4.1: דמוגרפיה ודינמיקה של אוכלוסייה

דמיין שאתה מפליג במורד נהר בסירת מנוע קטנה אחר הצהריים של סוף השבוע; המים חלקים, ואתה נהנה מהשמש והבריזה הקרירה כשלפתע אתה נפגע בראש על ידי קרפיון כסף במשקל 20 קילו. זהו סיכון כעת בנהרות ומערכות תעלות רבות באילינוי ובמיזורי בגלל נוכחותם של קרפיונים אסייתיים. דג זה - למעשה קבוצת מינים כולל קרפיון הכסף, השחור, הדשא והראש הגדול - גדל ונאכל בסין במשך למעלה מ -1,000 שנה. זהו אחד ממשאבי המזון החשובים ביותר לחקלאות ימית ברחבי העולם. בארצות הברית, לעומת זאת, קרפיון אסייתי נחשב למין פולש מסוכן המשבש את מבנה הקהילה האקולוגית עד כדי איום על מינים מקומיים. ההשפעות של מינים פולשים (כגון קרפיון אסייתי, גפן קודזו, דגי ראש נחש טורפים ומולת זברה) הן רק היבט אחד של מה שאקולוגים חוקרים כדי להבין כיצד אוכלוסיות מתקשרות בתוך קהילות אקולוגיות, ומה ההשפעה שיש להפרעות טבעיות ונגרמות על ידי בני אדם על מאפייני הקהילות.

אוכלוסיות הן ישויות דינמיות. גודלם והרכבם משתנים בתגובה לגורמים רבים, כולל שינויים עונתיים ושנתיים בסביבה, אסונות טבע כמו שריפות יער והתפרצויות געשיות ותחרות על משאבים בין מינים ובתוכם. חקר האוכלוסיות נקרא דמוגרפיה.

גודל וצפיפות אוכלוסייה

אוכלוסיות מאופיינות בגודל האוכלוסייה שלהן (מספר הפרטים הכולל) ובצפיפות האוכלוסייה שלהן (מספר הפרטים ליחידת שטח). לאוכלוסייה יכול להיות מספר רב של פרטים המופצים בצפיפות, או בדלילות. ישנן גם אוכלוסיות עם מספר קטן של פרטים שעשויים להיות צפופים או מפוזרים בדלילות מאוד באזור מקומי. גודל האוכלוסייה יכול להשפיע על פוטנציאל ההסתגלות מכיוון שהוא משפיע על כמות השונות הגנטית הקיימת באוכלוסייה. לצפיפות יכולות להיות השפעות על אינטראקציות בתוך אוכלוסייה כגון תחרות על מזון ויכולתם של אנשים למצוא בן זוג. אורגניזמים קטנים יותר נוטים להיות מפוזרים בצפיפות רבה יותר מאשר אורגניזמים גדולים יותר (איור\(\PageIndex{1}\)).

איור\(\PageIndex{1}\). יונקים אוסטרליים מראים קשר הפוך אופייני בין צפיפות האוכלוסייה לגודל הגוף. כפי שמראה גרף זה, צפיפות האוכלוסייה בדרך כלל פוחתת עם הגדלת גודל הגוף. למה אתה חושב שזה המצב?

הערכת גודל האוכלוסייה

הדרך המדויקת ביותר לקבוע את גודל האוכלוסייה היא לספור את כל הפרטים באזור. עם זאת, בדרך כלל שיטה זו אינה אפשרית מבחינה לוגיסטית או כלכלית, במיוחד כאשר לומדים שטחים גדולים. לפיכך, מדענים בדרך כלל חוקרים אוכלוסיות על ידי דגימת חלק מייצג מכל בית גידול ומשתמשים במדגם זה כדי להסיק מסקנות לגבי האוכלוסייה כולה. השיטות המשמשות לדגימת אוכלוסיות כדי לקבוע את גודלן וצפיפותן מותאמות בדרך כלל למאפייני האורגניזם הנחקר. עבור אורגניזמים חסרי תנועה כגון צמחים, או עבור אורגניזמים קטנים מאוד ואיטיים, ניתן להשתמש בריבוע. ריבוע הוא מבנה מרובע הממוקם באופן אקראי על הקרקע ומשמש לספירת מספר הפרטים הנמצאים בגבולותיו. כדי לקבל ספירה מדויקת בשיטה זו, הריבוע חייב להיות ממוקם במקומות אקראיים בתוך בית הגידול מספיק פעמים כדי לייצר אומדן מדויק.

