5.3: जनसंख्या वृद्धि और विनियमन
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जनसंख्या पारिस्थितिकीविद् जनसंख्या की गतिशीलता को मॉडल करने के लिए कई तरह के तरीकों का उपयोग करते हैं। एक सटीक मॉडल जनसंख्या में होने वाले परिवर्तनों का वर्णन करने और भविष्य के परिवर्तनों की भविष्यवाणी करने में सक्षम होना चाहिए। जनसंख्या वृद्धि के दो सरलतम मॉडल समय के साथ जनसंख्या के आकार में परिवर्तन की दर का वर्णन करने के लिए निर्धारक समीकरणों (ऐसे समीकरण जो यादृच्छिक घटनाओं के लिए जिम्मेदार नहीं हैं) का उपयोग करते हैं। इनमें से पहला मॉडल, घातीय वृद्धि, उन आबादी का वर्णन करता है जो उनकी वृद्धि की सीमा के बिना संख्या में वृद्धि करती हैं। दूसरा मॉडल, लॉजिस्टिक ग्रोथ, प्रजनन वृद्धि की सीमा का परिचय देता है जो जनसंख्या के आकार में वृद्धि के साथ अधिक तीव्र हो जाता है। न तो मॉडल प्राकृतिक आबादी का पर्याप्त रूप से वर्णन करता है, लेकिन वे तुलना के बिंदु प्रदान करते हैं।
जनसंख्या वृद्धि दर (r)
जनसंख्या वृद्धि दर (जिसे कभी-कभी वृद्धि की दर या प्रति व्यक्ति वृद्धि दर कहा जाता है, r) प्रारंभिक जनसंख्या आकार (N 0) से विभाजित मृत्यु दर (d) को घटाकर जन्म दर (d) के बराबर होती है।
जनसंख्या वृद्धि दर की गणना करने की एक अन्य विधि में अंतिम और प्रारंभिक जनसंख्या का आकार (आंकड़ा\(\PageIndex{a}\)) शामिल है। इस मामले में, जनसंख्या वृद्धि दर (r) अंतिम जनसंख्या आकार (N) के बराबर होती है और प्रारंभिक जनसंख्या आकार (N 0) से विभाजित होती है और प्रारंभिक जनसंख्या आकार (N 0) से विभाजित होती है।
दोहरीकरण का समय
दोहरीकरण का समय यह है कि जनसंख्या को उसके शुरुआती आकार से दोगुना होने में कितना समय लगेगा। दोहरीकरण समय (t) जनसंख्या वृद्धि दर (r) द्वारा विभाजित 0.69 के बराबर है, जिसे अनुपात के रूप में लिखा गया है।
जनसंख्या पारिस्थितिकीविद कभी-कभी इस समीकरण को गोल करते हैं और “70 के नियम” (जनसंख्या वृद्धि दर से 70 को विभाजित करते हुए, प्रतिशत के रूप में लिखे गए) का उपयोग करके दोहरीकरण समय की गणना करते हैं। जनसंख्या वृद्धि दर को प्रतिशत के रूप में व्यक्त करने के लिए, इसे 100% गुणा किया जाता है। इस प्रकार, मूल दोहरीकरण समय समीकरण में 0.69 को भी 100 से गुणा किया जाता है। यह मान (69) सरलता के लिए 70 तक गोल है।
घातीय वृद्धि
चार्ल्स डार्विन, प्राकृतिक चयन के अपने सिद्धांत को विकसित करने में, अंग्रेजी पादरी थॉमस माल्थस से प्रभावित थे। माल्थस ने 1798 में अपनी पुस्तक प्रकाशित की जिसमें कहा गया था कि प्रचुर प्राकृतिक संसाधनों वाली आबादी बहुत तेजी से बढ़ती है। हालांकि, वे अपने संसाधनों को कम करके आगे की वृद्धि को सीमित करते हैं। जनसंख्या के आकार में तेजी लाने के शुरुआती पैटर्न को घातीय वृद्धि (आंकड़ा\(\PageIndex{b}\)) कहा जाता है।
