Метапопуляция: түрлердің бөлінген, бірақ байланысты топтары. Экологиялық динамика, түрлердің жоғалу себептері, демографиялық өзгерістер туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Көшіп-қоныс жасайтын, бірақ өзара әрекеттесетін экологиялық популяциялар тобы
Group of separated yet interacting ecological populations
Метапопуляция – бір түрдің кеңістікте бөлек орналасқан, бірақ белгілі бір деңгейде өзара әрекеттесетін популяцияларынан тұрады. Ричард Левинс 1969 жылы осы терминді ауыл шаруашылығы алқаптарындағы жәндік-зиянкестердің популяциялық динамикасының моделін сипаттау үшін енгізген, бірақ бұл идея табиғи немесе жасанды түрде фрагменттелген (бөлшектелген) мекендемелердегі түрлерге кеңінен қолданылды. Левинстің өзі айтқандай, ол «популяциялардың популяциясынан» тұрады. Метапопуляция әдетте бірнеше ерекше популяциялардан және қазіргі уақытта бос тұрған қолайлы мекендемелердің аумақтарынан құралған деп есептеледі. Классикалық метапопуляция теориясында әрбір популяция басқаларынан тәуелсіз циклмен өтеді және демографиялық стохастикалық (кездейсоқ демографиялық оқиғаларға байланысты популяция мөлшерінің ауытқуы) салдарынан жойылуы мүмкін; популяцияның мөлшері неғұрлым аз болса, инбридтің (туысқа қастандық) салдарына ұшырау және жойылу қаупі соғұрлым жоғары. Жеке популяциялардың өмір сүру мерзімі шектеулі болғанымен, метапопуляция тұтастай алғанда тұрақты болады, себебі бір популяциядан келген иммигранттар (мысалы, популяциялық өрбу кезеңін бастан өткергендер) басқа популяцияның жойылуынан бос қалған мекендемелерді қайтадан мекендеуі мүмкін. Олар сондай-ақ кішкентай популяцияға көшіп, оны жойылудан құтқара алады (бұл құтқару эффектісі деп аталады). Мұндай құтқару эффектісі азайып бара жатқан популяциялардың «құтқарушыларға» жаңа мүмкіндіктер ашуына байланысты болуы мүмкін. Метапопуляция теориясының дамуы, көз-түсіру динамикасымен бірге, көрінетіндей оқшауланған популяциялар арасындағы байланыстың маңыздылығын көрсетті. Егер бірде-бір популяция белгілі бір түрдің ұзақ мерзімді сақталуына кепілдік бере алмаса, көптеген популяциялардың бірлескен әсері оны қамтамасыз ете алады. Метапопуляция теориясы алғаш рет құрлықтағы экожүйелер үшін жасалды, содан кейін теңіз экожүйелеріне де қолданылды. Балық шаруашылығы ғылымында «қосалқы популяция» термині метапопуляция ғылымындағы «жергілікті популяция» терминімен мағынасы жақын. Теңіздегі көптеген мысалдар салыстырмалы түрде тұрақсыз түрлердің дискретті (ажыратылған) мекендемелерді мекендеуімен, жергілікті және басқа жергілікті популяциялардан келген жаңадан келгендердің болуымен байланысты. Крицер мен Сейл жергілікті популяциялардың жойылу қаупі ескерілмей қалмауы керек деп, метапопуляцияның анықтамалық критерийлерін қатаң қолдануға қарсылық білдірді. Лотка-Вольтерра теңдеуі жыртқыш пен олжа арасындағы қарым-қатынастың жыртқыш пен олжаның бастапқы тығыздығына байланысты уақыт өте популяциялардың өзгеруіне (тербеліске) әкелетінін көрсетті. Гаузе бұл теорияның болжамдаған тербелістерін дәлелдеуге жасаған алғашқы тәжірибелері сәтсіз аяқталды, өйткені жыртқыш пен олжаның өзара әрекеттесуіне иммиграцияның әсері ескерілмеді. Алайда, иммиграция енгізілгеннен кейін, популяциялық циклдар Лотка-Вольтерра теңдеуімен болжанған тербелістерді дәл бейнеледі, олжаның көптігінің шыңы жыртқыш тығыздығының шыңынан сәл солға қарай ығысты. Хаффкердің тәжірибелері Гаузе тәжірибелерін кеңейтіп, көші-қон факторлары мен кеңістіктік гетерогендіктің жыртқыш пен олжаның тербелісіне қалай әкелетінін зерттеді.
