Populationsdynamik: Dichte, Dispersion und Demografie

Populationsdynamik beschreibt, wie sich die Größe, Dichte und Verteilung einer Population im Laufe der Zeit ändert und die Populationsgröße sich nach vier Prozessen ändert: Geburten, Todesfälle, Einwanderung und Emigration. Kurz gesagt: Populationsdichte ist die Anzahl der Individuen pro Flächen- oder Volumeneinheit, und Dispersion (Verteilung) beschreibt, wie Individuen im Raum in verklumpten, einheitlichen oder zufälligen Mustern verteilt sind. Die Änderung der Populationsgröße ergibt sich aus N_t+1 = N_t + B − D + I − E. Demografien beschreiben die Struktur der Bevölkerung, wie Alter und Überleben.

Ökologen nutzen diese Maßnahmen, um zu entscheiden, wie gefährdete Arten geschützt, Fischereien verwaltet und Schädlinge kontrolliert werden können. Dieser Leitfaden definiert die Schlüsselbegriffe, erklärt die drei Muster der Streuung, zeigt, wie das Wachstum aus Geburten- und Sterberaten berechnet wird, führt Überlebenskurven ein, arbeitet durch ein numerisches Bevölkerungsbeispiel und korrigiert häufige Fehler.

Was bestimmt die Populationsgröße?

Eine Population ist eine Gruppe von Individuen derselben Art, die in demselben Gebiet leben. Seine Größe (N) ändert sich durch vier Prozesse. Natalität (Geburten) und Einwanderung (Einzelpersonen, die einziehen) erhöhen sie. Mortalität (Todesfälle) und Emigration (Einzelpersonen, die ausziehen) verringern sie.

Die Gleichung lautet: Veränderung in N = (Geburten + Einwanderung) − (Todesfälle + Emigration). Für viele große Bevölkerungen sind Einwanderung und Emigration klein, und die Hauptveränderung wird durch den Unterschied zwischen Geburten und Todesfällen, dem natürlichen Anstieg, bestimmt. Wenn Geburten die Todesfälle übersteigen, wächst die Bevölkerung. Wenn Todesfälle Geburten überschreiten, fällt es. Wenn sie gleich sind, ist die Bevölkerung stabil.

Was ist Bevölkerungsdichte?

Bevölkerungsdichte ist die Anzahl der Individuen pro Flächeneinheit (Land) oder Volumeneinheit (Wasser): zum Beispiel, 15 Hirsche pro Quadratkilometer oder 5 000 Bakterien pro Milliliter. Es wird berechnet durch: Dichte = Anzahl der Individuen ÷ Fläche.

Die Dichte wird durch die verfügbaren Ressourcen und die Größe der Organismen beeinflusst. Größere Tiere haben im Allgemeinen niedrigere Dichten, und tropische Regionen haben oft mehr Arten, aber nicht immer höhere Dichten von jedem. Dichte-abhängige Faktoren, wie Krankheit oder Konkurrenz, haben Auswirkungen, die mit der Dichte variieren, während die Dichte-unabhängige Faktoren, wie Feuer oder Stürme, nicht. Diese werden im Artikel über einschränkende Faktoren erläutert.

Das Zählen jedes Individuums ist nur für große auffällige Organismen oder kleine Populationen möglich. Ökologen verwenden daher Probenahme: Quadratten für Pflanzen und langsam-bewegliche Tiere, Transekte und Markierung-Wiedereinfang für mobile Tiere. Probenahmemethoden sind das Thema des nächsten Artikels.

Was sind die Muster der Dispersion?

Die Streuung (oder das Verteilungsmuster) beschreibt den Abstand von Individuen innerhalb des Gebiets, in dem sie leben.

• Clumped: Individuen werden in Patches gruppiert. Dies ist das häufigste Muster. Es tritt auf, wenn die Ressourcen lückenhaft sind (ein paar Wasserlöcher in einer Savanne), wenn Individuen in Gruppen leben (Herden, Schulen, Herden) oder wenn Samen in der Nähe der Elternpflanze fallen.
• Uniform (regelmäßig): Individuen sind gleichmäßig beabstandet. Sie resultiert aus der Konkurrenz um Ressourcen oder aus territorialem Verhalten, wie Pinguine, die in einem festen Abstand voneinander nisten, oder aus Pflanzen, die Chemikalien freisetzen, die Nachbarn hemmen (Allelopathie). Gepflanzte Obstgärten sind wegen der menschlichen Planung einheitlich.
• Zufällig: Die Position eines Individuums ist unabhängig von den anderen. Dies ist selten und tritt dort auf, wo Ressourcen gleichmäßig sind und sich Individuen weder anziehen noch abstoßen, wie bei einigen Bäumen in einem Wald oder Spinnen auf einem Rasen.

Wie werden Geburtenrate und Sterberate verwendet?

