Główna zawartość
Kurs: AP®︎ Biology (2018) > Rozdział 23
Lekcja 2: Wprowadzenie do ekologii populacjiTabele przeżywania, przeżywalność oraz struktura płci i wieku
Narzędzia, którymi ekolodzy posługują się w celu przedstawienia obecnego stanu populacji i przewidywania jej przyszłego wzrostu.
Kluczowe informacje
- Aby przewidzieć, czy populacja będzie rosła, czy malała, ekolodzy muszą znać zarówno rozrodczość i śmiertelność organizmów w różnym wieku, jak i strukturę płci i wieku populacji.
- Tabele przeżywania przedstawiają rozrodczość i przeżywalność organizmów na różnych etapach życia.
- Krzywe przeżywalności to wykresy, które pokazują, jaka część populacji przeżyje przejście do kolejnej grupy wiekowej.
- Piramida płci i wieku to "migawka" populacji na przestrzeni czasu, która pokazuje, do jakich grup wiekowych i płciowych należą jej osobniki.
Wprowadzenie
Rządy krajów na całym świecie dokumentują wskaźniki urodzeń i śmiertelności ludzi - nie tylko ogólnej populacji, ale również poszczególnych grup w jej obrębie, dzieląc je według wieku i płci. Często dane te są przedstawiane w tabelach nazywanych tabelami przeżywania. Towarzystwa ubezpieczeniowe korzystają z tych tabeli przeżywania, posługując się danymi dotyczącymi prawdopodobieństwa śmierci w danym wieku w celu obliczenia stawek ubezpieczeniowych, które statystycznie zapewniają zadowalający zysk.
Ekolodzy często zbierają podobne informacje o gatunkach, które badają, ale nie robią tego w celu maksymalizacji zysków! Robią to, aby zbierać wiedzę i często również po to, żeby pomóc chronić gatunki. Weźmy, na przykład, ekologów zajmujących się zagrożoną wyginięciem pandą czerwoną. Mogą śledzić grupę pand czerwonych od narodzin aż do śmierci. Każdego roku rejestrują, ile pand przeżyło i ile młodych się urodziło. Dzięki tym danym mogą lepiej zrozumieć historię życiową, czyli typowe wzorce przeżycia i rozmnażania, badanej przez nich grupy pand czerwonych.
Jaki jest sens historii życiowej? W wielu przypadkach ekolodzy są zwyczajnie ciekawi tego, jak organizmy żyją, rozmnażają się i umierają. Jednak jest jeszcze praktyczny powód, dla którego zbierają oni dane dotyczące historii życiowej. Łącząc wskaźniki urodzeń i śmiertelności z "migawką" obecnej populacji — tym, ile jest starych i młodych organizmów i czy są one samcami, czy samicami — ekolodzy mogą przewidzieć, jak populacja będzie rosnąć lub maleć w przyszłości. Jest to szczególnie ważne w przypadku zagrożonych gatunków, takich jak nasza panda czerwona.
Tabele przeżywania
Tabela przeżywania przedstawia kwestie życia i śmierci danej populacji — dosłownie! Pokazuje prawdopodobieństwo, że organizmy w populacji będą żyły, umrą i/lub będą się rozmnażały na różnych etapach życia.
Zacznijmy od przyjrzenia się podstawowej tabeli przeżywania, która przedstawia tylko przeżycie — a nie przeżycie i rozmnażanie. W szczególności skupimy się na przedstawionym poniżej zwierzęciu: owcy jukońskiej, czyli dzikiej owcy zamieszkującej północno-zachodnią część Ameryki Północnej.
Dla jasności, te dane zostały zebrane w dość dziwny sposób. Ekolog Olaus Murie wędrował wokół Parku Narodowego Denali na Alasce przez kilka lat w latach 30. i 40. XX wieku. Za każdym razem, kiedy natrafiał na czaszkę owcy jukońskiej, szacował jej wiek w momencie śmierci na podstawie wielkości rogów
Poniżej przedstawiono tabelę utworzoną na podstawie danych dla kolekcji czaszek, które zebrał Murie. Tabela została wystandaryzowana dla populacji 1000 owiec, aby można ją było łatwiej odczytać. Kiedy analizujemy tabelę, możemy wyobrazić sobie, co się stanie, przeciętnie, z tym tysiącem owiec — w szczególności, ile przeżyje lub umrze w każdej grupie wiekowej.