A metapopulation consists of a group of spatially separated populations of the same species which interact at some level. The term metapopulation was coined by Richard Levins in 1969 to describe a model of population dynamics of insect pests in agricultural fields, but the idea has been most broadly applied to species in naturally or artificially fragmented habitats. In Levins' own words, it consists of "a population of populations". A metapopulation is generally considered to consist of several distinct populations together with areas of suitable habitat which are currently unoccupied. In classical metapopulation theory, each population cycles in relative independence of the other populations and eventually goes extinct as a consequence of demographic stochasticity (fluctuations in population size due to random demographic events); the smaller the population, the more chances of inbreeding depression and prone to extinction. Although individual populations have finite life spans, the metapopulation as a whole is often stable because immigrants from one population (which may, for example, be experiencing a population boom) are likely to re colonize habitat which has been left open by the extinction of another population. They may also emigrate to a small population and rescue that population from extinction (called the rescue effect). Such a rescue effect may occur because declining populations leave niche opportunities open to the "rescuers". The development of metapopulation theory, in conjunction with the development of source–sink dynamics, emphasised the importance of connectivity between seemingly isolated populations. Although no single population may be able to guarantee the long term survival of a given species, the combined effect of many populations may be able to do this. Metapopulation theory was first developed for terrestrial ecosystems, and subsequently applied to the marine realm. In fisheries science, the term "sub population" is equivalent to the metapopulation science term "local population". Most marine examples are provided by relatively sedentary species occupying discrete patches of habitat, with both local recruitment and recruitment from other local populations in the larger metapopulation. Kritzer & Sale have argued against strict application of the metapopulation definitional criteria that extinction risks to local populations must be non negligible. The Lotka Volterra equation suggested that the relationship between predators and their prey would result in population oscillations over time based on the initial densities of predator and prey. Gause's early experiments to prove the predicted oscillations of this theory failed because the predator–prey interactions were not influenced by immigration. However, once immigration was introduced, the population cycles accurately depicted the oscillations predicted by the Lotka Volterra equation, with the peaks in prey abundance shifted slightly to the left of the peaks of the predator densities. Huffaker's experiments expanded on those of Gause by examining how both the factors of migration and spatial heterogeneity lead to predator–prey oscillations.
Хаффкердің жыртқыш пен олжаның өзара әрекеттесуі туралы тәжірибелері (1958)
Жыртқыштық пен популяция тербелісін зерттеу үшін Хаффакер бір жағы жыртқыш, екінші жағы жем болатын кене түрлерін пайдаланды. Ол жемнің жейтін апельсиндерін кеңістіктік құрылымды мекен ретінде пайдаланып, бақыланатын эксперимент жүргізді, онда жыртқыш пен жем өзара әрекеттеседі. Бастапқыда Хаффакер Гаузе сияқты, тұрақты жыртқыш-жем қарым-қатынасын орнатуда қиындықтарға тап болды. Тек апельсинді ғана пайдаланғанда, жем түрлері тез жойылып, одан кейін жыртқыштар да жойылды. Алайда, ол мекеннің кеңістіктік құрылымын өзгерту арқылы популяция динамикасын басқара алатынын және екі түрдің де тірі қалу деңгейін арттыра алатынын анықтады. Ол жем мен апельсин (олардың тағамы) арасындағы қашықтықты өзгертіп, жыртқыштардың қозғалысына кедергі келтіріп, жемнің таралуына арналар жасады. «Метапопуляция» термині әлі қолданылмаса да, кеңістіктік әртүрлілік және мекеннің дақылдылығы сияқты қоршаған орта факторлары кейіннен кеңістікте бөлінген түрлердің топтарының бір-бірімен қалай өзара әрекеттесетінін сипаттайтын метапопуляция жағдайларын анықтады. Хаффакердің эксперименті маңызды, себебі ол метапопуляциялардың жыртқыш-жем қарым-қатынасына тікелей әсер ететінін және осылайша популяция динамикасын өзгертетінін көрсетті.