जीवों में घातीय वृद्धि का सबसे अच्छा उदाहरण बैक्टीरिया में देखा जाता है। बैक्टीरिया प्रोकैरियोट्स होते हैं जो कई प्रजातियों के लिए लगभग एक घंटे में जल्दी प्रजनन करते हैं। यदि 1000 बैक्टीरिया को पोषक तत्वों की प्रचुर मात्रा में आपूर्ति के साथ एक बड़े फ्लास्क में रखा जाता है (इसलिए पोषक तत्व जल्दी समाप्त नहीं होंगे), बैक्टीरिया की संख्या सिर्फ एक घंटे (आंकड़ा\(\PageIndex{c}\)) के बाद 1000 से 2000 तक दोगुनी हो जाएगी। एक और घंटे में, 2000 बैक्टीरिया में से प्रत्येक विभाजित हो जाएगा, जिससे 4000 बैक्टीरिया पैदा होंगे। तीसरे घंटे के बाद, फ्लास्क में 8000 बैक्टीरिया होने चाहिए। घातीय वृद्धि की महत्वपूर्ण अवधारणा यह है कि वृद्धि दर—प्रत्येक प्रजनन पीढ़ी में जोड़े गए जीवों की संख्या—अपने आप बढ़ रही है; यानी जनसंख्या का आकार अधिक और अधिक दर से बढ़ रहा है। इन चक्रों में से 24 के बाद, जनसंख्या 1000 से बढ़कर 16 बिलियन बैक्टीरिया से अधिक हो गई होगी। जब जनसंख्या का आकार, N, समय के साथ प्लॉट किया जाता है, तो J- आकार का विकास वक्र उत्पन्न होता है (आंकड़ा\(\PageIndex{b}\))।
बैक्टीरिया-इन-ए-फ्लास्क का उदाहरण वास्तव में वास्तविक दुनिया का प्रतिनिधित्व नहीं करता है जहां संसाधन आमतौर पर सीमित होते हैं। हालांकि, जब एक प्रजाति को एक नए निवास स्थान में पेश किया जाता है, जो उसे उपयुक्त लगता है, तो यह कुछ समय के लिए घातीय वृद्धि दिखा सकता है। फ्लास्क में बैक्टीरिया के मामले में, प्रयोग के दौरान कुछ बैक्टीरिया मर जाएंगे और इस तरह प्रजनन नहीं करेंगे; इसलिए, विकास दर अधिकतम दर से कम हो जाती है जिसमें मृत्यु दर नहीं होती है।
लॉजिस्टिक ग्रोथ
विस्तारित घातीय वृद्धि तभी संभव है जब अनंत प्राकृतिक संसाधन उपलब्ध हों; वास्तविक दुनिया में ऐसा नहीं है। चार्ल्स डार्विन ने इस तथ्य को “अस्तित्व के लिए संघर्ष” के अपने वर्णन में पहचाना, जिसमें कहा गया है कि सीमित संसाधनों के लिए व्यक्ति अपने या अन्य प्रजातियों के सदस्यों के साथ प्रतिस्पर्धा करेंगे। सफल लोगों के जीवित रहने और उन लक्षणों को पार करने की अधिक संभावना होती है, जो उन्हें अगली पीढ़ी के लिए अधिक दर (प्राकृतिक चयन) पर सफल बनाते हैं। सीमित संसाधनों की वास्तविकता का मॉडल बनाने के लिए, जनसंख्या पारिस्थितिकीविदों ने लॉजिस्टिक ग्रोथ मॉडल विकसित किया।
वास्तविक दुनिया में, अपने सीमित संसाधनों के साथ, घातीय वृद्धि अनिश्चित काल तक जारी नहीं रह सकती है। उन वातावरणों में घातीय वृद्धि हो सकती है जहां कुछ व्यक्ति और भरपूर संसाधन होते हैं, लेकिन जब व्यक्तियों की संख्या काफी बड़ी हो जाती है, तो संसाधन कम हो जाएंगे और विकास दर धीमी हो जाएगी। आखिरकार, विकास दर पठार या स्तर बंद (आंकड़ा\(\PageIndex{b}\)) हो जाएगी। यह जनसंख्या का आकार, जो उस जनसंख्या के अधिकतम आकार से निर्धारित होता है जिसे एक विशेष वातावरण बनाए रख सकता है, को वहन करने की क्षमता कहा जाता है, जिसे K के नाम से जाना जाता है। वास्तविक आबादी में, बढ़ती आबादी अक्सर अपनी वहन क्षमता को खत्म कर देती है और मृत्यु दर जन्म दर से आगे बढ़ जाती है, जिससे जनसंख्या का आकार वापस ले जाने की क्षमता या उससे नीचे गिर जाता है। अधिकांश आबादी आमतौर पर वहन करने की क्षमता के इर्द-गिर्द उतार-चढ़ाव करती है, बजाय उस पर मौजूद अधिकार के।
