معلومة

19.3: الحدود البيئية للنمو السكاني - علم الأحياء


أهداف التعلم

  • قارن وتباين بين أنماط النمو الأسي واللوجستي.
  • أعط أمثلة على النمو الأسي واللوجستي في التجمعات الطبيعية.
  • وصف دور القدرة الاستيعابية في النمو السكاني.
  • وصف تأثيرات المنافسة غير المحددة في حجم السكان.

على الرغم من أن تاريخ الحياة يصف الطريقة التي تتغير بها العديد من خصائص السكان (مثل هيكلهم العمري) بمرور الوقت بطريقة عامة ، فإن علماء البيئة السكانية يستخدمون مجموعة متنوعة من الأساليب لنمذجة ديناميكيات السكان رياضيًا. يمكن بعد ذلك استخدام هذه النماذج الأكثر دقة لوصف التغييرات التي تحدث في مجتمع ما بدقة والتنبؤ بشكل أفضل بالتغييرات المستقبلية. يتم الآن تعديل بعض النماذج التي تم قبولها لعقود أو حتى التخلي عنها بسبب افتقارها إلى القدرة التنبؤية ، ويسعى العلماء جاهدين لإنشاء نماذج جديدة فعالة.

النمو الأسي

تأثر تشارلز داروين ، في نظريته عن الانتقاء الطبيعي ، إلى حد كبير برجال الدين الإنجليزي توماس مالتوس. نشر Malthus كتابًا في عام 1798 يفيد بأن السكان ذوي الموارد الطبيعية غير المحدودة ينموون بسرعة كبيرة ، ثم ينخفض ​​النمو السكاني مع استنفاد الموارد. يسمى هذا النمط المتسارع لزيادة حجم السكان النمو الأسي.

على الرغم من أن البكتيريا غالبًا ما تكون الأمثلة الملحوظة للأنواع التي تنمو بشكل كبير ، إلا أننا نرى ذلك أيضًا في العديد من أنواع التمثيل الضوئي. على سبيل المثال ، غالبًا ما تنمو الطحالب والبكتيريا الزرقاء بشكل أسي لفترة من الوقت مع درجات حرارة أكثر دفئًا ، سواء في المياه العذبة (مثل: البحيرات) أو المياه المالحة (مثل: المحيطات). النمو الأسي يحدث عندما معدل النمو السكاني- عدد الكائنات المضافة في كل جيل تناسلي - آخذ في التسارع. أي أنه يتزايد بمعدل أكبر وأكبر. على سبيل المثال ، يمكن أن يزيد عدد السكان الذي يبلغ 1000 بمقدار 1000 في الساعة ، ثم يزيد بمقدار 2000 في الساعة الثانية ، وإلى 4000 في الساعة الثالثة ، و 8000 في الساعة الرابعة. يزداد عدد الكائنات الحية بشكل أسرع في كل حدث تكاثر. بعد يوم واحد و 24 من هذه الدورات ، يمكن أن يزداد عدد السكان من 1000 إلى أكثر من 16 مليارًا. عندما يتم رسم حجم السكان بمرور الوقت ، يتم إنتاج منحنى نمو على شكل حرف J (الشكل ( PageIndex {1} ) ، الرسم البياني الأيسر).

غالبًا ما نرى أمثلة على النمو المتسارع لفترة من الزمن في الطبيعة. على سبيل المثال ، بعد الشفاء ، قد تنمو الأنواع النباتية بشكل كبير لفترة من الوقت أثناء إنشاء مكانتها السابقة. غير أصلي ، الأنواع الغازية، يمكن أن تنمو أيضًا بشكل كبير ، حيث قد لا تعاني من نفس الضغوط البيئية (الحيوانات المفترسة والطفيليات والمنافسين) في المنطقة التي تم إدخالها ويمكن أن تزداد بشكل كبير بمجرد إنشائها.

النمو اللوجستي

في العالم الحقيقي ، بموارده المحدودة ، لا يمكن أن يستمر النمو المتسارع إلى ما لا نهاية. قد يحدث النمو الأسي في البيئات التي يوجد فيها عدد قليل من الأفراد والموارد الوفيرة ، ولكن عندما يصبح عدد الأفراد كبيرًا بدرجة كافية ، سيتم استنفاد الموارد ، مما يؤدي إلى إبطاء معدل النمو. في النهاية ، سيستقر معدل النمو أو يتوقف (الشكل ( PageIndex {1} ) ، الرسم البياني الأيمن). النمط المتشكل في هذا النوع من النمو يسمى النمو اللوجستي، أو منحنى S. يُطلق على هذا الحجم من السكان ، والذي يمثل الحد الأقصى لحجم السكان الذي يمكن لبيئة معينة تحمله ، اسم القدرة على التحمل.

هناك ثلاثة أقسام مختلفة لمنحنى على شكل حرف S. في البداية ، يكون النمو أسيًا نظرًا لوجود عدد قليل من الأفراد والموارد المتاحة. ثم ، عندما تبدأ الموارد في التقلص ، ينخفض ​​معدل النمو. أخيرًا ، تتوقف مستويات النمو عند القدرة الاستيعابية للبيئة ، مع تغير طفيف في حجم السكان بمرور الوقت.

دور المنافسة غير المحددة

يفترض النموذج اللوجستي أن كل فرد ضمن مجموعة سكانية ما سيكون له وصول متساوٍ إلى الموارد ، وبالتالي ، فرصة متساوية للبقاء على قيد الحياة. بالنسبة للنباتات ، تعتبر كمية الماء ، وضوء الشمس ، والمغذيات ، ومساحة النمو من الموارد المهمة.

في العالم الحقيقي ، يعني التباين الظاهري بين الأفراد داخل مجموعة سكانية أن بعض الأفراد سيكونون أكثر تكيفًا مع بيئتهم من غيرهم. ويطلق على المنافسة الناتجة بين أفراد المجتمع من نفس النوع على الموارد منافسة غير محددة (intra- = "within" ؛ محددة = "الأنواع"). قد لا يؤثر التنافس غير المحدد على الموارد على المجموعات السكانية التي تقل عن قدرتها الاستيعابية - فالموارد وفيرة ويمكن لجميع الأفراد الحصول على ما يحتاجون إليه. ومع ذلك ، مع زيادة حجم السكان ، تشتد هذه المنافسة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي تراكم النفايات إلى تقليل القدرة الاستيعابية للبيئة.


النمو اللوجستي

النمو الأسي ممكن فقط عندما تتوفر موارد طبيعية غير محدودة ، وهذا ليس هو الحال في العالم الحقيقي. أدرك تشارلز داروين هذه الحقيقة في وصفه لـ & # 8220 النضال من أجل الوجود ، & # 8221 الذي ينص على أن الأفراد سوف يتنافسون (مع أعضاء من نوعهم الخاص أو الأنواع الأخرى) على موارد محدودة. سيستمر الناجحون في البقاء على قيد الحياة لتمرير خصائصهم وصفاتهم (التي نعلم الآن أنها تنتقل بواسطة الجينات) إلى الجيل التالي بمعدل أكبر (الانتقاء الطبيعي). لنمذجة واقع الموارد المحدودة ، طور علماء البيئة السكانية نموذج النمو اللوجستي.


النمو اللوجستي

النمو الأسي ممكن فقط عندما تتوفر موارد طبيعية غير محدودة ، وهذا ليس هو الحال في العالم الحقيقي. أدرك تشارلز داروين هذه الحقيقة في وصفه "للصراع من أجل الوجود" ، والذي ينص على أن الأفراد سوف يتنافسون (مع أعضاء من جنسهم أو أنواع أخرى) على موارد محدودة. سيستمر الناجحون في البقاء على قيد الحياة لتمرير خصائصهم وصفاتهم (التي نعلم الآن أنها تنتقل بواسطة الجينات) إلى الجيل التالي بمعدل أكبر (الانتقاء الطبيعي). لنمذجة واقع الموارد المحدودة ، طور علماء البيئة السكانية نموذج النمو اللوجستي.


19.3 السكان البشريون

يمكن تطبيق مفاهيم ديناميكيات أعداد الحيوانات على النمو السكاني البشري. البشر ليسوا فريدين في قدرتهم على تغيير بيئتهم. على سبيل المثال ، تقوم سدود القندس بتغيير بيئة الدفق حيث يتم بناؤها. ومع ذلك ، فإن البشر لديهم القدرة على تغيير بيئتهم لزيادة قدرتها على التحمل ، في بعض الأحيان على حساب الأنواع الأخرى. يتزايد عدد سكان الأرض واستخدامهم للموارد بسرعة ، لدرجة أن البعض قلق بشأن قدرة بيئة الأرض على الحفاظ على سكانها. يحمل النمو الأسي طويل الأجل في طياته المخاطر المحتملة للمجاعة والمرض والموت على نطاق واسع ، فضلاً عن العواقب الاجتماعية للتزاحم مثل زيادة الجريمة.

تسببت التكنولوجيا البشرية وخاصة تسخيرنا للطاقة الموجودة في الوقود الأحفوري في حدوث تغييرات غير مسبوقة في بيئة الأرض ، مما أدى إلى تغيير النظم البيئية لدرجة أن بعضها قد يكون في خطر الانهيار. تحدث التغيرات على النطاق العالمي بما في ذلك استنفاد طبقة الأوزون ، والتصحر وفقدان التربة السطحية ، وتغير المناخ العالمي بسبب الأنشطة البشرية.

يتزايد عدد سكان العالم بشكل كبير حاليًا (الشكل 19.9).

نتيجة لمعدل النمو الأسي هو أن الوقت المستغرق لإضافة عدد معين من البشر إلى السكان أصبح أقصر. يوضح الشكل 19.10 أن 123 عامًا كانت ضرورية لإضافة مليار إنسان بين عامي 1804 و 1930 ، ولكن الأمر استغرق 24 عامًا فقط لإضافة ملياري شخص بين عامي 1975 و 1999. ومن المرجح أن يبدأ هذا التسارع في معدل النمو في الانخفاض في العقود القادمة. على الرغم من ذلك ، سيستمر عدد السكان في الزيادة ولا يزال خطر الاكتظاظ السكاني قائما ، خاصة لأن الضرر الذي يلحق بالنظم البيئية والتنوع البيولوجي يقلل من قدرة الإنسان على تحمل كوكب الأرض.

المفاهيم في العمل

انقر فوق هذا الفيديو لكيفية تغير البشر بمرور الوقت.

التغلب على اللوائح المعتمدة على الكثافة

البشر فريدون في قدرتهم على تغيير بيئتهم بطرق لا تعد ولا تحصى. هذه القدرة مسؤولة عن النمو السكاني البشري لأنها تعيد ضبط القدرة الاستيعابية وتتغلب على تنظيم النمو المعتمد على الكثافة. يرتبط الكثير من هذه القدرة بالذكاء البشري ، والمجتمع ، والتواصل. يقوم البشر ببناء ملاجئ لحماية أنفسهم من العوامل الجوية ، وقد طوروا الزراعة والحيوانات الأليفة لزيادة إمداداتهم الغذائية. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم البشر اللغة لتوصيل هذه التكنولوجيا إلى الأجيال الجديدة ، مما يسمح لهم بتحسين الإنجازات السابقة.

العوامل الأخرى في النمو السكاني البشري هي الهجرة والصحة العامة. نشأ البشر في إفريقيا ، لكننا منذ ذلك الحين هاجرنا إلى جميع الأراضي الصالحة للسكن على الأرض تقريبًا ، وبالتالي زاد من المساحة التي استعمرناها. أدت الصحة العامة والصرف الصحي واستخدام المضادات الحيوية واللقاحات إلى تقليل قدرة الأمراض المعدية على الحد من النمو السكاني البشري في البلدان المتقدمة. في الماضي ، قتلت أمراض مثل اللوح الدبلي في القرن الرابع عشر ما بين 30 و 60 بالمائة من سكان أوروبا وقللت إجمالي سكان العالم بما يصل إلى مائة مليون شخص. لا يزال للأمراض المعدية تأثير على النمو السكاني البشري. على سبيل المثال ، بدأ متوسط ​​العمر المتوقع في أفريقيا جنوب الصحراء ، والذي كان يرتفع من عام 1950 إلى عام 1990 ، في الانخفاض بعد عام 1985 إلى حد كبير نتيجة للوفيات الناجمة عن فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز. قُدر الانخفاض في متوسط ​​العمر المتوقع بسبب فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز بـ 7 سنوات لعام 2005. 5

يعد انخفاض متوسط ​​العمر المتوقع مؤشرا على ارتفاع معدلات الوفيات ويؤدي إلى انخفاض معدلات المواليد.

كان السبب الأساسي لتسارع معدل النمو للبشر في المائتي عام الماضية هو انخفاض معدل الوفيات بسبب تطور التطورات التكنولوجية في العصر الصناعي ، والتحضر الذي دعم هذه التقنيات ، وخاصة استغلال الطاقة في الحفريات. الوقود. الوقود الأحفوري مسؤول عن زيادة الموارد المتاحة بشكل كبير للنمو السكاني من خلال الزراعة (الميكنة والمبيدات الحشرية والأسمدة) وحصاد التجمعات البرية.

الهيكل العمري والنمو السكاني والتنمية الاقتصادية

الهيكل العمري للسكان هو عامل مهم في ديناميات السكان. الهيكل العمري هو نسبة السكان في مختلف الفئات العمرية. تسمح النماذج التي تتضمن الهيكل العمري بتوقع أفضل للنمو السكاني ، بالإضافة إلى القدرة على ربط هذا النمو بمستوى التنمية الاقتصادية في المنطقة. البلدان ذات النمو السريع لها شكل هرمي في مخططات هيكلها العمري ، مما يدل على غلبة الأفراد الأصغر سنًا ، وكثير منهم في سن الإنجاب (الشكل 19.11). غالبًا ما يُلاحظ هذا النمط في البلدان المتخلفة حيث لا يعيش الأفراد حتى سن الشيخوخة بسبب ظروف معيشية أقل من المثالية ، وهناك معدل مواليد مرتفع. لا تزال الهياكل العمرية للمناطق ذات النمو البطيء ، بما في ذلك البلدان المتقدمة مثل الولايات المتحدة ، ذات هيكل هرمي ، ولكن مع عدد أقل من الشباب والأفراد في سن الإنجاب ونسبة أكبر من الأفراد الأكبر سنًا. البلدان المتقدمة الأخرى ، مثل إيطاليا ، لديها نمو سكاني صفري. الهيكل العمري لهؤلاء السكان مخروطي بدرجة أكبر ، مع وجود نسبة مئوية أكبر من الأفراد في منتصف العمر وكبار السن. تظهر معدلات النمو الفعلية في مختلف البلدان في الشكل 19.12 ، حيث تميل أعلى المعدلات إلى أن تكون في البلدان الأقل تقدمًا اقتصاديًا في إفريقيا وآسيا.

اتصال مرئي

تظهر مخططات الهيكل العمري للسكان الذين يتزايد عددهم بسرعة وبطيئة النمو والمستقرة في المراحل من 1 إلى 3. ما هو نوع التغيير السكاني الذي تعتقد أن المرحلة 4 تمثله؟

العواقب طويلة المدى للنمو السكاني البشري المتسارع

تم إجراء العديد من التنبؤات الرهيبة حول سكان العالم مما أدى إلى أزمة كبرى تسمى "الانفجار السكاني". في كتاب 1968 القنبلة السكانيةكتب عالم الأحياء الدكتور بول آر إيرليش ، "انتهت معركة إطعام البشرية جمعاء. في السبعينيات من القرن الماضي ، سيموت مئات الملايين من الناس جوعاً على الرغم من أي برامج مكثفة تم الشروع فيها الآن. في هذا التاريخ المتأخر لا شيء يمكن أن يمنع حدوث زيادة كبيرة في معدل الوفيات العالمي ". 6 في حين أن العديد من النقاد ينظرون إلى هذا البيان على أنه مبالغة ، فإن قوانين النمو السكاني المتسارع لا تزال سارية ، ولا يمكن أن يستمر النمو السكاني البشري غير الخاضع للرقابة إلى ما لا نهاية.

أدت الجهود المبذولة للسيطرة على عدد السكان بشكل معتدل إلى سياسة الطفل الواحد في الصين ، والتي تفرض غرامات على الأزواج في المناطق الحضرية الذين لديهم أكثر من طفل واحد. نظرًا لحقيقة أن بعض الأزواج يرغبون في إنجاب وريث ذكر ، يستمر العديد من الأزواج الصينيين في إنجاب أكثر من طفل واحد. إن فعالية السياسة في الحد من النمو السكاني الإجمالي مثيرة للجدل ، وكذلك السياسة نفسها. علاوة على ذلك ، هناك قصص عن وأد البنات التي حدثت في بعض المناطق الريفية في البلاد. كان لبرامج التثقيف في مجال تنظيم الأسرة في البلدان الأخرى آثار إيجابية للغاية في الحد من معدلات النمو السكاني ورفع مستويات المعيشة. على الرغم من سياسات التحكم في السكان ، يستمر عدد السكان في النمو. بسبب الحاجة اللاحقة لإنتاج المزيد والمزيد من الغذاء لإطعام سكاننا ، سيستمر اتساع التفاوتات في الحصول على الغذاء والموارد الأخرى. تقدر الأمم المتحدة أن حجم سكان العالم في المستقبل يمكن أن يختلف من 6 مليارات (انخفاض) إلى 16 مليار شخص بحلول عام 2100. لا توجد طريقة لمعرفة ما إذا كان النمو السكاني البشري سيتراجع إلى النقطة التي وصفت فيها الأزمة التي وصفها الدكتور إرليش. سيتم تفاديه.

نتيجة أخرى للنمو السكاني هي تغير وتدهور البيئة الطبيعية. حاولت العديد من البلدان الحد من تأثير الإنسان على تغير المناخ من خلال الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. ومع ذلك ، لا تزال معاهدة تغير المناخ العالمية بعيدة المنال ، وقد يكون من غير المرجح أن توافق العديد من البلدان المتخلفة التي تحاول تحسين وضعها الاقتصادي على مثل هذه الأحكام دون تعويض إذا كان ذلك يعني إبطاء تنميتها الاقتصادية. علاوة على ذلك ، أصبح دور النشاط البشري في التسبب في تغير المناخ قضية اجتماعية وسياسية ساخنة في بعض البلدان المتقدمة ، بما في ذلك الولايات المتحدة. وبالتالي ، فإننا ندخل المستقبل مع قدر كبير من عدم اليقين بشأن قدرتنا على كبح النمو السكاني وحماية بيئتنا للحفاظ على القدرة الاستيعابية للجنس البشري.

المفاهيم في العمل

قم بزيارة هذا الموقع وحدد "إطلاق الفيلم" للحصول على رسوم متحركة تناقش التأثيرات العالمية للنمو السكاني البشري.


النمو الأسي

تأثر تشارلز داروين ، في نظريته عن الانتقاء الطبيعي ، إلى حد كبير برجل الدين الإنجليزي توماس مالتوس. نشر Malthus كتابًا في عام 1798 يفيد بأن السكان ذوي الموارد الطبيعية غير المحدودة ينموون بسرعة كبيرة ، ثم ينخفض ​​النمو السكاني مع استنفاد الموارد. يسمى هذا النمط المتسارع لزيادة حجم السكان بالنمو الأسي.

أفضل مثال على النمو الأسي يظهر في البكتيريا. تتكاثر البكتيريا عن طريق الانشطار بدائية النواة. يستغرق هذا الانقسام حوالي ساعة للعديد من الأنواع البكتيرية. إذا تم وضع 1000 بكتيريا في دورق كبير مزود بإمدادات غير محدودة من العناصر الغذائية (بحيث لا تنضب المغذيات) ، بعد ساعة ، تكون هناك جولة واحدة من الانقسام وينقسم كل كائن حي ، مما ينتج عنه 2000 كائن حي - بزيادة قدرها 1000. في ساعة أخرى ، سيتضاعف كل كائن من 2000 كائن ، ينتج 4000 ، أي بزيادة 2000 كائن. بعد الساعة الثالثة ، يجب أن يكون هناك 8000 بكتيريا في القارورة ، بزيادة قدرها 4000 كائن حي. إن المفهوم المهم للنمو الأسي هو معدل النمو السكاني المتسارع - عدد الكائنات الحية المضافة في كل جيل تناسلي - أي أنه يتزايد بمعدل أكبر وأكبر. بعد يوم واحد و 24 من هذه الدورات ، زاد عدد السكان من 1000 إلى أكثر من 16 مليارًا. عندما يكون حجم السكان ، ن، بمرور الوقت ، يتم إنتاج منحنى نمو على شكل J (الشكل).

مثال البكتيريا لا يمثل العالم الحقيقي حيث الموارد محدودة. علاوة على ذلك ، تموت بعض البكتيريا أثناء التجربة وبالتالي لا تتكاثر ، مما يقلل من معدل النمو. لذلك ، عند حساب معدل نمو السكان ، فإن معدل الوفيات (د) (عدد الكائنات الحية التي تموت خلال فترة زمنية معينة) يتم طرحها من معدل المواليد (ب) (عدد الكائنات الحية التي ولدت خلال تلك الفترة). وهذا موضح بالصيغة التالية:

Δ N (التغيير في العدد) Δ T (التغيير في الوقت) = B (معدل المواليد) - D (معدل الوفيات)

عادة ما يتم التعبير عن معدل المواليد على أساس نصيب الفرد (لكل فرد). هكذا، ب (معدل المواليد) = بن (معدل المواليد للفرد "ب"مضروبة في عدد الأفراد"ن") و د (معدل الوفيات) = dN (معدل الوفيات للفرد "د" مضروبًا في عدد الأفراد "ن"). بالإضافة إلى ذلك ، يهتم علماء البيئة بالسكان في نقطة زمنية معينة ، وهي فترة زمنية صغيرة بلا حدود. لهذا السبب ، يتم استخدام مصطلحات حساب التفاضل للحصول على معدل النمو "الفوري" ، لتحل محل يتغيرون بالعدد والوقت بقياس فوري للعدد والوقت.

د N د T = ب N - د N = (ب - د) ن

لاحظ أن "د"المرتبط بالمصطلح الأول يشير إلى المشتق (كما يستخدم المصطلح في حساب التفاضل والتكامل) ويختلف عن معدل الوفيات ، ويسمى أيضًا"د. " يتم تبسيط الفرق بين معدلات المواليد والوفيات من خلال استبدال مصطلح "ص"(معدل الزيادة الجوهري) للعلاقة بين معدلات المواليد والوفيات:

د N د T = r max N عندما تكون الموارد غير محدودة ، يُظهر السكان نموًا أسيًا ، مما يؤدي إلى منحنى على شكل حرف J. عندما تكون الموارد محدودة ، يُظهر السكان نموًا لوجستيًا. في النمو اللوجيستي ، يتناقص التوسع السكاني عندما تصبح الموارد شحيحة ، ويستقر عند الوصول إلى القدرة الاستيعابية للبيئة ، مما يؤدي إلى منحنى على شكل حرف S.


الحدود البيئية للنمو السكاني

على الرغم من أن تاريخ الحياة يصف الطريقة التي تتغير بها العديد من خصائص السكان (مثل هيكلهم العمري) بمرور الوقت بطريقة عامة ، فإن علماء البيئة السكانية يستخدمون مجموعة متنوعة من الأساليب لنمذجة ديناميكيات السكان رياضيًا. يمكن بعد ذلك استخدام هذه النماذج الأكثر دقة لوصف التغييرات التي تحدث في مجتمع ما بدقة والتنبؤ بشكل أفضل بالتغييرات المستقبلية. يتم الآن تعديل بعض النماذج التي تم قبولها لعقود أو حتى التخلي عنها بسبب افتقارها إلى القدرة التنبؤية ، ويسعى العلماء جاهدين لإنشاء نماذج جديدة فعالة.

النمو الأسي

تأثر تشارلز داروين ، في نظريته عن الانتقاء الطبيعي ، إلى حد كبير برجال الدين الإنجليزي توماس مالتوس. نشر Malthus كتابًا في عام 1798 يفيد بأن السكان ذوي الموارد الطبيعية غير المحدودة ينموون بسرعة كبيرة ، ثم ينخفض ​​النمو السكاني مع استنفاد الموارد. يسمى هذا النمط المتسارع لزيادة حجم السكان النمو الأسي.

أفضل مثال على النمو الأسي يظهر في البكتيريا. البكتيريا هي بدائيات النوى التي تتكاثر عن طريق الانشطار بدائيات النواة. يستغرق هذا الانقسام حوالي ساعة للعديد من الأنواع البكتيرية. إذا تم وضع 1000 بكتيريا في دورق كبير مزود بإمدادات غير محدودة من العناصر الغذائية (بحيث لا تنضب المغذيات) ، بعد ساعة ، تكون هناك جولة واحدة من الانقسام وينقسم كل كائن حي ، مما ينتج عنه 2000 كائن حي - بزيادة قدرها 1000. في ساعة أخرى ، سيتضاعف كل كائن من 2000 كائن ، ينتج 4000 ، أي بزيادة 2000 كائن. بعد الساعة الثالثة ، يجب أن يكون هناك 8000 بكتيريا في القارورة ، بزيادة قدرها 4000 كائن حي. إن المفهوم المهم للنمو الأسي هو أن معدل النمو السكاني - عدد الكائنات الحية المضافة في كل جيل تناسلي - يتسارع ، أي أنه يتزايد بمعدل أكبر وأكبر. بعد يوم واحد و 24 من هذه الدورات ، زاد عدد السكان من 1000 إلى أكثر من 16 مليارًا. عندما حجم السكان, ن، مع مرور الوقت ، أ منحنى نمو على شكل حرف J يتم إنتاجه (الشكل 1).

مثال البكتيريا لا يمثل العالم الحقيقي حيث الموارد محدودة. علاوة على ذلك ، تموت بعض البكتيريا أثناء التجربة وبالتالي لا تتكاثر ، مما يقلل من معدل النمو. لذلك ، عند حساب معدل نمو السكان ، فإن معدل الوفيات (د) (عدد الكائنات الحية التي تموت خلال فترة زمنية معينة) يتم طرحها من معدل المواليد (ب) (عدد الكائنات الحية التي ولدت خلال تلك الفترة). وهذا موضح بالصيغة التالية:

عادة ما يتم التعبير عن معدل المواليد على أساس نصيب الفرد (لكل فرد). هكذا، ب (معدل المواليد) = بن(معدل المواليد للفرد "ب"مضروبة في عدد الأفراد"ن") و د (معدل الوفيات) =dN(معدل الوفيات للفرد "د" مضروبًا في عدد الأفراد "ن"). بالإضافة إلى ذلك ، يهتم علماء البيئة بالسكان في نقطة زمنية معينة ، وهي فترة زمنية صغيرة بلا حدود. لهذا السبب ، يتم استخدام مصطلحات حساب التفاضل للحصول على "فوريا"معدل النمو ، لتحل محل يتغيرون بالعدد والوقت بقياس فوري للعدد والوقت.

لاحظ أن "د"المرتبط بالمصطلح الأول يشير إلى المشتق (كما يستخدم المصطلح في حساب التفاضل والتكامل) ويختلف عن معدل الوفيات ، ويسمى أيضًا"د. " يتم تبسيط الفرق بين معدلات المواليد والوفيات من خلال استبدال مصطلح "ص” (معدل الزيادة الجوهري) للعلاقة بين معدلات الولادة والوفاة:

القيمة "ص " يمكن أن يكون موجبًا ، مما يعني أن عدد السكان يتزايد في الحجم أو يكون سالبًا ، مما يعني أن عدد السكان يتناقص في الحجم أو صفرًا ، حيث لا يتغير حجم السكان ، وهي حالة تُعرف باسم النمو السكاني الصفري. يعترف التنقيح الإضافي للصيغة أن الأنواع المختلفة لها اختلافات متأصلة في معدل الزيادة الجوهرية (غالبًا ما يُعتقد أنها إمكانية التكاثر) ، حتى في ظل الظروف المثالية. من الواضح أن البكتيريا يمكن أن تتكاثر بسرعة أكبر ولها معدل نمو جوهري أعلى من الإنسان. ال معدل النمو الأقصى لأن الأنواع هي إمكاناتها الحيوية ، أو صالأعلى , وبالتالي تغيير المعادلة إلى:

الشكل 1: عندما تكون الموارد غير محدودة ، يُظهر السكان نموًا أسيًا ، مما يؤدي إلى منحنى على شكل حرف J. عندما تكون الموارد محدودة ، يُظهر السكان نموًا لوجستيًا. في النمو اللوجيستي ، يتناقص التوسع السكاني عندما تصبح الموارد شحيحة ، ويستقر عند الوصول إلى القدرة الاستيعابية للبيئة ، مما يؤدي إلى منحنى على شكل حرف S. (الائتمان: & # 8220 النمو السكاني & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

النمو اللوجستي

النمو الأسي ممكن فقط عندما تتوفر موارد طبيعية لا نهائية ، وهذا ليس هو الحال في العالم الحقيقي. أدرك تشارلز داروين هذه الحقيقة في وصفه "للصراع من أجل الوجود" ، والذي ينص على أن الأفراد سوف يتنافسون (مع أعضاء من جنسهم أو أنواع أخرى) على موارد محدودة. سيستمر الناجحون في البقاء على قيد الحياة لتمرير خصائصهم وصفاتهم (التي نعلم الآن أنها تنتقل بواسطة الجينات) إلى الجيل التالي بمعدل أكبر (الانتقاء الطبيعي). لنمذجة واقع الموارد المحدودة ، طور علماء البيئة السكانية نموذج النمو اللوجستي.

القدرة على التحمل والنموذج اللوجستي

في العالم الحقيقي ، بموارده المحدودة ، لا يمكن أن يستمر النمو المتسارع إلى ما لا نهاية. قد يحدث النمو الأسي في البيئات التي يوجد فيها عدد قليل من الأفراد والموارد الوفيرة ، ولكن عندما يصبح عدد الأفراد كبيرًا بدرجة كافية ، سيتم استنفاد الموارد ، مما يؤدي إلى إبطاء معدل النمو. في النهاية ، سوف يستقر معدل النمو أو يستقر (الشكل 1). يُطلق على حجم السكان هذا ، الذي يمثل الحد الأقصى لحجم السكان الذي يمكن أن تدعمه بيئة معينة ، اسم القدرة على التحمل، أو ك .

الصيغة التي نستخدمها حساب النمو اللوجستي يضيف القدرة الاستيعابية كقوة معتدلة في معدل النمو. التعبير "كن"يشير إلى عدد الأفراد الذين يمكن إضافتهم إلى مجموعة سكانية في مرحلة معينة ، و"كن"مقسومة على"ك"هو جزء من القدرة الاستيعابية المتاحة لمزيد من النمو. وبالتالي ، فإن نموذج النمو الأسي مقيد بهذا العامل لتوليد معادلة النمو اللوجستي:

لاحظ ذلك متى ن هي صغيرة جدا، (K-N)/ك يصبح قريبًا من ك / ك أو 1 ، ويقلل الجانب الأيمن من المعادلة إلى صالأعلىن، مما يعني أن عدد السكان ينمو باطراد ولا يتأثر بالقدرة الاستيعابية. من ناحية أخرى ، متى ن هو كبير، (K-N)/ك يقترب من الصفر ، مما يعني أن النمو السكاني سيتباطأ بشكل كبير أو حتى يتوقف. وبالتالي ، فإن النمو السكاني يتباطأ بشكل كبير في عدد كبير من السكان بسبب القدرة الاستيعابية ك. يسمح هذا النموذج أيضًا لسكان النمو السكاني السلبي ، أو انخفاض عدد السكان. يحدث هذا عندما يتجاوز عدد الأفراد في المجتمع القدرة الاستيعابية (لأن قيمة (K-N) / K سالبة).

الرسم البياني لهذه المعادلة ينتج منحنى على شكل حرف S (الشكل 1) ، وهو نموذج أكثر واقعية للنمو السكاني من النمو الأسي. هناك ثلاثة أقسام مختلفة لمنحنى على شكل حرف S. في البداية ، يكون النمو أسيًا نظرًا لوجود عدد قليل من الأفراد والموارد المتاحة. ثم ، عندما تبدأ الموارد في التقلص ، ينخفض ​​معدل النمو. أخيرًا ، تتوقف مستويات النمو عند القدرة الاستيعابية للبيئة ، مع تغير طفيف في حجم السكان بمرور الوقت.

دور المنافسة غير المحددة

يفترض النموذج اللوجستي أن كل فرد ضمن مجموعة سكانية ما سيكون له وصول متساوٍ إلى الموارد ، وبالتالي ، فرصة متساوية للبقاء على قيد الحياة. بالنسبة للنباتات ، تعتبر كمية الماء ، وضوء الشمس ، والمغذيات ، ومساحة النمو هي الموارد المهمة ، بينما في الحيوانات ، تشمل الموارد المهمة الغذاء والماء والمأوى ومساحة التعشيش والأصحاب.

في العالم الحقيقي ، يعني التباين الظاهري بين الأفراد داخل مجموعة سكانية أن بعض الأفراد سيكونون أكثر تكيفًا مع بيئتهم من غيرهم. ويطلق على المنافسة الناتجة بين أفراد المجتمع من نفس النوع على الموارد منافسة غير محددة (intra- = "داخل" - محدد = "الأنواع"). قد لا تؤثر المنافسة غير المحددة على الموارد على المجموعات السكانية التي تقل عن قدرتها الاستيعابية - فالموارد وفيرة ويمكن لجميع الأفراد الحصول على ما يحتاجون إليه. ومع ذلك ، مع زيادة حجم السكان ، تشتد هذه المنافسة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي تراكم النفايات إلى تقليل القدرة الاستيعابية للبيئة.

أمثلة على النمو اللوجستي

الخميرة ، وهي فطر مجهري تستخدم في صنع الخبز والمشروبات الكحولية ، تُظهر المنحنى الكلاسيكي على شكل حرف S عندما تنمو في أنبوب اختبار (الشكل 2 أ). تنخفض مستويات نموها حيث يستنفد السكان العناصر الغذائية اللازمة لنموها. ومع ذلك ، في العالم الحقيقي ، هناك اختلافات في هذا المنحنى المثالي. تشمل الأمثلة في المجموعات البرية الأغنام وأختام الموانئ (الشكل 2 ب). في كلا المثالين ، يتجاوز حجم السكان القدرة الاستيعابية لفترات زمنية قصيرة ثم ينخفض ​​إلى أقل من القدرة الاستيعابية بعد ذلك. يستمر هذا التقلب في حجم السكان في الحدوث حيث يتأرجح السكان حول قدرته الاستيعابية. ومع ذلك ، حتى مع هذا التذبذب ، تم تأكيد النموذج اللوجستي.

الشكل 2: (أ) تُظهر الخميرة المزروعة في ظروف مثالية في أنبوب اختبار منحنى نمو لوجستي كلاسيكي على شكل حرف S ، بينما (ب) تُظهر مجموعة طبيعية من الأختام تقلبًا في العالم الحقيقي. (الائتمان: & # 8220 أمثلة على النمو السكاني & # 8221 بواسطة OpenStax مرخص بموجب CC BY 4.0)

ملخص

ينمو السكان ذوو الموارد غير المحدودة بشكل كبير ، مع معدل نمو متسارع. عندما تصبح الموارد محدودة ، يتبع السكان منحنى النمو اللوجستي. سوف تستقر أعداد الأنواع في القدرة الاستيعابية لبيئتها.


الحدود البيئية للنمو السكاني

على الرغم من أن تاريخ الحياة يصف الطريقة التي تتغير بها العديد من خصائص السكان (مثل هيكلهم العمري) بمرور الوقت بطريقة عامة ، فإن علماء البيئة السكانية يستخدمون مجموعة متنوعة من الأساليب لنمذجة ديناميكيات السكان رياضيًا. يمكن بعد ذلك استخدام هذه النماذج الأكثر دقة لوصف التغييرات التي تحدث في مجتمع ما بدقة والتنبؤ بشكل أفضل بالتغييرات المستقبلية. يتم الآن تعديل بعض النماذج التي تم قبولها لعقود أو حتى التخلي عنها بسبب افتقارها إلى القدرة التنبؤية ، ويسعى العلماء جاهدين لإنشاء نماذج جديدة فعالة.

النمو الأسي

تأثر تشارلز داروين ، في نظريته عن الانتقاء الطبيعي ، إلى حد كبير برجال الدين الإنجليزي توماس مالتوس. نشر Malthus كتابًا في عام 1798 يفيد بأن السكان ذوي الموارد الطبيعية غير المحدودة ينموون بسرعة كبيرة ، ثم ينخفض ​​النمو السكاني مع استنفاد الموارد. يسمى هذا النمط المتسارع لزيادة حجم السكان النمو الأسي.

أفضل مثال على النمو الأسي يظهر في البكتيريا. البكتيريا هي بدائيات النوى التي تتكاثر عن طريق الانشطار بدائيات النواة. يستغرق هذا الانقسام حوالي ساعة للعديد من الأنواع البكتيرية. إذا تم وضع 1000 بكتيريا في دورق كبير مزود بإمدادات غير محدودة من العناصر الغذائية (بحيث لا تنضب العناصر الغذائية) ، بعد ساعة ، تكون هناك جولة واحدة من الانقسام وينقسم كل كائن حي ، مما ينتج عنه 2000 كائن حي - بزيادة قدرها 1000. في ساعة أخرى ، سيتضاعف كل كائن من 2000 كائن ، ينتج 4000 ، أي بزيادة 2000 كائن. بعد الساعة الثالثة ، يجب أن يكون هناك 8000 بكتيريا في القارورة ، بزيادة قدرها 4000 كائن حي. المفهوم المهم للنمو الأسي هو أن معدل النمو السكاني- عدد الكائنات الحية المضافة في كل جيل تناسلي - يتسارع ، أي أنه يتزايد بمعدل أكبر وأكبر. بعد يوم واحد و 24 من هذه الدورات ، زاد عدد السكان من 1000 إلى أكثر من 16 مليارًا. عندما يكون حجم السكان ، ن، مع مرور الوقت ، أ منحنى النمو على شكل حرف J تم إنتاجه ([رابط]).

مثال البكتيريا لا يمثل العالم الحقيقي حيث الموارد محدودة. علاوة على ذلك ، تموت بعض البكتيريا أثناء التجربة وبالتالي لا تتكاثر ، مما يقلل من معدل النمو. لذلك ، عند حساب معدل نمو السكان ، فإن معدل الوفيات (د) (عدد الكائنات التي تموت خلال فترة زمنية معينة) يتم طرحها من معدل المواليد (ب) (عدد الكائنات الحية التي ولدت خلال تلك الفترة). وهذا موضح بالصيغة التالية:

عادة ما يتم التعبير عن معدل المواليد على أساس نصيب الفرد (لكل فرد). هكذا، ب (معدل المواليد) = بن (معدل المواليد للفرد "ب"مضروبة في عدد الأفراد"ن") و د (معدل الوفيات) =dN (معدل الوفيات للفرد "د" مضروبًا في عدد الأفراد "ن"). بالإضافة إلى ذلك ، يهتم علماء البيئة بالسكان في نقطة زمنية معينة ، وهي فترة زمنية صغيرة بلا حدود. لهذا السبب ، يتم استخدام مصطلحات حساب التفاضل للحصول على معدل النمو "الفوري" ، لتحل محل يتغيرون بالعدد والوقت بقياس فوري للعدد والوقت.

لاحظ أن "د"المرتبط بالمصطلح الأول يشير إلى المشتق (كما يستخدم المصطلح في حساب التفاضل والتكامل) ويختلف عن معدل الوفيات ، ويسمى أيضًا"د. " يتم تبسيط الفرق بين معدلات المواليد والوفيات من خلال استبدال مصطلح "ص"(معدل الزيادة الجوهري) للعلاقة بين معدلات المواليد والوفيات:

القيمة "ص " يمكن أن يكون موجبًا ، مما يعني أن عدد السكان يتزايد في الحجم أو يكون سالبًا ، مما يعني أن عدد السكان يتناقص في الحجم أو صفرًا ، حيث لا يتغير حجم السكان ، وهي حالة تُعرف باسم النمو السكاني الصفري. يعترف التنقيح الإضافي للصيغة أن الأنواع المختلفة لها اختلافات متأصلة في معدل الزيادة الجوهرية (غالبًا ما يُعتقد أنها إمكانية التكاثر) ، حتى في ظل الظروف المثالية. من الواضح أن البكتيريا يمكن أن تتكاثر بسرعة أكبر ولها معدل نمو جوهري أعلى من الإنسان. معدل النمو الأقصى للأنواع هو الإمكانات الحيوية ، أو صالأعلى، وبالتالي تغيير المعادلة إلى:

النمو اللوجستي

النمو الأسي ممكن فقط عندما تتوفر موارد طبيعية غير محدودة ، وهذا ليس هو الحال في العالم الحقيقي. أدرك تشارلز داروين هذه الحقيقة في وصفه "للصراع من أجل الوجود" ، والذي ينص على أن الأفراد سوف يتنافسون (مع أفراد من جنسهم أو أنواع أخرى) على موارد محدودة. سيستمر الناجحون في البقاء على قيد الحياة لتمرير خصائصهم وصفاتهم (التي نعلم الآن أنها تنتقل بواسطة الجينات) إلى الجيل التالي بمعدل أكبر (الانتقاء الطبيعي). لنمذجة واقع الموارد المحدودة ، طور علماء البيئة السكانية النمو اللوجستي نموذج.

القدرة على التحمل والنموذج اللوجستي

في العالم الحقيقي ، بموارده المحدودة ، لا يمكن أن يستمر النمو المتسارع إلى ما لا نهاية. قد يحدث النمو الأسي في البيئات التي يوجد فيها عدد قليل من الأفراد والموارد الوفيرة ، ولكن عندما يصبح عدد الأفراد كبيرًا بدرجة كافية ، سيتم استنفاد الموارد ، مما يؤدي إلى إبطاء معدل النمو. في النهاية ، سوف يستقر معدل النمو أو يستقر ([رابط]). يُطلق على حجم السكان هذا ، الذي يمثل الحد الأقصى لحجم السكان الذي يمكن أن تدعمه بيئة معينة ، اسم القدرة الاستيعابية ، أو ك.

تضيف الصيغة التي نستخدمها لحساب النمو اللوجستي القدرة الاستيعابية كقوة معتدلة في معدل النمو. التعبير "كن"يشير إلى عدد الأفراد الذين يمكن إضافتهم إلى مجموعة سكانية في مرحلة معينة ، و"كن"مقسومة على"ك"هو جزء من القدرة الاستيعابية المتاحة لمزيد من النمو. وبالتالي ، فإن نموذج النمو الأسي مقيد بهذا العامل لتوليد معادلة النمو اللوجستي:

لاحظ ذلك متى ن هي صغيرة جدا، (K-N)/ك يصبح قريبًا من ك / ك أو 1 ، ويقلل الجانب الأيمن من المعادلة إلى صالأعلىن، مما يعني أن عدد السكان ينمو باطراد ولا يتأثر بالقدرة الاستيعابية. من ناحية أخرى ، متى ن هو كبير، (K-N)/ك يقترب من الصفر ، مما يعني أن النمو السكاني سيتباطأ بشكل كبير أو حتى يتوقف. وبالتالي ، فإن النمو السكاني يتباطأ بشكل كبير في عدد كبير من السكان بسبب القدرة الاستيعابية ك. يسمح هذا النموذج أيضًا لسكان النمو السكاني السلبي ، أو انخفاض عدد السكان. يحدث هذا عندما يتجاوز عدد الأفراد في المجتمع القدرة الاستيعابية (لأن قيمة (K-N) / K سالبة).

الرسم البياني لهذه المعادلة ينتج عنه منحنى على شكل حرف S. ([رابط]) ، وهو نموذج أكثر واقعية للنمو السكاني من النمو الأسي. هناك ثلاثة أقسام مختلفة لمنحنى على شكل حرف S. في البداية ، يكون النمو أسيًا نظرًا لوجود عدد قليل من الأفراد والموارد المتاحة. ثم ، عندما تبدأ الموارد في التقلص ، ينخفض ​​معدل النمو. أخيرًا ، تتوقف مستويات النمو عند القدرة الاستيعابية للبيئة ، مع تغير طفيف في حجم السكان بمرور الوقت.

دور المنافسة غير المحددة

يفترض النموذج اللوجستي أن كل فرد ضمن مجموعة سكانية ما سيكون له وصول متساوٍ إلى الموارد ، وبالتالي ، فرصة متساوية للبقاء على قيد الحياة. بالنسبة للنباتات ، فإن كمية الماء ، وضوء الشمس ، والمغذيات ، والمساحة اللازمة للنمو هي الموارد المهمة ، بينما في الحيوانات ، تشمل الموارد المهمة الغذاء والماء والمأوى ومساحة التعشيش والأصحاب.

في العالم الحقيقي ، يعني التباين الظاهري بين الأفراد داخل مجموعة سكانية أن بعض الأفراد سيكونون أكثر تكيفًا مع بيئتهم من غيرهم. ويطلق على المنافسة الناتجة بين أفراد المجتمع من نفس النوع على الموارد منافسة غير محددة(intra- = "داخل" - محدد = "الأنواع"). قد لا تؤثر المنافسة غير المحددة على الموارد على المجموعات السكانية التي تقل عن قدرتها الاستيعابية - فالموارد وفيرة ويمكن لجميع الأفراد الحصول على ما يحتاجون إليه. ومع ذلك ، مع زيادة حجم السكان ، تشتد هذه المنافسة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤدي تراكم النفايات إلى تقليل القدرة الاستيعابية للبيئة.

أمثلة على النمو اللوجستي

تُظهر الخميرة ، وهي فطر مجهري تُستخدم في صنع الخبز والمشروبات الكحولية ، المنحنى الكلاسيكي على شكل حرف S عند نموها في أنبوب اختبار ([رابط]أ). تنخفض مستويات نموها حيث يستنفد السكان العناصر الغذائية اللازمة لنموها. ومع ذلك ، في العالم الحقيقي ، هناك اختلافات في هذا المنحنى المثالي. تشمل الأمثلة في التجمعات البرية الأغنام وفقمات الموانئ ([رابط]ب). في كلا المثالين ، يتجاوز حجم السكان القدرة الاستيعابية لفترات زمنية قصيرة ثم ينخفض ​​إلى أقل من القدرة الاستيعابية بعد ذلك. يستمر هذا التقلب في حجم السكان في الحدوث حيث يتأرجح السكان حول قدرته الاستيعابية. ومع ذلك ، حتى مع هذا التذبذب ، تم تأكيد النموذج اللوجستي.

إذا انخفض مصدر الغذاء الرئيسي للفقمة بسبب التلوث أو الصيد الجائر ، فأي مما يلي سيحدث على الأرجح؟

  1. ستنخفض القدرة الاستيعابية للأختام ، وكذلك عدد الفقمات.
  2. ستنخفض القدرة الاستيعابية للأختام ، لكن عدد الفقمات سيبقى كما هو.
  3. سيزداد عدد نفوق الفقمة ولكن عدد المواليد سيزداد أيضًا ، لذلك سيبقى حجم السكان كما هو.
  4. ستبقى القدرة الاستيعابية للأختام كما هي ، لكن عدد الأختام سينخفض.

ملخص القسم

ينمو السكان ذوو الموارد غير المحدودة بشكل كبير ، مع معدل نمو متسارع. عندما تصبح الموارد محدودة ، يتبع السكان منحنى النمو اللوجستي. سوف تستقر أعداد الأنواع في القدرة الاستيعابية لبيئتها.

اتصالات فنية

[حلقة الوصل]ب إذا انخفض مصدر الغذاء الرئيسي للفقمة بسبب التلوث أو الصيد الجائر ، فأي مما يلي سيحدث على الأرجح؟

  1. ستنخفض القدرة الاستيعابية للأختام ، وكذلك عدد الفقمات.
  2. ستنخفض القدرة الاستيعابية للأختام ، لكن عدد الفقمات سيبقى كما هو.
  3. سيزداد عدد نفوق الفقمة ولكن عدد المواليد سيزداد أيضًا ، لذلك سيبقى حجم السكان كما هو.
  4. ستبقى القدرة الاستيعابية للأختام كما هي ، لكن عدد الأختام سينخفض.

راجع الأسئلة

Species with limited resources usually exhibit a(n) ________ growth curve.

The maximum rate of increased characteristic of a species is called its ________.

  1. حد
  2. القدرة على التحمل
  3. biotic potential
  4. exponential growth pattern

The population size of a species capable of being supported by the environment is called its ________.

إستجابة مجانية

Describe the rate of population growth that would be expected at various parts of the S-shaped curve of logistic growth.

In the first part of the curve, when few individuals of the species are present and resources are plentiful, growth is exponential, similar to a J-shaped curve. Later, growth slows due to the species using up resources. Finally, the population levels off at the carrying capacity of the environment, and it is relatively stable over time.

قائمة المصطلحات


Logistic Growth

Exponential growth is possible only when infinite natural resources are available this is not the case in the real world. Charles Darwin recognized this fact in his description of the “struggle for existence,” which states that individuals will compete (with members of their own or other species) for limited resources. The successful ones will survive to pass on their own characteristics and traits (which we know now are transferred by genes) to the next generation at a greater rate (natural selection). To model the reality of limited resources, population ecologists developed the النمو اللوجستي نموذج.

Carrying Capacity and the Logistic Model

In the real world, with its limited resources, exponential growth cannot continue indefinitely. Exponential growth may occur in environments where there are few individuals and plentiful resources, but when the number of individuals gets large enough, resources will be depleted, slowing the growth rate. Eventually, the growth rate will plateau or level off (Figure 1). This population size, which represents the maximum population size that a particular environment can support, is called the carrying capacity, orك.

The formula we use to calculate logistic growth adds the carrying capacity as a moderating force in the growth rate. The expression “كن” is indicative of how many individuals may be added to a population at a given stage, and “كن” divided by “ك” is the fraction of the carrying capacity available for further growth. Thus, the exponential growth model is restricted by this factor to generate the logistic growth equation:

Notice that when ن is very small, (K-N)/ك becomes close to K/K or 1, and the right side of the equation reduces to صالأعلىن, which means the population is growing exponentially and is not influenced by carrying capacity. On the other hand, when ن is large, (K-N)/ك come close to zero, which means that population growth will be slowed greatly or even stopped. Thus, population growth is greatly slowed in large populations by the carrying capacity ك. This model also allows for the population of a negative population growth, or a population decline. This occurs when the number of individuals in the population exceeds the carrying capacity (because the value of (K-N)/K is negative).

A graph of this equation yields an S-shaped curve (Figure 1), and it is a more realistic model of population growth than exponential growth. There are three different sections to an S-shaped curve. Initially, growth is exponential because there are few individuals and ample resources available. Then, as resources begin to become limited, the growth rate decreases. Finally, growth levels off at the carrying capacity of the environment, with little change in population size over time.

Role of Intraspecific Competition

The logistic model assumes that every individual within a population will have equal access to resources and, thus, an equal chance for survival. For plants, the amount of water, sunlight, nutrients, and the space to grow are the important resources, whereas in animals, important resources include food, water, shelter, nesting space, and mates.

In the real world, phenotypic variation among individuals within a population means that some individuals will be better adapted to their environment than others. The resulting competition between population members of the same species for resources is termed intraspecific competition(intra– = “within” –محدد = “species”). Intraspecific competition for resources may not affect populations that are well below their carrying capacity—resources are plentiful and all individuals can obtain what they need. However, as population size increases, this competition intensifies. In addition, the accumulation of waste products can reduce an environment’s carrying capacity.

Examples of Logistic Growth

Yeast, a microscopic fungus used to make bread and alcoholic beverages, exhibits the classical S-shaped curve when grown in a test tube (Figure 2). Its growth levels off as the population depletes the nutrients that are necessary for its growth. In the real world, however, there are variations to this idealized curve.

Figure 2. Yeast grown in ideal conditions in a test tube show a classical S-shaped logistic growth curve.

Examples in wild populations include sheep and harbor seals (Figure 3). In both examples, the population size exceeds the carrying capacity for short periods of time and then falls below the carrying capacity afterwards. This fluctuation in population size continues to occur as the population oscillates around its carrying capacity. Still, even with this oscillation, the logistic model is confirmed.

Figure 3. A natural population of seals shows real-world fluctuation.

Practice Question

If the major food source of the seals declines due to pollution or overfishing, which of the following would likely occur?

  1. The carrying capacity of seals would decrease, as would the seal population.
  2. The carrying capacity of seals would decrease, but the seal population would remain the same.
  3. The number of seal deaths would increase but the number of births would also increase, so the population size would remain the same.
  4. The carrying capacity of seals would remain the same, but the population of seals would decrease.

In Summary: Environmental Limits to Population Growth

Populations with unlimited resources grow exponentially, with an accelerating growth rate. When resources become limiting, populations follow a logistic growth curve. The population of a species will level off at the carrying capacity of its environment.


شاهد الفيديو: الحصه الاولي الكربوهيدرات (كانون الثاني 2022).