

W następnej fazie następuje podział komórkowy. Bakterie rozmnażają się przez fuzję binarną, jedna komórka dzieli się na dwie komórki potomne.

Mechanizm ten generuje wykładniczy wzrost, w którym wielkość populacji podwaja się w każdym kolejnym okresie. Jednak ta faza nie może trwać w nieskończoność, ponieważ składniki odżywcze w środowisku zaczynają się ograniczać.

Trzecia faza krzywej jest stacjonarna. Zmniejszenie ilości składników odżywczych i nagromadzenie toksyn prowadzi do zmniejszenia tempa wzrostu populacji, aż do osiągnięcia stałej wartości liczby bakterii. W tym momencie tempo produkcji nowych bakterii jest równoważone przez tempo ich śmierci.

W końcowej fazie krzywej następuje gwałtowny spadek liczby bakterii. Dzieje się tak, gdy wszystkie składniki odżywcze w pożywce zostaną wyczerpane, a bakterie umrą.

Ryś i zające

Typowym przykładem regulacji populacji między populacjami drapieżników i ofiar jest ryś i zając. Spadek liczebności populacji zajęcy powoduje spadek liczebności rysi.

Mniejsza liczba rysi zmniejsza presję drapieżniczą zajęcy, co z kolei powoduje wzrost liczby rysi.

Należy wziąć pod uwagę, że dynamika populacji zajęcy zależy również od dostępności dla nich pożywienia.

Dynamika populacji generowana przez regulacje środowiskowe między rysiami (drapieżnikami) a zajęciami (zdobycz). Autor: CNX OpenStax, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Lemingi

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

Pierwsze trzy to drapieżniki oportunistyczne, 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 czteroletnie cykle u lemingów. Tę dynamikę można wyjaśnić w następujący sposób.

Kiedy lemingi są w małej populacji, żerują tylko gronostaje. Ponieważ ma stosunkowo niską presję drapieżniczą, szybko zwiększa swoją populację.

Wraz ze wzrostem populacji lemingów oportunistyczne drapieżniki zaczynają na nie częściej polować. Z drugiej strony gronostaje zwiększają również swoją populację, ponieważ występuje większa dostępność pożywienia. Sytuacja ta generuje zależne od gęstości ograniczenie populacji lemingów.

Wzrost liczebności gatunków drapieżnych oraz liczebności ich populacji generuje bardzo silną presję drapieżniczą na lemingi, powodując gwałtowny spadek liczebności populacji.

Ten spadek zdobyczy znajduje odzwierciedlenie w zmniejszeniu się liczebności populacji gronostajów w następnym roku w wyniku spadku pożywienia, rozpoczynającego nowy cykl.

Różnica z potencjałem biotycznym

Potencjał biotyczny to maksymalna zdolność wzrostu populacji naturalnej w optymalnych warunkach środowiskowych.

Na przykład, gdy jest pod dostatkiem pożywienia, warunki środowiskowe takie jak wilgotność, pH i temperatura są sprzyjające, a ich osobniki nie są narażone na drapieżniki ani choroby.

Teoretyczny związek między potencjałem biotycznym, odpornością środowiskową i nośnością. Zmodyfikowano z: flickr.com/photos/internetarchivebookimages

O tej charakterystyce populacji decyduje zdolność reprodukcyjna osobników (głównie samic), to znaczy ile potomstwa jest w stanie wyprodukować przez całe życie, co zależy od wieku pierwszej reprodukcji, liczby potomstwa dzieci w każdym zdarzeniu reprodukcyjnym oraz częstotliwości i ilości tych zdarzeń.

Potencjał biotyczny populacji jest ograniczony odpornością środowiskową. Interakcja między obiema koncepcjami generuje nośność.

Bibliografia

1. Współtwórcy Wikipedii. Wzrost bakterii. Wikipedia, wolna encyklopedia, 2018. Dostępne na es.wikipedia.org.
2. Hasting, A. 1997. Biologia populacji: koncepcje i modele. Skoczek. 244 s.
3. Turchin, P. 1995. Rozdział 2: Regulacja populacji: stare argumenty i nowa synteza. W: Cappuccino, N. & Price PW Population Dynamics: New Approaches and Synthesis. Academic Press. Londyn, Wielka Brytania.
4. Tyler Miller, Jr. i Scott E. Spoolman. 2009. Podstawy ekologii. 5 ^do edycji. G. Tyler Miller, Jr. i Scott E. Spoolman. 560 s.
5. Współtwórcy Wikipedii. (2018, 11 grudnia). Potencjał biotyczny. W Wikipedii, wolna encyklopedia. Pobrano 16:17, 22 grudnia 2018, z en.wikipedia.org.