लॉजिस्टिक ग्रोथ का एक ग्राफ एस-आकार का वक्र (आंकड़ा\(\PageIndex{b}\)) उत्पन्न करता है। यह घातीय वृद्धि की तुलना में जनसंख्या वृद्धि का अधिक यथार्थवादी मॉडल है। एस-आकार के वक्र के तीन अलग-अलग खंड होते हैं। प्रारंभ में, विकास घातीय है क्योंकि कुछ ही व्यक्ति और पर्याप्त संसाधन उपलब्ध हैं। फिर, जैसे-जैसे संसाधन सीमित होने लगते हैं, विकास दर कम हो जाती है। अंत में, पर्यावरण की वहन क्षमता पर विकास दर बंद हो जाती है, समय के साथ जनसंख्या संख्या में थोड़ा बदलाव होता है।
जबकि प्रचुर मात्रा में पोषक तत्वों वाले फ्लास्क में बैक्टीरिया शुरू में घातीय वृद्धि प्रदर्शित कर सकते हैं, सीमित पोषक तत्वों के साथ उगाए जाने वाले बैक्टीरिया लॉजिस्टिक वृद्धि (आंकड़ा\(\PageIndex{d}\)) प्रदर्शित कर सकते हैं।
कुछ आबादी में, एस-आकार के वक्र में भिन्नताएं होती हैं। जंगली आबादी के उदाहरणों में भेड़ और बंदरगाह सील (आंकड़ा\(\PageIndex{e}\)) शामिल हैं। दोनों उदाहरणों में, जनसंख्या का आकार कम समय के लिए वहन करने की क्षमता से अधिक हो जाता है और फिर बाद में ले जाने की क्षमता से नीचे आता है। जनसंख्या के आकार में यह उतार-चढ़ाव जारी है क्योंकि जनसंख्या अपनी वहन क्षमता के इर्द-गिर्द दोलन करती है। फिर भी, इस दोलन के साथ भी लॉजिस्टिक मॉडल की पुष्टि हो गई है।
लॉजिस्टिक जनसंख्या वृद्धि मॉडल एकमात्र तरीका नहीं है जिससे आबादी सीमित संसाधनों पर प्रतिक्रिया दे। कुछ आबादियों में, विकास तब तक घातीय होता है जब तक संसाधन कम नहीं हो जाते, अपशिष्ट जमा हो जाते हैं, या रोग फैलता है (नीचे सीमित कारक देखें), और जनसंख्या तब दुर्घटनाग्रस्त हो जाती है। इस प्रकार, जनसंख्या वृद्धि दर (और आकार) टेपिंग के बजाय तेजी से गिर सकती है क्योंकि यह वहन क्षमता के करीब पहुंच जाती है।
जनसंख्या की गतिशीलता और विनियमन
जनसंख्या वृद्धि का लॉजिस्टिक मॉडल, जबकि कई प्राकृतिक आबादी और एक उपयोगी मॉडल में मान्य है, वास्तविक दुनिया की आबादी की गतिशीलता का सरलीकरण है। मॉडल में निहित यह है कि पर्यावरण की वहन क्षमता में परिवर्तन नहीं होता है, जो कि मामला नहीं है। ले जाने की क्षमता सालाना बदलती रहती है। उदाहरण के लिए, कुछ ग्रीष्मकाल गर्म और शुष्क होते हैं जबकि अन्य ठंडे और गीले होते हैं; कई क्षेत्रों में, सर्दियों के दौरान ले जाने की क्षमता गर्मियों की तुलना में बहुत कम होती है। इसके अलावा, कुछ कारक (वृद्धि कारक) जनसंख्या वृद्धि दर को बढ़ाते हैं जबकि अन्य कारक (सीमित कारक) जनसंख्या वृद्धि को धीमा करते हैं। विकास कारकों के उदाहरण भोजन, पानी और अंतरिक्ष जैसे संसाधन हैं। सीमित कारकों को घनत्व-निर्भर या घनत्व-स्वतंत्र के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।
