Ecologia de populações é a subdivisão da ecologia que trata da dinâmica das populações de espécies e como essas populações interagem com o meio ambiente. É o estudo de como os tamanhos das populações das espécies mudam ao longo do tempo e do espaço. O termo é frequentemente usado de forma intercambiável com biologia populacional ou dinâmica populacional. Ele também descreve frequentemente os tipos de luta pela existência. Devido à seleção natural, o número de indivíduos que são adaptados ao máximo aumenta.
Em biologia, uma população é o grau de distribuição de uma determinada espécie ou um certo número de seus representantes vivendo em uma área.
Histórico
Como tudo começou? O desenvolvimento da ecologia populacional está amplamente relacionado à demografia e às tabelas de vida atuais. Esta seção é muito importante nas condições ambientais atuais.
A ecologia populacional é importante na biologia da conservação, especialmente quandodesenvolver uma análise de viabilidade populacional (PVA) que preveja a probabilidade a longo prazo de uma espécie permanecer em um determinado habitat. Embora essa ecologia seja uma subespécie da biologia, ela apresenta problemas interessantes para matemáticos e estatísticos que trabalham no campo da dinâmica populacional. Em biologia, a população é um dos termos centrais.
Modelos
Como qualquer ciência, a ecologia usa modelos. Modelos simplificados de mudança populacional geralmente começam com quatro variáveis-chave (quatro processos demográficos), incluindo morte, nascimento, imigração e emigração. Os modelos matemáticos usados para calcular as mudanças na situação demográfica e na evolução da população pressupõem a ausência de influência externa. Os modelos podem ser matematicamente mais complexos quando “…várias hipóteses concorrentes colidem com os dados ao mesmo tempo.”
Qualquer modelo de desenvolvimento populacional pode ser usado para derivar matematicamente certas propriedades de populações geométricas. Uma população com tamanho geometricamente crescente é uma população onde as gerações reprodutivas não se sobrepõem. Em cada geração, há um tamanho efetivo da população (e território), denotado como Ne, que é o número de indivíduos na população que podem e irão se reproduzir em qualquer geração reprodutiva. O que causa preocupação.
Teoria da seleção r/K
Um conceito importante em ecologia populacional é a teoria de seleção r/K. A primeira variável é r (taxa interna de aumento natur altamanho da população, não depende da densidade), e a segunda variável é K (capacidade de suporte da população, depende da densidade). As relações intraespecíficas desempenham um certo papel nisso.
Espécies selecionadas por R (por exemplo, muitas espécies de insetos, como pulgões) são aquelas que apresentam altas taxas de fecundidade, baixo investimento parental em juvenis e altas taxas de mortalidade antes que os indivíduos atinjam a maturidade. A evolução promove a produtividade em espécies r-selecionadas. Por outro lado, as espécies K-selecionadas (como humanos) têm baixas taxas de fertilidade, altos níveis de investimento dos pais em uma idade jovem e baixas taxas de mortalidade à medida que os indivíduos amadurecem.
Evolução em espécies K-selecionadas promove eficiência em transformar mais recursos em menos descendentes. Como resultado de relações interespécies improdutivas, esses descendentes podem se extinguir, tornando-se os últimos representantes de sua população.
História da teoria
A terminologia de seleção r/K foi cunhada pelos ecologistas Robert MacArthur e E. O. Wilson em 1967 com base em seu trabalho sobre biogeografia de ilhas. Esta teoria permite identificar as causas das flutuações populacionais.
A teoria era popular nas décadas de 1970 e 1980, quando foi usada como um dispositivo heurístico, mas caiu em desuso no início dos anos 1990, quando foi criticada por vários estudos empíricos. O paradigma de história de vida substituiu o paradigma de seleção r/K, mas continua a incluir muitos de seus temas importantes. O desejo de reprodução é o principalforça motriz da evolução, então esta teoria é extremamente útil para seu estudo.
Assim, espécies r-selecionadas são aquelas que enfatizam altas taxas de crescimento, tendem a explorar nichos ecológicos menos lotados e produzem muitos descendentes, cada um com uma probabilidade relativamente baixa de sobreviver até a idade adulta (ou seja, alto r, baixo K). Uma espécie típica de r é o dente-de-leão (gênero Taraxacum).
Em ambientes instáveis ou imprevisíveis, a seleção-r prevalece devido à capacidade de se multiplicar rapidamente. Há pouca vantagem em adaptações que permitem competir com sucesso com outros organismos porque o ambiente provavelmente mudará novamente. Os traços pensados para caracterizar a seleção-r incluem: alta fecundidade, tamanho corporal pequeno, início precoce da maturidade, curto tempo de geração e a capacidade de dispersar amplamente a prole.
Organismos cuja história de vida sofre r-seleção são muitas vezes referidos como r-estrategistas. Organismos que exibem características r-selecionadas podem variar de bactérias e diatomáceas a insetos e gramíneas, bem como vários cefalópodes de sete lóbulos e pequenos mamíferos, especialmente roedores. A teoria diferencial K tem uma conexão indireta com a seleção natural dos animais.
Seleção de espécies
Espécies selecionadas por K exibem características associadas a viver em densidades próximas à capacidade de carga e tendem a ser fortes concorrentes em nichos lotados que investem mais em menoso número de descendentes. Cada um deles tem uma probabilidade relativamente alta de sobreviver até a idade adulta (ou seja, baixo r, alto k). Na literatura científica, as espécies r-selecionadas às vezes são chamadas de "oportunistas", enquanto as espécies K-selecionadas são descritas como "equilíbrio".
Em condições estáveis ou previsíveis, a seleção K prevalece, pois a capacidade de competir com sucesso por recursos limitados é crítica, e as populações de organismos selecionados K são geralmente muito constantes em números e próximas do máximo que o ambiente pode Apoio, suporte. Em contraste com r-selecionado, onde o tamanho da população pode mudar muito mais rápido. Números baixos levam ao incesto, que é uma das causas das mutações.
Características
Traços considerados característicos da seleção K incluem tamanho corporal grande, longa vida útil e a produção de menos descendentes, que muitas vezes exigem cuidados parentais cuidadosos até que estejam maduros. Organismos cuja história de vida é K-selecionado são frequentemente chamados de K-estrategistas ou K-selecionados. Organismos com características K-selecionadas incluem grandes organismos, como elefantes, humanos e baleias, bem como organismos menores e de vida mais longa, como andorinhas-do-mar-do-ártico, papagaios e águias. O aumento da população é uma das lutas pela existência.
Classificação dos organismos
Embora alguns organismos sejam identificados principalmente como estrategistas r- ou K, a maioria dos organismos não segue esse padrão. Por exemplo, as árvores têm características comolongevidade e alta competitividade que os caracterizam como K-estrategistas. No entanto, quando se reproduzem, as árvores geralmente produzem milhares de descendentes e os dispersam amplamente, o que é típico dos estrategistas-r.
Da mesma forma, répteis como as tartarugas marinhas têm características r e k: embora as tartarugas marinhas sejam grandes organismos com longa expectativa de vida (desde que atinjam a idade adulta), elas produzem um grande número de descendentes despercebidos.
Outras expressões
A dicotomia r/K pode ser reexpressa como um espectro contínuo usando o conceito econômico de retornos futuros descontados com r-choice correspondendo a grandes taxas de desconto e K-choice correspondendo a pequenas taxas de desconto.
Em áreas com grave perturbação ambiental ou esterilização (por exemplo, após uma grande erupção vulcânica, como Krakatoa ou Monte Santa Helena), os estrategistas r- e K desempenham papéis diferentes na sequência ecológica que restaura o ecossistema. Devido às suas taxas reprodutivas mais altas e oportunismo ecológico, os colonizadores primários tendem a ser estrategistas e são seguidos por uma série de crescente competição entre a vida vegetal e animal. A capacidade do ambiente de aumentar o conteúdo de energia através da captura fotossintética da energia solar aumenta com o aumento da biodiversidade complexa à medida que as espécies r proliferam ao máximo possível comusando estratégias K.
Novo equilíbrio
Eventualmente, um novo equilíbrio (às vezes chamado de comunidade culminante) ocorre à medida que os estrategistas-r são gradualmente substituídos pelos estrategistas-K que são mais competitivos e melhor adaptados às mudanças emergentes da paisagem microecológica. Tradicionalmente, a biodiversidade era considerada maximizada nesta fase com a introdução de novas espécies, resultando na substituição e extinção local de espécies endêmicas. No entanto, a hipótese de perturbação intermediária afirma que níveis intermediários de perturbação na paisagem criam manchas em diferentes níveis de sucessão, facilitando a coexistência de colonizadores e competidores em escala regional.
Embora geralmente aplicada no nível de espécie, a teoria da seleção r/K também é útil para estudar a evolução das diferenças ecológicas e de vida entre subespécies. Por exemplo, a abelha africana A. m. scutellata e a abelha italiana A. m. ligustica. No outro extremo da escala, também tem sido usado para estudar a ecologia evolutiva de grupos inteiros de organismos, como bacteriófagos.
Opiniões de pesquisa
Alguns pesquisadores como Lee Ellis, J. Philip Rushton e Aurelio Jose Figueredo aplicaram a teoria da seleção r/K a vários comportamentos humanos, incluindo delinquência, promiscuidade sexual, fertilidade e outros traços relacionados à teoria da história de vida. O trabalho de Rushton o levou a desenvolver a "teoria K diferencial" para tentar explicar as muitas diferenças no comportamento humano entre as áreas geográficas. E esta teoria tem sido criticada por muitos outros pesquisadores. Este último sugeriu que a evolução das respostas inflamatórias humanas está relacionada com a escolha de r/K.
Embora a teoria da seleção r/K tenha começado a ser amplamente utilizada na década de 1970, ela também tem recebido crescente atenção. Em particular, uma revisão do ecologista Stephen S. Stearns chamou a atenção para lacunas na teoria e ambiguidades na interpretação de dados empíricos para testá-la.
Mais pesquisas
Em 1981, a revisão de 1981 da literatura sobre seleção r/K de Parry mostrou que não havia concordância entre os pesquisadores que usavam a teoria da definição de seleção r e K, levando-o a questionar a suposição de uma relação entre custos. função.
Um estudo realizado por Templeton e Johnson em 1982 mostrou que em uma população de Drosophila mercatorum (uma subespécie da mosca) submetida à seleção K, ela realmente produz uma frequência mais alta de características tipicamente associadas à seleção r. Vários outros estudos contradizendo as previsões da teoria da seleção r/K também foram publicados entre 1977 e 1994.
Quando Stearns revisou o status de uma teoria em 1992, ele observou que de 1977 a 1982, o serviço de busca de literatura BIOSIS teve uma média de 42 citações de teorias por ano, mas de 1984 a 1989 a média caiu para 16 por ano. e continuou a declinar. Ele concluiu que a teoria r/K já foi uma heurística útil que não serve mais para a teoria da história de vida.
Mais recentemente a teoria da panarquia da adaptaçãohabilidades e resiliência promovidas por S. S. Holling e Lance Gunderson reviveram o interesse pela teoria e a estão usando como forma de integrar sistemas sociais, economia e ecologia.
Ecologia de metapopulação
Ecologia de metapopulações é um modelo simplificado da paisagem em áreas de diferentes níveis de qualidade. Migrantes que se deslocam entre locais são estruturados em metapopulações como fontes ou sumidouros. Na terminologia metapopulacional, há emigrantes (indivíduos que saem do sítio) e imigrantes (indivíduos que se mudam para o sítio).
Modelos de metapopulação examinam a dinâmica do local ao longo do tempo para responder a perguntas sobre ecologia espacial e demográfica. Um conceito importante na ecologia metapopulacional é o efeito de resgate, no qual pequenas manchas de menor qualidade (ou seja, sumidouros) são mantidas por um influxo sazonal de novos imigrantes.
A estrutura da metapopulação evolui de ano para ano, onde alguns sítios são sumidouros, como anos secos, e se tornam nascentes quando as condições são mais favoráveis. Os ecologistas usam uma mistura de modelos de computador e estudos de campo para explicar a estrutura da metapopulação. A estrutura etária de uma população é a presença de representantes de certas idades em uma população.
Autoecologia
O termo mais antigo autoecologia (do grego: αὐτο, auto, "eu"; οίκος, oikos, "casa" e λόγος, logos, "conhecimento"), refere-seaproximadamente no mesmo campo de estudo que a ecologia da população. Ela decorre da divisão da ecologia em autecologia - o estudo de espécies individuais em relação ao meio ambiente - e sinecologia - o estudo de grupos de organismos em relação ao meio ambiente - ou ecologia de comunidades. Odum (um biólogo americano) acreditava que a sinecologia deveria ser dividida em ecologia de populações, ecologia de comunidades e ecologia de ecossistemas, definindo a autoecologia como "ecologia de espécies".
No entanto, há algum tempo os biólogos reconhecem que o maior nível de organização de uma espécie é a população, porque nesse nível o pool genético da espécie é mais consistente. Na verdade, Odum considerou a "autoecologia" como uma "tendência atual" em ecologia (ou seja, um termo arcaico), embora tenha incluído "ecologia de espécies" como uma das quatro divisões da ecologia.
A primeira publicação de Population Ecology (originalmente chamada Population Ecology Research) foi lançada em 1952.
Papéis de pesquisa sobre ecologia populacional também podem ser encontrados em revistas de ecologia animal.
Dinâmica populacional
Dinâmica populacional é um ramo das ciências da vida que estuda o tamanho e a composição etária das populações como sistemas dinâmicos e os processos biológicos e ambientais que os impulsionam (por exemplo, taxas de natalidade e mortalidade, imigração e emigração). Exemplos de cenários são envelhecimento da população, crescimento ou contração.
O crescimento exponencial descreve a reprodução não regulamentada. Isso é muito incomum de se ver na natureza. O crescimento populacional tem sido exponencial nos últimos 100 anos.
Thomas M althus acreditava que o crescimento populacional levaria à superpopulação e fome devido à f alta de recursos, incluindo alimentos. No futuro, as pessoas não poderão alimentar grandes populações. A suposição biológica do crescimento exponencial é que a taxa de crescimento per capita é constante. O crescimento não se limita à escassez ou predação de recursos.
A dinâmica populacional tem sido amplamente utilizada em diversas aplicações da teoria de controle. Usando a teoria evolutiva dos jogos, os jogos populacionais são amplamente aplicados a vários contextos industriais e cotidianos. Usado principalmente em sistemas de múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), embora possam ser adaptados para uso em sistemas de entrada única, saída única (SISO). Alguns exemplos de aplicação são campanhas militares, distribuição de recursos para distribuição de água, despacho de geradores distribuídos, experimentos de laboratório, problemas de transporte, problemas de comunicação. Além disso, com a contextualização adequada dos problemas de produção, a dinâmica populacional pode ser uma solução eficaz e de fácil aplicação para os problemas de controle. Numerosos estudos científicos foram e estão em andamento.
Superpopulação
A superpopulação ocorre quando a população de uma espécie excede a capacidade de suporte de um nicho ecológico. Este pode ser o resultadoaumento da taxa de natalidade (taxa de fecundidade), diminuição da taxa de mortalidade, aumento da imigração ou de um bioma insustentável e esgotamento dos recursos. Além disso, isso significa que, se houver muitas pessoas em um habitat, as pessoas limitam os recursos disponíveis para sobreviver. A estrutura etária da população não desempenha um papel especial.
Na natureza, a superpopulação geralmente faz com que as populações de predadores aumentem. Isso tem o efeito de controlar a população de presas e garantir que ela evolua em favor de características genéticas que a tornem menos vulnerável aos predadores (e o predador pode co-evoluir).
Na ausência de predadores, as espécies são limitadas pelos recursos que podem encontrar em seu ambiente, mas isso não necessariamente controla a superpopulação. Pelo menos no curto prazo. Uma oferta abundante de recursos pode levar a um boom populacional seguido por uma crise populacional. Roedores como lemingues e ratazanas têm esses ciclos de rápido crescimento populacional e subsequente declínio. As populações de lebres com raquetes de neve também mudam drasticamente ciclicamente, assim como um dos predadores que as caçam, o lince. Rastrear essa tendência é muito mais fácil do que identificar o genoma de uma população.
