If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Regulacja populacji

Jakie czynniki ograniczają wielkość populacji?

Kluczowe informacje

  • W przyrodzie wielkość populacji i jej wzrost są ograniczone wieloma czynnikami. Niektóre z nich są zależne od zagęszczenia, a inne niezależne od zagęszczenia.
  • Czynniki zależne od zagęszczenia powodują zmianę — na ogół spadek — współczynnika wzrostu populacji per capita wraz ze wzrostem jej zagęszczenia. Przykładem takiego czynnika jest konkurencja o ograniczoną ilość pożywienia pomiędzy osobnikami należącymi do tej samej populacji.
  • Czynniki niezależne od zagęszczenia wpływają na współczynnik wzrostu per capita niezależnie od zagęszczenia populacji. Przykładami takich czynników są klęski żywiołowe, takie jak pożary lasów.
  • Różnego rodzaju czynniki ograniczające mogą na siebie oddziaływać i tworzyć różne wzorce wzrostu populacji. Niektóre populacje wykazują cykliczne oscylacje, w których wielkość populacji zmienia się w cyklu w sposób przewidywalny.

Wprowadzenie

Wszystkie populacje na Ziemi posiadają ograniczenia wzrostu. Nawet populacje królików — które rozmnażają się jak króliki! — nie staną się nieskończenie wielkie. Chociaż ludziom wydaje się, że nasza populacja może rosnąć w nieskończoność, my również ostatecznie osiągniemy limit wielkości populacji narzucony przez środowisko.
Jakie właściwie są te ograniczające czynniki środowiskowe? Ogółem mówiąc, możemy podzielić czynniki regulujące wzrost populacji na dwie grupy: zależne od zagęszczenia i niezależne od zagęszczenia.