घनत्व-निर्भर विनियमन
अधिकांश घनत्व-निर्भर कारक प्रकृति में जैविक (जैविक) होते हैं। आमतौर पर, जनसंख्या जितनी घनी होती है, उसकी मृत्यु दर उतनी ही अधिक होती है। घनत्व-निर्भर विनियमन का एक उदाहरण मनुष्यों और अन्य स्तनधारियों के परजीवी विशाल आंतों के राउंडवॉर्म (एस्केरिस लुम्ब्रिकोइड्स) पर ध्यान केंद्रित करने वाले एक अध्ययन के परिणामों के\(\PageIndex{f}\) साथ चित्र में दिखाया गया है। परजीवी की घनी आबादी ने कम फैकंडिटी का प्रदर्शन किया: उनमें कम अंडे होते थे। इसके लिए एक संभावित स्पष्टीकरण यह है कि महिलाएं अधिक घनी आबादी (सीमित संसाधनों के कारण) में छोटी होंगी और छोटी महिलाओं के अंडे कम होंगे। 2009 के एक अध्ययन में इस परिकल्पना का परीक्षण और खंडन किया गया था जिसमें पता चला कि महिला के वजन का कोई प्रभाव नहीं था। इस जीव में फैकंडिटी की घनत्व-निर्भरता का वास्तविक कारण अभी भी स्पष्ट नहीं है और आगे की जांच की प्रतीक्षा कर रहा है।
घनत्व-निर्भर कारकों में भविष्यवाणी, परजीवीवाद, शाकाहारी, प्रतिस्पर्धा और कचरे का संचय शामिल हैं। जैसे-जैसे जनसंख्या बढ़ती है, इसके शिकारी इसे आसानी से काट सकते हैं। शिकार का घनत्व शिकारियों की जनसंख्या वृद्धि दर को भी प्रभावित करता है: कम शिकार घनत्व इसके शिकारी की मृत्यु दर को बढ़ाता है क्योंकि इसके खाद्य स्रोतों का पता लगाने में अधिक कठिनाई होती है।
मेजबान की जनसंख्या का घनत्व बढ़ने के साथ परजीवी मेजबान से मेजबान तक आसानी से गुजरने में सक्षम होते हैं। इस कारण से, शहरों में मनुष्यों में महामारी विशेष रूप से गंभीर है। वास्तव में, अधिकांश समय के लिए जब से मनुष्य शहरों में रहने लगे थे, शहर की आबादी केवल ग्रामीण इलाकों से लगातार आप्रवासन के माध्यम से बनी रही है। तब तक नहीं जब तक सामुदायिक स्वच्छता, टीकाकरण और अन्य सार्वजनिक स्वास्थ्य उपायों के विकास ने महामारी के परिणामस्वरूप जनसंख्या में आवधिक तेज गिरावट से बचा नहीं लिया। चौदहवीं शताब्दी में शुरू हुई यूरोप में “काली मौत” की आवर्ती महामारी के कारण जनसंख्या में तेज गिरावट आई। केवल तीन वर्षों (1348-1350) में, यूरोप की कम से कम एक-चौथाई आबादी बीमारी (शायद प्लेग) से मर गई।
इसी तरह, घनी आबादी में अलग-अलग पौधों के बीच शाकाहारी लोग अधिक आसानी से फैल सकते हैं। यही कारण है कि स्ट्रिप क्रॉपिंग (सतत कृषि देखें) कीटों को नियंत्रित करने में मदद करती है। एक शाकाहारी या पादप रोगज़नक़ पौधों की एक पंक्ति को संक्रमित कर सकता है, लेकिन उस प्रजाति की अधिक दूर की पंक्तियों में फैलने की संभावना कम होती है।