עבור אורגניזמים ניידים קטנים יותר, כגון יונקים, משתמשים לעתים קרובות בטכניקה הנקראת סימן וכיבוש מחדש. שיטה זו כוללת סימון בעלי חיים שנתפסו ושחרורם בחזרה לסביבה כדי להתערבב עם שאר האוכלוסייה. מאוחר יותר, מדגם חדש נלכד ומדענים קובעים כמה מבעלי החיים המסומנים נמצאים במדגם החדש. שיטה זו מניחה שככל שהאוכלוסייה גדולה יותר, כך אחוז האורגניזמים המסומנים שייכבשו מחדש יהיה נמוך יותר מכיוון שהם יתערבבו עם פרטים לא מסומנים יותר. לדוגמה, אם 80 עכברי שדה נלכדים, מסומנים ומשוחררים ליער, אז נלכדים 100 עכברי שדה שנלכדים ו -20 מהם מסומנים, ניתן לקבוע את גודל האוכלוסייה (N) באמצעות המשוואה הבאה:

\[N = \frac{(\text{number marked first catch} \times \text{total number of second catch})}{\text{number marked second catch}}\]

באמצעות הדוגמה שלנו, המשוואה תהיה:

\[\frac{(80 \times 100)}{20} = 400\]

תוצאות אלו נותנות לנו הערכה של 400 פרטים בסך הכל באוכלוסייה המקורית. המספר האמיתי בדרך כלל יהיה קצת שונה מזה בגלל טעויות מקריות והטיה אפשרית הנגרמת על ידי שיטות הדגימה.

תפוצת מינים

בנוסף למדידת גודל וצפיפות, ניתן לקבל מידע נוסף על אוכלוסייה על ידי התבוננות בהתפלגות הפרטים בכל תפוצתם. דפוס חלוקת מינים הוא התפלגות הפרטים בתוך בית גידול בנקודת זמן מסוימת - קטגוריות רחבות של דפוסים משמשות לתיאורם.

אנשים בתוך אוכלוסייה יכולים להיות מופצים באופן אקראי, בקבוצות או במרווחים שווים זה מזה (פחות או יותר). אלה ידועים כדפוסי הפצה אקראיים, מגושמים ואחידים, בהתאמה (איור\(\PageIndex{2}\)). התפלגויות שונות משקפות היבטים חשובים בביולוגיה של המין. הם משפיעים גם על השיטות המתמטיות הנדרשות להערכת גודל האוכלוסייה. דוגמה להפצה אקראית מתרחשת עם שן הארי וצמחים אחרים שיש להם זרעים מפוזרים ברוח הנובטים בכל מקום בו הם נופלים בסביבות נוחות. תפוצה מגושמת, ניתן לראות בצמחים שמפילים את זרעיהם היישר לקרקע, כמו עצי אלון; ניתן לראות זאת גם בבעלי חיים החיים בקבוצות חברתיות (בתי ספר לדגים או עדרי פילים). התפלגות אחידה נצפית בצמחים המפרישים חומרים המעכבים את צמיחתם של אנשים סמוכים (כגון שחרור כימיקלים רעילים על ידי צמחי מרווה). זה נראה גם במיני בעלי חיים טריטוריאליים, כמו פינגווינים השומרים על שטח מוגדר לקינון. התנהגויות ההגנה הטריטוריאליות של כל פרט יוצרות דפוס הפצה קבוע של שטחים ויחידים בגודל דומה בתוך אותם שטחים. לפיכך, התפלגות הפרטים בתוך אוכלוסייה מספקת מידע נוסף על האופן שבו הם מתקשרים זה עם זה מאשר מדידת צפיפות פשוטה. כשם שמינים בצפיפות נמוכה יותר עשויים להתקשות יותר למצוא בן זוג, מינים בודדים עם תפוצה אקראית עשויים להתקשות דומה בהשוואה למינים חברתיים המקובצים יחד בקבוצות.

איור\(\PageIndex{2}\). למינים עשויה להיות תפוצה אקראית, מגושמת או אחידה. צמחים כגון (א) שן הארי עם זרעים מפוזרים ברוח נוטים להיות מופצים באופן אקראי. בעלי חיים כגון (ב) פילים המטיילים בקבוצות מפגינים תפוצה מגושמת. ציפורים טריטוריאליות כגון (ג) פינגווינים נוטות להתפלגות אחידה. (אשראי א: שינוי עבודה על ידי רוזנדאל; קרדיט ב: שינוי עבודה על ידי רבקה ווד; אשראי ג: שינוי עבודה על ידי בן טובי)

טבלאות חיים מספקות מידע חשוב על היסטוריית החיים של אורגניזם ותוחלת החיים של אנשים בכל גיל. הם מעוצבים על פי טבלאות אקטואריות המשמשות את ענף הביטוח להערכת תוחלת החיים האנושית. טבלאות חיים עשויות לכלול את ההסתברות שכל קבוצת גיל תמות לפני יום הולדתם הבא, אחוז האנשים ששרדו ימותו במרווח גיל מסוים (שיעור התמותה שלהם ותוחלת החיים שלהם בכל מרווח זמן. דוגמה לטבלת חיים מוצגת בטבלה 1 ממחקר על כבשי הרים דאל, מין יליד צפון מערב צפון אמריקה. שימו לב שהאוכלוסייה מחולקת למרווחי גיל (עמודה A).