Rohgeburtenrate und Sterberate sind die Anzahl der Geburten oder Todesfälle pro 1 000 Personen pro Jahr. Die Rate des natürlichen Anstiegs ist (Geburtenrate − Sterberate) ÷ 10 als Prozentsatz. Die Pro-Kopf-Wachstumsrate, r, ist die durchschnittliche Veränderung pro Individuum: r = (B − D) ÷ N, oder Geburtenrate pro Individuum minus Sterberate pro Individuum. Das Bevölkerungswachstum ist dN/dt = rN. In exponentiellen Wachstumsmodellen, , N_t = N₀e^rt,, Dies wird im Artikel über Bevölkerungswachstumsmodelle diskutiert. Zuwanderung und Emigration werden bei Bedarf hinzugefügt.

Was sind Survivorship Curves?

Eine Überlebenskurve zeichnet die Anzahl der Überlebenden in einer Gruppe, die gleichzeitig geboren wurde (eine Kohorte), gegen das Alter auf. Drei typische Typen sind:

• Typ I: niedrige Sterblichkeit im frühen und mittleren Leben und hohe Sterblichkeit im Alter. Menschen und große Säugetiere, die nur wenige Nachkommen produzieren und ihnen viel Pflege geben.
• Typ II: eine konstante Sterberate in jedem Alter, die eine gerade diagonale Linie ergibt. Einige Vögel, kleine Säugetiere und Echsen.
• Typ III: sehr hohe Sterblichkeit der Jungen, wobei Überlebende länger leben. Austern, viele Fische, Insekten und die meisten Pflanzen, die mit wenig Sorgfalt eine große Anzahl von Nachkommen produzieren.

Altersstruktur, die Anteile von Individuen in verschiedenen Altersgruppen, zeigt das Zukunftspotenzial der Bevölkerung. Eine Bevölkerung mit vielen jungen Individuen wird wachsen, und eine mit einer Mehrheit älterer Individuen wird abnehmen. Für menschliche Populationen wird die Altersstruktur in Populationspyramiden dargestellt.

Vergleich der Dispersionsmuster

Bearbeitetes Beispiel: Berechnung der Bevölkerungsänderung

Eine Bevölkerung von 2 000 Wühlmäusen lebt auf einer Wiese von 40 Hektar. In einem Jahr , 1 200 werden geboren, 900 die, 150 wandern von einer benachbarten Wiese aus und 100 emigrieren.

1. Dichte zu Beginn: 2 000 ÷ 40 = 50 Wühlmäuse pro Hektar.
2. Größenänderung: (1 200 + 150) − (900 + 100) = 1 350 − 1 000 = +350.
3. Bevölkerung am Ende: 2 000 + 350 = 2 350 Wühlmäuse.
4. Dichte am Ende: 2 350 ÷ 40 = 58.75, etwa 59 Wühlmäuse pro Hektar.
5. Pro-Kopf-Wachstumsrate: r = 350 ÷ 2 000 = 0.175, i.e. 17.5 Prozent pro Jahr.
6. Geburtenrate und Sterberate pro 1 000: Geburten 1 200 ÷ 2 000 × 1 000 = 600; Todesfälle 900 ÷ 2 000 × 1 000 = 450. Natürliche Zunahme = 150 pro 1 000 = 15 Prozent, plus eine Nettozuwanderung von 50 ÷ 2 000 = 2.5 Prozent.

Wenn das gleiche r für 3 Jahre fortgesetzt wird, würde die Population etwa 2 000 × 1.175³ ≈ 3 245 Wühlmäuse erreichen, aber reale Populationen sind durch Nahrung, Raubtiere und Krankheiten begrenzt, wie der Artikel über die Tragfähigkeit erklärt. Die Berechnung zeigt, wie jede Komponente dazu beiträgt: Der natürliche Anstieg von 15 Prozent plus eine Nettozuwanderung von 2.5 Prozent ergibt insgesamt 17.5 Prozent.

Wie hat sich die Populationsökologie entwickelt?

Thomas Malthus schrieb 1798 über die Tendenz der Bevölkerung, schneller zuzunehmen als die Nahrungsmittelversorgung. Raymond Pearl und Lowell Reed wendeten die logistische Gleichung auf menschliche und Fruchtfliegenpopulationen in der 1920s an. Charles Elton studierte die Zyklen des Pelzes-Tiere in kanada aus den aufzeichnungen der hudson bay company. Eugene Odums Lehrbücher popularisierten Ökosystem- und Bevölkerungsideen aus der 1950s. Heute ermöglichen Fernerkundung, GPS-Tracking und DNA-Techniken die Überwachung von Populationen auf neue Weise.

Welche Fehler treten häufig auf?

Fehler 1: Verwirrende Dichte mit Verteilung

Dichte ist, wie viele Individuen pro Gebiet. Dispersion ist, wie sie beabstandet sind.

Fehler 2: Migration in Wachstumsberechnungen ignorieren

Bevölkerungswandel umfasst Einwanderung und Emigration sowie Geburten und Todesfälle.

Fehler 3: Verwendung des falschen Nenners für die Preise

Die Pro-Kopf-Raten werden durch die Bevölkerungsgröße geteilt, nicht durch das Gebiet.

Fehler 4: Angenommen, jede Population ist aus dem gleichen Grund verklumpt, einheitlich oder zufällig

Das Muster hängt auch vom Beobachtungsmaßstab ab. Eine Art kann auf einer Skala und einheitlich auf einer anderen verklumpt werden.