Czynniki zależne od zagęszczenia

Zacznijmy od przykładu. Wyobraź sobie populację organizmów — powiedzmy, jeleni — która ma dostęp do stałej ilości pożywienia. Kiedy populacja jest mała, ograniczona ilość pożywienia wystarczy dla wszystkich. Jednak kiedy populacja stanie się wystarczająco duża, ograniczona ilość pożywienia może już nie wystarczać, co doprowadzi do konkurencji pomiędzy jeleniami. Z powodu konkurencji część jeleni może umrzeć z głodu lub nie wydać potomstwa, co obniży współczynnik wzrostu populacji per capita (na osobnika) i doprowadzi do ustabilizowania się lub zmniejszenia jej wielkości.
Według tego scenariusza, konkurencja o pożywienie jest czynnikiem ograniczającym zależnym od zagęszczenia. Ogółem definiujemy czynniki ograniczające zależne od zagęszczenia jako czynniki, które wpływają na współczynnik wzrostu per capita populacji w różny sposób, w zależności od tego, jakie ma ona zagęszczenie. Większość czynników zależnych od zagęszczenia obniża współczynnik wzrostu per capita wraz ze wzrostem populacji. Jest to przykład ujemnego sprzężenia zwrotnego, które ogranicza wzrost populacji.
Czynniki ograniczające zależne od zagęszczenia mogą prowadzić do logististycznego wzorca wzrostu, w którym rozmiar populacji stabilizuje się na zdeterminowanym przez środowisko maksimum nazywanym pojemnością siedliska. Czasem proces ten przebiega płynnie; w innych przypadkach populacja może jednak przekroczyć pojemność siedliska i następnie maleć z powodu czynników zależnych od zagęszczenia.
Wykres przedstawia liczebność populacji w zależności od czasu. Wzrost logistyczny tworzy krzywą, która jest coraz bardziej stroma, a następnie się stabilizuje, kiedy zostaje osiągnięta pojemność siedliska, co daje nam krzywą S-kształtną.
Czynniki ograniczające zależne od zagęszczenia są na ogół biotyczne — związane z organizmami żywymi — w przeciwieństwie do cech fizycznych środowiska. Znanymi przykładami czynników zależnych od zagęszczenia są:
  • Konkurencja w obrębie populacji. Kiedy populacja osiąga duże zagęszczenie, większa liczba osobników stara się korzystać z tej samej ilości zasobów. Może to prowadzić do konkurencji o pożywienie, wodę, schronienie, partnerów do rozrodu, światło i inne zasoby potrzebne do przetrwania i rozmnażania.1
  • Drapieżnictwo. Populacje o dużym zagęszczeniu mogą przyciągać drapieżniki, które nie traciłyby czasu na bardziej rozproszoną populację. Kiedy te drapieżniki zjadają osobniki z populacji i zmniejszają ich liczbę, jednocześnie mogą zwiększyć swoją liczebność. Może to tworzyć ciekawe, cykliczne wzorce, jak ten przedstawiony poniżej.
  • Choroby i pasożyty. Prawdopodobieństwo, że choroby będą się rozprzestrzeniać i prowadzić do śmierci, jest większe, kiedy w jednym miejscu żyje razem większa liczba osobników. Pasożyty również mają większe szanse na rozprzestrzenianie się w takich warunkach.
  • Nagromadzenie odpadów. Duże zagęszczenie populacji może prowadzić do nagromadzenia szkodliwych odpadów, które zabijają osobniki lub negatywnie wpływają na rozmnażanie, zmniejszając wzrost populacji.
Fotografia przedstawiająca leminga. Jest to mały, pulchny gryzoń przypominający świnkę morską.
Obraz: Tunturisopuli (Lemmus Lemmus), Argus Fin, domena publiczna
Regulacja zależna od zagęszczenia może również przyjąć formę zmian behawioralnych lub fizjologicznych u organizmów tworzących populację. Na przykład, gryzonie nazywane lemingami reagują na duże zagęszczenie populacji emigrując w grupach w poszukiwaniu nowego, mniej zatłoczonego miejsca.2,3,4 W powszechnym przekonaniu proces ten błędnie uznano za pewnego rodzaju zbiorowe samobójstwo, ponieważ lemingi czasem umierają, próbując przedostać się przez zbiorniki wodne.

Czynniki niezależne od zagęszczenia

Druga grupa czynników ograniczających składa się z czynników niezależnych od zagęszczenia, które wpływają na współczynnik wzrostu per capita niezależnie od tego, jakie jest zagęszczenie populacji.
Zdjęcie przedstawiające pożar lasu i jelenie, które dla bezpieczeństwa stoją w wodzie.
Obraz: Elk bath, John McColgan, USDA, domena publiczna
Jako przykład rozważmy pożar lasu, który wybucha w lesie zamieszkiwanym przez jelenie. Ogień zabije pechowe jelenie, które się tam znajdują, niezależnie od wielkości populacji. Prawdopodobieństwo śmierci pojedynczego jelenia nie zależy od tego, ile innych jeleni znajduje się w pobliżu. Czynniki ograniczające niezależne od zagęszczenia często przyjmują formę klęsk żywiołowych, ekstremalnych zjawisk pogodowych i zanieczyszczeń.
W przeciwieństwie do czynników zależnych od zagęszczenia, czynniki niezależne od zagęszczenia same w sobie nie mogą utrzymywać populacji na stałym poziomie. Jest tak, ponieważ ich siła nie zależy od wielkości populacji, więc nie wprowadzają "poprawek", kiedy wielkość populacji staje się zbyt duża. Zamiast tego mogą prowadzić do nieregularnych, nagłych zmian w wielkości populacji. Istnieje ryzyko, że małe populacje zostaną pokonane przez sporadyczne, niezależne od zagęszczenia zdarzenia.5