כפי שניתן לראות מנתוני שיעור התמותה (עמודה D), שיעור תמותה גבוה התרחש כאשר הכבשים היו בין חצי שנה לשנה, ואז עלו עוד יותר מגיל 8 עד 12, לאחר מכן היו מעט ניצולים. הנתונים מצביעים על כך שאם כבשה באוכלוסייה זו תשרוד עד גיל שנה, ניתן היה לצפות ממנה לחיות עוד 7.7 שנים בממוצע, כפי שמוצג במספרי תוחלת החיים בעמודה E.

טבלה 1: שולחן החיים של כבשי הר דאל

מרווח גיל (שנים)	מספר גוסס במרווח הגילאים מתוך 1000 שנולדו	המספר ששרד בתחילת מרווח הגילאים מתוך 1000 שנולדו	שיעור התמותה ל -1000 בחיים בתחילת מרווח הגילאים	תוחלת חיים או אורך חיים ממוצע שנותר לאלה שמגיעים למרווח גיל
0—0.5	54	1000	54.0	7.06
0.5—1	145	946	153.3	—
1—2	12	801	15.0	7.7
2—3	13	789	16.5	6.8
3—4	12	776	15.5	5.9
4—5	30	764	39.3	5.0
5—6	46	734	62.7	4.2
6—7	48	688	69.8	3.4
7—8	69	640	107.8	2.6
8—9	132	571	231.2	1.9
9—10	187	439	426.0	1.3
10—11	156	252	619.0	0.9
11—12	90	96	937.5	0.6
12—13	3	6	500.0	1.2
13—14	3	3	1000	0.7

כלי נוסף המשמש את אקולוגים האוכלוסייה הוא עקומת הישרדות, שהיא גרף של מספר הפרטים ששרדו בכל מרווח גיל לעומת זמן. עקומות אלה מאפשרות לנו להשוות את תולדות החיים של אוכלוסיות שונות (איור\(\PageIndex{3}\)). ישנם שלושה סוגים של עקומות הישרדות. בעקומת סוג I התמותה נמוכה בשנים המוקדמות והאמצעיות ומתרחשת בעיקר אצל אנשים מבוגרים. אורגניזמים המציגים הישרדות מסוג I מייצרים בדרך כלל מעט צאצאים ומספקים טיפול טוב לצאצאים ומגדילים את הסבירות להישרדותם. בני אדם ורוב היונקים מציגים עקומת הישרדות מסוג I. בעקומות מסוג II, התמותה קבועה יחסית לאורך כל תוחלת החיים, ותמותה צפויה להתרחש באותה מידה בכל נקודה בתוחלת החיים. אוכלוסיות ציפורים רבות מספקות דוגמאות לעקומת הישרדות בינונית או מסוג II. בעקומות הישרדות מסוג III, הגילאים המוקדמים חווים את התמותה הגבוהה ביותר עם שיעורי תמותה נמוכים בהרבה עבור אורגניזמים שמגיעים לשנים מתקדמות. אורגניזמים מסוג III מייצרים בדרך כלל מספר רב של צאצאים, אך מספקים להם מעט מאוד או ללא טיפול. עצים וחסרי חוליות ימיים מציגים עקומת הישרדות מסוג III מכיוון שמעט מאוד מהאורגניזמים הללו שורדים את שנותיהם הצעירות, אך אלה שכן מגיעים לגיל מבוגר נוטים יותר לשרוד לפרק זמן ארוך יחסית.

איור\(\PageIndex{3}\). עקומות הישרדות מראות את התפלגות הפרטים באוכלוסייה לפי גיל. לבני אדם ולרוב היונקים יש עקומת הישרדות מסוג I, מכיוון שהמוות מתרחש בעיקר בשנים המבוגרות יותר. לציפורים יש עקומת הישרדות מסוג II, שכן מוות בכל גיל סביר באותה מידה. לעצים יש עקומת הישרדות מסוג III מכיוון שמעטים מאוד שורדים את השנים הצעירות יותר, אך לאחר גיל מסוים, אנשים נוטים הרבה יותר לשרוד.

תורמים וייחוסים

• דמוגרפיה של אוכלוסייה על ידי OpenStax מורשית תחת CC BY 4.0. שונה מהמקור על ידי מתיו ר 'פישר.