Prześledźmy wspólnie pierwszy wiersz tabeli. Widzimy, że rodzi się 1000 owiec. 54 z tych owiec umrą zanim skończą pół roku. Oznacza to, że śmiertelność wynosi 54/1000, czyli 0,054, co zostało zapisane w pierwszej kolumnie z prawej strony.
| Przedział wieku w latach | Liczba żyjących na początku przedziału z 1000 urodzonych | Liczba zgonów w przedziale z 1000 urodzonych | Współczynnik śmiertelności według wieku — odsetek żywych osobników na początku przedziału, którzy umierają w przedziale |
|---|---|---|---|
| 0–0,5 | 1000 | 54 | 0,054 |
| 0,5–1 | 946 | 145 | 0,1533 |
| 1–2 | 801 | 12 | 0,015 |
| 2–3 | 789 | 13 | 0,0165 |
| 3–4 | 776 | 12 | 0,0155 |
| 4–5 | 764 | 30 | 0,0393 |
| 5–6 | 734 | 46 | 0,0627 |
| 6–7 | 688 | 48 | 0,0698 |
| 7–8 | 640 | 69 | 0,1078 |
| 8–9 | 571 | 132 | 0,2312 |
| 9–10 | 439 | 187 | 0,426 |
| 10–11 | 252 | 156 | 0,619 |
| 11–12 | 96 | 90 | 0,9375 |
| 12–13 | 6 | 3 | 0,5 |
| 13–14 | 3 | 3 | 1 |
Tabela: Edward S. Deevey
Patrząc na tabelę przeżywania, możemy zobaczyć, kiedy jest największe ryzyko śmierci owiec. Jednym z okresów, w których ryzyko jest podwyższone, jest okres od pół roku do roku; pokazuje to, że bardzo młode owce są łatwymi ofiarami drapieżników i z tego powodu mogą umrzeć. Inny okres, w którym ryzyko jest podwyższone, następuje w późniejszych etapach życia i zaczyna się około 8. roku życia. Owce umierają wtedy ze starości.
Ta tabela przeżywania zawiera jedynie podstawowe informacje; przedstawia tylko wskaźnik przeżycia, bez współczynnika reprodukcji. Wiele tabeli przeżywania przedstawia zarówno przeżycie, jak i rozmnażanie. Gdybyśmy dodali informacje o rozmnażaniu do tej tabeli, mielibyśmy wtedy jeszcze jedną kolumnę ze średnią liczbą potomstwa wydawanego przez owcę w każdym przedziale wieku.
Krzywe przeżywalności
Według mnie, tabela przeżywania nie jest najłatwiejszą rzeczą do odczytania. Wolałbym raczej zobaczyć wszystkie dane dotyczące przeżycia w formie wykresu — czyli jako krzywą przeżywalności.
Krzywa przeżywalności pokazuje, jaka część grupy początkowej nadal żyje w kolejnych latach. Na przykład, poniżej przedstawiono krzywą przeżywalności owcy jukońskiej:
Wykres jasno pokazuje, że na wczesnym etapie następuje mały spadek w przeżywalności owiec, ale większość owiec umiera we względnie późnym wieku.
Różne gatunki mają krzywe przeżywalności o różnych kształtach. Krzywe przeżywalności możemy ogółem podzielić na trzy typy, w zależności od ich kształtu:
- Typ I. Ludzie i większość naczelnych mają krzywą przeżywalności typu I. W przypadku typu I, organizmy nie umierają, kiedy są młode lub w średnim wieku, tylko kiedy są starsze. Gatunki z krzywymi typu I zazwyczaj mają małą liczbę potomstwa i zapewniają mu troskliwą opiekę, aby mogło ono przeżyć.
- Typ II. Wiele gatunków ptaków ma krzywą przeżywalności typu II. W przypadku typu II, organizmy umierają mniej więcej podobnie w każdym przedziale wieku. Organizmy z krzywą przeżywalności tego typu również mogą mieć względnie mało potomstwa i zapewniają mu znaczną opiekę rodzicielską.