Fluktuacje populacji

W rzeczywistości wiele czynników zależnych i niezależnych od zagęszczenia może — i na ogół tak się właśnie dzieje — wzajemnie na siebie wpływać, tworząc wzorce zmian, które możemy zaobserwować w populacji. Na przykład, populacja może utrzymywać się przez jakiś czas na poziomie bliskim pojemności siedliska ze względu na czynniki zależne od zagęszczenia, a następnie doświadczyć nagłego spadku liczebności spowodowanego przez zdarzenie będące czynnikiem niezależnym od zagęszczenia, takie jak burza lub pożar.
Jednak nawet w przypadku braku katastrof, populacje nie zawsze są stale na poziomie pojemności siedliska. W rzeczywistości mogą się one wahać lub różnić pod względem zagęszczenia na wiele różnych sposobów. W przypadku niektórych następują nieregularne skoki i spadki liczebności. Na przykład, glony mogą kwitnąć, kiedy napływ fosforu prowadzi do nietrwałego wzrostu populacji.6 Inne populacje mają regularne cykle wzrostu i spadku. Przyjrzyjmy się bliżej tym cyklom.

Cykle populacyjne

Wielkość niektórych populacji waha się cyklicznie. Oscylacje to powtarzające się wzrosty i spadki wielkości populacji na przestrzeni czasu. Jeśli przedstawilibyśmy wielkość populacji z wahaniami cyklicznymi w zależności od czasu na wykresie, wyglądałby on mniej więcej tak, jak przedstawiona poniżej fala — chociaż pewnie nie aż tak schludnie!
Wykres przedstawiający liczebność populacji na osi y i czas na osi x. Liczebność populacji oscyluje na przestrzeni czasu, tworząc kształt fali.
Skąd biorą się te oscylacje? W wielu przypadkach wahania są skutkiem interakcji pomiędzy populacjami co najmniej dwóch gatunków. Na przykład, wykazano, że drapieżnictwo, choroby pasożytnicze i zmiany w dostępności jedzenia powodują oscylacje.7 Te czynniki zależne od zagęszczenia jednak nie zawsze wywołują wahania. Dzieje się tak tylko w odpowiednich warunkach, kiedy populacje oddziałują na siebie w szczególny sposób.

Studium przypadku: lemingi

Jako przykład weźmy populację lemingów znajdującą się na Grenlandii.7,8,9 Ta populacja przez lata miała cykliczne wahania wielkości o okresie — długości pełnego cyklu — około czterech lat. Ekolodzy odkryli, że ten cykl można wyjaśnić na podstawie interakcji pomiędzy lemingami i czterema drapieżnikami: sową, lisem, wydrzykiem — ptakiem — i gronostajem. Sowa, lis i wydrzyk to oportunistyczne drapieżniki, które korzystają z różnych źródeł pożywienia i na ogół zjadają one lemingi tylko wtedy, kiedy są one liczne.7,8 Z kolei gronostaj żywi się praktycznie wyłącznie lemingami.
Zdjęcie przedstawiające gronostaja
Gronostaj. Obraz: Short tailed weasel, Steve Hillebrand, U.S. Fish and Wildlife Service, domena publiczna
Zatem dlaczego występuje cykl? Zacznijmy od prześledzenia lemingów w niskim punkcie ich cyklu. Ze względu na niskie zagęszczenie populacji sowy, wydrzyki i lisy nie zwracają zbyt dużo uwagi na lemingi, co pozwala na szybki wzrost ich populacji. Wraz ze wzrostem populacji lemingów, populacja gronostajów również rośnie, ale z opóźnieniem. Jest to wynikiem tego, że gronostaje rozmnażają się tylko raz w roku — w przeciwieństwie do lemingów, które rozmnażają się mniej więcej cały czas — i mogą wydać liczne potomstwo tylko po okresie, w którym źródło ich pożywienia, czyli lemingi, było bogate.9
Kiedy rośnie zagęszczenie lemingów, sowy, lisy i wydrzyki zaczynają się nimi interesować i polują na lemingi częściej niż kiedy ich liczba była ograniczona. Jest to zależne od zagęszczenia ograniczenie wzrostu lemingów i zapobiega ono zdobyciu liczebnej przewagi lemingów nad gronostajami.7,8 Populacja gronostajów znacznie rośnie i staje się na tyle duża, że zabija wiele lemingów, pozostawiając niewiele z nich do rozrodu, co powoduje gwałtowny spadek wielkości populacji lemingów. Z tego spadku wynika również występujący z rocznym opóźnieniem spadek wielkości populacji gronostajów, ponieważ gronostaje mają znacznie zmniejszone zasoby pożywienia. Potem ten cykl zaczyna się na nowo.
Ogólny wzorzec interakcji został przedstawiony na poniższym wykresie. Można zauważyć, że liczebność populacji ofiary — takiej jak populacja lemingów — najpierw spada, a następnie to samo dzieje się z liczebnością drapieżników — takich jak gronostaje.
Wykres przedstawiający liczebność populacji na osi y i czas na osi x. Liczebność ofiar i drapieżników oscyluje na przestrzeni czasu, obie tworzą krzywe w kształcie fali. Populacja ofiary pierwsza odnotowuje spadek i następnie, z opóźnieniem, to samo dzieje się z populacją drapieżnika. Populacja ofiary następnie jako pierwsza wraca do poprzedniego stanu, a zaraz po niej - również populacja drapieżnika.
Czy poza interakcjami drapieżnik-ofiara są inne czynniki wpływające na ten wzorzec? Jest to możliwe, jednak ekolodzy byli w stanie uzyskać ten wzorzec oscylacji w modelu komputerowym tylko na podstawie danych zebranych w terenie dotyczących drapieżnictwa i rozrodu, co potwierdza pogląd, że drapieżnictwo jest głównym czynnikiem.9
Smutny fakt: niektóre populacje lemingów już nie oscylują. Osiągnęły szczyt — zgodnie ze swoim normalnym cyklem — w 1998 roku, jednak nigdy nie udało im się dojść do siebie po spadku, który potem nastąpił.10 Ekolodzy podejrzewają, że może to wynikać z wyjątkowo ciepłych zim i zmian w opadach śniegu w Arktyce, które mogły zmniejszyć śnieżnik, zwykle zapewniający ochronę lemingom, kiedy wychowują one swoje młode. W efekcie gatunki, które są drapieżnikami żywiącymi się lemingami, mogą wyginąć w regionach, gdzie nastąpił spadek wielkości populacji lemingów.10,11

Studium przypadku: rysie i zające

Innym znanym przykładem tego typu interakcji drapieżnik-ofiara jest zależność pomiędzy rysiem kanadyjskim — drapieżnikiem — i zającem amerykańskim — ofiarą — których populacje wykazały współzależność w cyklach, ze spadkiem liczebności zajęcy zapowiadającym spadek liczebności rysi. Jest to przykład, z którym najprawdopodobniej możesz się spotkać również w swoim podręczniku. Początkowo naukowcy myśleli, że drapieżnictwo rysi jest głównym czynnikiem, który powoduje spadek liczebności populacji zająca. Teraz wiemy już, że najprawdopodobniej są też inne czynniki, które mają na to wpływ, jak na przykład dostępność pożywienia zajęcy.7,11 Tak czy inaczej, jest to kolejny przykład, w którym czynniki zależne od zagęszczenia powodują cykliczne zmiany w populacji.
Górna część: wykres przedstawia liczbę zwierząt wyrażoną w tysiącach w zależności od czasu wyrażonego w latach. Liczba zajęcy waha się od 10 000 w najniższych punktach wykresu i sięga od 75 000 aż do 150 000 w najwyższych punktach. Na ogół występuje mniej rysi niż zajęcy, ale tendencja liczby rysi jest zależna od liczby zajęcy.
Dolna część: zdjęcia przedstawiające rysia i zająca