In order to study predation and population oscillations, Huffaker used mite species, one being the predator and the other being the prey. He set up a controlled experiment using oranges, which the prey fed on, as the spatially structured habitat in which the predator and prey would interact. At first, Huffaker experienced difficulties similar to those of Gause in creating a stable predator–prey interaction. By using oranges only, the prey species quickly became extinct followed consequently with predator extinction. However, he discovered that by modifying the spatial structure of the habitat, he could manipulate the population dynamics and allow the overall survival rate for both species to increase. He did this by altering the distance between the prey and oranges (their food), establishing barriers to predator movement, and creating corridors for the prey to disperse. Although the term metapopulation had not yet been coined, the environmental factors of spatial heterogeneity and habitat patchiness would later describe the conditions of a metapopulation relating to how groups of spatially separated populations of species interact with one another. Huffaker's experiment is significant because it showed how metapopulations can directly affect the predator–prey interactions and in turn influence population dynamics.
Микроорталық жерлер (МОЖ) және бактериялық метапопуляциялар
Нанотехнологияны ландшафт экологиясымен үйлестіре отырып, синтетикалық тіршілік ортасы ландшафтары микросхемада жасалды. Бұл бактериялардың шағын тіршілік орталарын құру арқылы іске асырылды, оларға тіршілік ортасын жаңарту үшін наноөлшемді арналармен қоректік заттар жеткізілді, және олар әртүрлі топологиялық құрылымдардағы дәліздермен байланыстырылды. Осылайша, уақыт бойынша таралған мүмкіндіктердің кеңістіктік мозаикасы пайда болды. Бұл, мысалы, бактериялардың метапопуляциясының эволюциялық экологиясын зерттеу арқылы ландшафттық эксперименттер жүргізуге мүмкіндік береді.
Combining nanotechnology with landscape ecology, synthetic habitat landscapes have been fabricated on a chip by building a collection of bacterial mini habitats with nano scale channels providing them with nutrients for habitat renewal, and connecting them by corridors in different topological arrangements, generating a spatial mosaic of patches of opportunity distributed in time. This can be used for landscape experiments by studying the bacteria metapopulations on the chip, for example their evolutionary ecology.
Өмір тарихы эволюциясы
Метапопуляция модельдері өмір тарихы эволюциясын түсіндіру үшін қолданылған, мысалы, шағын көктемгі суқоймаларындағы амфибиялардың метаморфозының экологиялық тұрақтылығы. Балама экологиялық стратегиялар пайда болды. Мысалы, кейбір саламандралар метаморфозға түспей, су ортасында жыныстық жетілген неотендерге айналады. Суқоймаларының маусымдық ұзақтығы және түрлердің қоныс аудару шегі, қай суқоймалардың байланысқа түсетінін және олардың метапопуляция құрайтынын анықтайды. Амфибиялардың өмірлік цикл кезеңдерінің ұзақтығы, суқойманың құрғап қалғанға дейінгі ұзақтығымен салыстырғанда, сулық алқаптарды құрлықтағы алқаптармен байланыстыратын метапопуляциялардың экологиялық дамуын реттейді.
Metapopulation models have been used to explain life history evolution, such as the ecological stability of amphibian metamorphosis in small vernal ponds. Alternative ecological strategies have evolved. For example, some salamanders forgo metamorphosis and sexually mature as aquatic neotenes. The seasonal duration of wetlands and the migratory range of the species determines which ponds are connected and if they form a metapopulation. The duration of the life history stages of amphibians relative to the duration of the vernal pool before it dries up regulates the ecological development of metapopulations connecting aquatic patches to terrestrial patches.