जबकि अंतर-विशिष्ट प्रतिस्पर्धा विभिन्न प्रजातियों के बीच होती है, अंतर-विशिष्ट प्रतिस्पर्धा तब होती है जब एक ही प्रजाति के सदस्य समान संसाधनों का उपयोग करके एक-दूसरे को नुकसान पहुंचाते हैं। उदाहरण के लिए, 1980 की गर्मियों में, दक्षिणी न्यू इंग्लैंड का अधिकांश हिस्सा जिप्सी मॉथ (आंकड़ा\(\PageIndex{g}\)) के संक्रमण से प्रभावित हुआ था। जैसे ही गर्मियों में, लार्वा (कैटरपिलर) ने पुताई की, रची गई वयस्कों ने संभोग किया, मादाओं ने इस क्षेत्र के लगभग हर पेड़ पर अंडों (प्रत्येक द्रव्यमान में कई सौ अंडे) रखे। 1981 के मई की शुरुआत में, इन अंडों से निकलने वाले युवा कैटरपिलर खिलाना और पिघलना शुरू कर दिया।
परिणाम नाटकीय थे: 72 घंटों में, 50 फुट का बीच का पेड़ या 25 फुट का सफेद देवदार का पेड़ पूरी तरह से ख़राब हो जाएगा। जंगल के बड़े पैच नंगे शाखाओं के कंकालों के साथ सर्दियों में दिखने लगे। वास्तव में, संक्रमण इतना भारी था कि कैटरपिलर अपने लार्वा के विकास को पूरा करने से पहले कई पेड़ पूरी तरह से नष्ट हो गए थे। नतीजा: जानवरों का बड़े पैमाने पर मरना; बहुत कम लोग कायापलट को पूरा करने में सफल रहे। तब, यह एक नाटकीय उदाहरण था कि कैसे एक सीमित संसाधन के लिए एक प्रजाति के सदस्यों के बीच प्रतिस्पर्धा - इस मामले में, भोजन - जनसंख्या में तेज गिरावट का कारण बना। प्रभाव स्पष्ट रूप से घनत्व-निर्भर था। पिछली गर्मियों की कम जनसंख्या घनत्व ने अधिकांश जानवरों को अपना जीवन चक्र पूरा करने की अनुमति दी थी।
घनत्व-स्वतंत्र विनियमन
घनत्व-स्वतंत्र कारक, आमतौर पर भौतिक या रासायनिक प्रकृति (अजैविक), मौसम (आंकड़ा), प्राकृतिक आपदाओं (भूकंप, ज्वालामुखी, आग, आदि\(\PageIndex{h}\)), और प्रदूषण सहित घनत्व की परवाह किए बिना जनसंख्या की मृत्यु दर को प्रभावित करते हैं। एक व्यक्तिगत हिरण जंगल की आग में मारा जा सकता है, भले ही उस क्षेत्र में कितने हिरण हों। इसके जीवित रहने की संभावना समान है चाहे जनसंख्या का घनत्व अधिक हो या निम्न। ठंड के मौसम के लिए भी यही बात सही है।
वास्तविक जीवन की स्थितियों में, जनसंख्या विनियमन बहुत जटिल है और घनत्व-निर्भर और स्वतंत्र कारक परस्पर क्रिया कर सकते हैं। एक घनी आबादी जो कुछ पर्यावरणीय कारकों द्वारा घनत्व-स्वतंत्र तरीके से कम हो जाती है, एक विरल आबादी की तुलना में अलग तरह से ठीक हो सकेगी। उदाहरण के लिए, कठोर सर्दियों से प्रभावित हिरणों की आबादी तेजी से ठीक हो जाएगी यदि प्रजनन के लिए अधिक हिरण शेष हैं।
गुण
निम्नलिखित स्रोतों से मेलिसा हा द्वारा संशोधित:
- मैथ्यू आर फिशर (CC-BY) द्वारा पर्यावरण जीव विज्ञान से जनसंख्या वृद्धि और विनियमन
- जॉन डब्ल्यू किमबॉल (CC-BY) द्वारा जनसंख्या वृद्धि और जीवविज्ञान से मानव जनसंख्या के सिद्धांत
- OpenStax (CC-BY) द्वारा सामान्य जीवविज्ञान से जनसंख्या की गतिशीलता और विनियमन