- Typ III. Drzewa, bezkręgowce morskie i większość ryb mają krzywą przeżywalności typu III. W przypadku krzywej typu III, bardzo mało organizmów przeżywa lata młodości. Jednak te osobniki, którym uda się przeżyć, żyją potem dość długo. Gatunki z krzywą tego typu zazwyczaj mają dużo potomstwa naraz — jak drzewa, które rozsiewają tysiące nasion — ale nie zapewniają swojemu potomstwu zbyt dużo opieki.
Struktura płci i wieku
W jaki sposób możemy posłużyć się współczynnikami urodzeń i śmiertelności zawartymi w tabeli przeżywania, aby przewidzieć to, czy populacja będzie rosła, czy malała? Żeby zrobić to skutecznie, potrzebujemy "migawki" populacji w jej obecnym stanie.
Załóżmy, na przykład, że mamy dwie populacje niedźwiedzi: jedną tworzą głównie młode i będące w wieku rozrodczym niedźwiedzice, a drugą tworzą głównie samce niedźwiedzi będące w okresie porozrodczym. Nawet jeśli te populacje mają taki sam rozmiar i dzielą tabelę przeżywania — mają takie same wskaźniki rozmnażania i przeżycia w danym wieku — najprawdopodobniej pójdą innymi drogami.
- Pierwsza populacja najprawdopodobniej będzie rosła, ponieważ jest w niej wiele niedźwiedzi, które mogą wydać na świat młode.
- Druga populacja najprawdopodobniej będzie malała, ponieważ jest w niej wiele niedźwiedzi, które niedługo umrą i nie mogą się już rozmnażać.
Zatem to, kto obecnie tworzy populację, ma duże znaczenie, kiedy myślimy o jej przyszłym wzroście! Informacje dotyczące struktury płci i wieku populacji są często przedstawiane w postaci piramidy płci i wieku. Oś x przedstawia procentowy udział populacji w każdej kategorii, z samcami po lewej i samicami po prawej stronie. Oś y przedstawia grupy wiekowe od narodzin do starości.
Często można spotkać się z piramidami płci i wieku przedstawiającymi populacje ludzkie. Wyróżnia się nawet piramidy o określonych kształtach, które można kojarzyć z populacją rozwijającą się, ustabilizowaną lub wymierającą, jak przedstawiono poniżej.
- Kraje z szybkim wzrostem populacji mają piramidę o ostrym kształcie, która przedstawia ich strukturę wiekową. To znaczy, że mają dużą część ludzi młodszych, z których wielu jest lub niedługo będzie w wieku rozrodczym. Ten wzorzec często pojawia się w przypadku krajów, które są słabiej rozwinięte gospodarczo, gdzie długość życia jest ograniczona przez dostęp do opieki zdrowotnej i innych zasobów.
- Tereny charakteryzujące się wolnym wzrostem populacji, w tym kraje lepiej rozwinięte gospodarczo, jak na przykład Stany Zjednoczone, nadal mają strukturę płci i wieku w kształcie piramidy. Piramida ta nie jest jednak tak ostra, co oznacza, że jest mniej młodych ludzi i osób w wieku rozrodczym, a więcej ludzi starszych niż w przypadku krajów szybko rozwijających się.
- Inne kraje rozwinięte, takie jak Włochy, mają zerowy przyrost ludności. Struktura wieku tych populacji ma kształt kopuły lub silosa, z jeszcze większym procentem osób w średnim wieku i osób starszych niż w przypadku wolnego wzrostu.
- Wreszcie niektóre kraje rozwinięte mają populacje wymierające. Jest tak w przypadku Japonii
Podstawowe zasady dotyczące tych ludzkich przykładów są prawdziwe dla wielu populacji w przyrodzie. Duży udział osobników młodych i w wieku rozrodczym oznacza, że populacja najprawdopodobniej będzie rosła. Duży udział osobników w okresie porozrodczym oznacza, że populacja najprawdopodobniej będzie malała.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji