Ekologi populasi adalah subdivisi ekologi yang berhubungan dengan dinamika populasi spesies dan bagaimana populasi ini berinteraksi dengan lingkungan. Ini adalah studi tentang bagaimana ukuran populasi spesies berubah dari waktu ke waktu dan ruang. Istilah ini sering digunakan secara bergantian dengan biologi populasi atau dinamika populasi. Dia juga sering menggambarkan jenis-jenis perjuangan untuk eksistensi. Karena seleksi alam, jumlah individu yang beradaptasi secara maksimal meningkat.
Dalam biologi, populasi adalah derajat persebaran suatu spesies tertentu atau sejumlah tertentu perwakilannya yang hidup di suatu wilayah.
Sejarah
Bagaimana semuanya dimulai? Perkembangan ekologi populasi sebagian besar terkait dengan demografi dan tabel kehidupan saat ini. Bagian ini sangat penting dalam kondisi lingkungan saat ini.
Ekologi populasi penting dalam biologi konservasi, terutama ketikamengembangkan analisis kelayakan populasi (Population Viability Analysis/PVA) yang memprediksi kemungkinan jangka panjang spesies yang tersisa di habitat tertentu. Meskipun ekologi ini adalah subspesies dari biologi, ekologi ini menghadirkan masalah yang menarik bagi matematikawan dan ahli statistik yang bekerja di bidang dinamika populasi. Dalam biologi, populasi adalah salah satu istilah sentral.
Model
Seperti sains lainnya, ekologi menggunakan model. Model perubahan populasi yang disederhanakan biasanya dimulai dengan empat variabel kunci (empat proses demografis), termasuk kematian, kelahiran, imigrasi, dan emigrasi. Model matematika yang digunakan untuk menghitung perubahan situasi demografis dan evolusi populasi mengasumsikan tidak adanya pengaruh eksternal. Model dapat menjadi lebih kompleks secara matematis ketika “…beberapa hipotesis yang bersaing bertabrakan dengan data pada saat yang sama.”
Setiap model perkembangan populasi dapat digunakan untuk secara matematis menurunkan sifat-sifat tertentu dari populasi geometris. Populasi dengan ukuran yang meningkat secara geometris adalah populasi di mana generasi pemuliaan tidak tumpang tindih. Dalam setiap generasi, ada ukuran populasi (dan wilayah) yang efektif, dilambangkan sebagai Ne, yang merupakan jumlah individu dalam populasi yang dapat dan akan berkembang biak dalam setiap generasi reproduktif. Apa yang menyebabkan kekhawatiran.
Teori seleksi r/K
Konsep penting dalam ekologi populasi adalah teori seleksi r/K. Variabel pertama adalah r (laju internal kenaikan alamiukuran populasi, tidak tergantung pada kepadatan), dan variabel kedua adalah K (daya dukung populasi, tergantung kepadatan). Hubungan intraspesifik memainkan peran tertentu dalam hal ini.
Spesies terpilih-R (misalnya banyak spesies serangga seperti kutu daun) adalah spesies yang memiliki tingkat fekunditas tinggi, investasi induk rendah pada juvenil, dan tingkat kematian tinggi sebelum individu mencapai kedewasaan. Evolusi mendorong produktivitas pada spesies terpilih-r. Sebaliknya, spesies terpilih K (seperti manusia) memiliki tingkat kesuburan yang rendah, tingkat investasi induk yang tinggi pada usia muda, dan tingkat kematian yang rendah saat individu dewasa.
Evolusi pada spesies terpilih K mendorong efisiensi dalam mengubah lebih banyak sumber daya menjadi lebih sedikit keturunan. Sebagai akibat dari hubungan antarspesies yang tidak produktif, keturunan ini dapat punah, menjadi perwakilan terakhir dari populasi mereka.
Sejarah teori
Terminologi r/K-selection diciptakan oleh ahli ekologi Robert MacArthur dan E. O. Wilson pada tahun 1967 berdasarkan pekerjaan mereka pada biogeografi pulau. Teori ini memungkinkan untuk mengidentifikasi penyebab fluktuasi populasi.
Teori ini populer pada 1970-an dan 1980-an ketika digunakan sebagai perangkat heuristik, tetapi tidak disukai pada awal 1990-an ketika dikritik oleh beberapa studi empiris. Paradigma sejarah kehidupan telah menggantikan paradigma seleksi r/K, tetapi terus memasukkan banyak tema penting. Keinginan untuk bereproduksi adalah yang utamapendorong evolusi, jadi teori ini sangat berguna untuk studinya.
Dengan demikian, spesies r-selected adalah spesies yang menekankan pada tingkat pertumbuhan yang tinggi, cenderung mengeksploitasi relung ekologi yang tidak terlalu ramai, dan menghasilkan banyak keturunan, yang masing-masing memiliki kemungkinan yang relatif rendah untuk bertahan hidup hingga dewasa (yaitu r tinggi, rendah K). Spesies khas r adalah dandelion (genus Taraxacum).
Dalam lingkungan yang tidak stabil atau tidak dapat diprediksi, pemilihan-r berlaku karena kemampuan untuk berkembang biak dengan cepat. Ada sedikit keuntungan dalam adaptasi yang memungkinkannya untuk berhasil bersaing dengan organisme lain karena lingkungan kemungkinan akan berubah lagi. Sifat-sifat yang diduga menjadi ciri r-seleksi meliputi: fekunditas tinggi, ukuran tubuh kecil, awal kematangan, waktu generasi pendek, dan kemampuan untuk menyebarkan keturunan secara luas.
Organisme yang riwayat hidupnya mengalami r-seleksi sering disebut sebagai r-strategist. Organisme yang menunjukkan sifat r-selected dapat berkisar dari bakteri dan diatom hingga serangga dan rumput, serta berbagai cephalopoda tujuh lobus dan mamalia kecil, terutama hewan pengerat. Teori diferensial K memiliki hubungan tidak langsung dengan seleksi alam hewan.
Pemilihan spesies
Spesies terpilih K menunjukkan ciri-ciri yang terkait dengan hidup di dekat kepadatan daya dukung dan cenderung menjadi pesaing kuat di ceruk ramai yang berinvestasi lebih banyak dalam lebih sedikitjumlah keturunan. Masing-masing memiliki kemungkinan yang relatif tinggi untuk bertahan hidup hingga dewasa (yaitu r rendah, k tinggi). Dalam literatur ilmiah, spesies r-selected kadang-kadang disebut sebagai "oportunistik", sedangkan spesies K-selected digambarkan sebagai "ekuilibrium".
Dalam kondisi stabil atau dapat diprediksi, seleksi-K berlaku, karena kemampuan untuk berhasil bersaing untuk sumber daya yang terbatas sangat penting, dan populasi organisme seleksi-K biasanya sangat konstan dalam jumlah dan mendekati maksimum yang dapat lingkungan dapat mendukung. Berbeda dengan r-selected, dimana ukuran populasi dapat berubah lebih cepat. Rendahnya angka menyebabkan inses, yang merupakan salah satu penyebab mutasi.
Karakteristik
Sifat yang dianggap sebagai karakteristik seleksi-K termasuk ukuran tubuh yang besar, umur yang panjang dan produksi keturunan yang lebih sedikit, yang seringkali membutuhkan perawatan orang tua yang hati-hati sampai mereka dewasa. Organisme yang riwayat hidupnya dipilih K sering disebut sebagai K-strategists atau K-selected. Organisme dengan sifat terpilih K mencakup organisme besar seperti gajah, manusia, dan paus, serta organisme yang lebih kecil dan berumur lebih panjang seperti dara laut kutub, burung beo, dan elang. Pertambahan penduduk adalah salah satu perjuangan untuk bertahan hidup.
Klasifikasi organisme
Meskipun beberapa organisme diidentifikasi terutama sebagai ahli strategi r- atau K, sebagian besar organisme tidak mengikuti pola ini. Misalnya, pohon memiliki ciri-ciri sepertiumur panjang dan daya saing tinggi yang mencirikan mereka sebagai K-strategist. Namun, ketika berkembang biak, pohon biasanya menghasilkan ribuan keturunan dan menyebarkannya secara luas, yang merupakan ciri khas dari r-strategist.
Demikian pula, reptil seperti penyu memiliki karakteristik r- dan k: meskipun penyu adalah organisme besar dengan rentang hidup yang panjang (asalkan mereka mencapai usia dewasa), mereka menghasilkan keturunan dalam jumlah besar tanpa disadari.
Ekspresi lainnya
Dikotomi r/K dapat diekspresikan kembali sebagai spektrum kontinu menggunakan konsep ekonomi pengembalian masa depan yang didiskon dengan r-choice yang sesuai dengan tingkat diskonto yang besar dan K-choice yang sesuai dengan tingkat diskonto yang kecil.
Di daerah dengan gangguan atau sterilisasi lingkungan yang parah (misalnya setelah letusan gunung berapi besar, seperti Krakatau atau Gunung St. Helens), ahli strategi r- dan K memainkan peran berbeda dalam urutan ekologi yang memulihkan ekosistem. Karena tingkat reproduksi mereka yang lebih tinggi dan oportunisme ekologis, penjajah utama cenderung menjadi ahli strategi dan diikuti oleh serangkaian persaingan yang berkembang antara kehidupan tumbuhan dan hewan. Kemampuan lingkungan untuk meningkatkan kandungan energi melalui penangkapan fotosintesis energi matahari meningkat dengan meningkatnya keanekaragaman hayati yang kompleks sebagai r-spesies berkembang biak semaksimal mungkin denganmenggunakan strategi K.
Keseimbangan baru
Akhirnya keseimbangan baru (kadang-kadang disebut komunitas kulminasi) terjadi ketika ahli strategi-r secara bertahap digantikan oleh ahli strategi-K yang lebih kompetitif dan lebih beradaptasi dengan perubahan lanskap mikroekologi yang muncul. Secara tradisional, keanekaragaman hayati dianggap dimaksimalkan pada tahap ini dengan pengenalan spesies baru, yang mengakibatkan penggantian dan kepunahan lokal spesies endemik. Namun, hipotesis gangguan menengah menyatakan bahwa tingkat gangguan menengah di lanskap menciptakan patch pada tingkat suksesi yang berbeda, memfasilitasi koeksistensi penjajah dan pesaing dalam skala regional.
Meskipun umumnya diterapkan pada tingkat spesies, teori seleksi r/K juga berguna untuk mempelajari evolusi perbedaan ekologi dan kehidupan antar subspesies. Misalnya, lebah madu Afrika A. m. scutellata dan lebah Italia A. m. ligustika. Di ujung lain skala, ini juga telah digunakan untuk mempelajari ekologi evolusioner dari seluruh kelompok organisme seperti bakteriofag.
Pendapat penelitian
Beberapa peneliti seperti Lee Ellis, J. Philip Rushton, dan Aurelio Jose Figueredo telah menerapkan teori seleksi r/K pada berbagai perilaku manusia, termasuk kenakalan, pergaulan bebas, kesuburan, dan sifat-sifat lain yang terkait dengan teori sejarah kehidupan. Karya Rushton membawanya untuk mengembangkan "teori K diferensial" untuk mencoba menjelaskan banyak perbedaan dalam perilaku manusia di seluruh wilayah geografis. Dan teori ini telah dikritik oleh banyak peneliti lain. Yang terakhir menyarankan bahwa evolusi respons inflamasi manusia terkait dengan pilihan r/K.
Meskipun teori seleksi r/K mulai digunakan secara luas pada tahun 1970-an, teori ini juga mendapat perhatian yang meningkat. Secara khusus, tinjauan oleh ahli ekologi Stephen S. Stearns menarik perhatian pada kesenjangan dalam teori dan ambiguitas dalam interpretasi data empiris untuk mengujinya.
Penelitian lebih lanjut
Pada tahun 1981, tinjauan literatur Parry tahun 1981 tentang seleksi r/K menunjukkan bahwa tidak ada kesepakatan di antara para peneliti yang menggunakan teori definisi r- dan seleksi-K, yang membuatnya mempertanyakan asumsi hubungan antara reproduktif biaya. fungsi.
Sebuah studi oleh Templeton dan Johnson pada tahun 1982 menunjukkan bahwa dalam populasi Drosophila mercatorum (subspesies lalat) yang mengalami seleksi-K, sebenarnya menghasilkan frekuensi sifat yang lebih tinggi yang biasanya terkait dengan seleksi-r. Beberapa penelitian lain yang bertentangan dengan prediksi teori seleksi r/K juga diterbitkan antara tahun 1977 dan 1994.
Ketika Stearns meninjau status teori pada tahun 1992, ia mencatat bahwa dari 1977 hingga 1982, layanan pencarian literatur BIOSIS rata-rata 42 kutipan teori per tahun, tetapi dari 1984 hingga 1989 rata-rata turun menjadi 16 per tahun. dan terus menurun. Dia menyimpulkan bahwa teori r/K pernah menjadi heuristik yang berguna yang tidak lagi memiliki tujuan dalam teori sejarah kehidupan.
Baru-baru ini teori panarki adaptifkemampuan dan ketahanan yang dipromosikan oleh S. S. Holling dan Lance Gunderson telah menghidupkan kembali minat pada teori dan menggunakannya sebagai cara untuk mengintegrasikan sistem sosial, ekonomi, dan ekologi.
Ekologi metapopulasi
Ekologi metapopulasi adalah model lanskap yang disederhanakan menjadi area dengan tingkat kualitas yang berbeda. Migran yang berpindah antar situs terstruktur dalam metapopulasi sebagai sumber atau tenggelam. Dalam terminologi metapopulasi, ada emigrant (individu yang meninggalkan site) dan immigrant (individu yang pindah ke site).
Model metapopulasi memeriksa dinamika situs dari waktu ke waktu untuk menjawab pertanyaan tentang ekologi spasial dan demografis. Konsep penting dalam ekologi metapopulasi adalah efek penyelamatan, di mana tambalan kecil dengan kualitas lebih rendah (yaitu tenggelam) dipertahankan oleh masuknya pendatang baru musiman.
Struktur metapopulasi berkembang dari tahun ke tahun, di mana beberapa situs tenggelam, seperti tahun-tahun kering, dan menjadi mata air ketika kondisinya lebih baik. Ahli ekologi menggunakan campuran model komputer dan studi lapangan untuk menjelaskan struktur metapopulasi. Struktur umur suatu populasi adalah keberadaan perwakilan umur tertentu dalam suatu populasi.
Autoecology
Istilah lama autoekologi (dari bahasa Yunani:, auto, "diri";, oikos, "rumah tangga" dan, logos, "pengetahuan"), merujukkira-kira dalam bidang studi yang sama dengan ekologi populasi. Ini berasal dari pembagian ekologi menjadi autecology - studi spesies individu dalam kaitannya dengan lingkungan - dan synecology - studi tentang kelompok organisme dalam kaitannya dengan lingkungan - atau ekologi komunitas. Odum (seorang ahli biologi Amerika) percaya bahwa sinekologi harus dibagi menjadi ekologi populasi, ekologi komunitas, dan ekologi ekosistem, yang mendefinisikan autoekologi sebagai "ekologi spesies".
Namun, untuk beberapa waktu ahli biologi telah mengakui bahwa tingkat organisasi yang lebih besar dari suatu spesies adalah populasi, karena pada tingkat ini kumpulan gen spesies paling konsisten. Faktanya, Odum menganggap "autoekologi" sebagai "tren terkini" dalam ekologi (yaitu istilah kuno), meskipun ia memasukkan "ekologi spesies" sebagai salah satu dari empat divisi ekologi.
Publikasi pertama dari Population Ecology (awalnya disebut Population Ecology Research) diterbitkan pada tahun 1952.
Makalah penelitian ekologi populasi juga dapat ditemukan di jurnal ekologi hewan.
Dinamika populasi
Dinamika populasi adalah cabang ilmu kehidupan yang mempelajari komposisi ukuran dan usia populasi sebagai sistem dinamis, serta proses biologis dan lingkungan yang mendorongnya (misalnya, tingkat kelahiran dan kematian, serta imigrasi dan emigrasi). Contoh skenario adalah penuaan populasi, pertumbuhan atau kontraksi.
Pertumbuhan eksponensial menggambarkan reproduksi yang tidak diatur. Ini sangat tidak biasa untuk dilihat di alam. Pertumbuhan penduduk sangat pesat selama 100 tahun terakhir.
Thomas M althus percaya bahwa pertumbuhan penduduk akan menyebabkan kelebihan penduduk dan kelaparan karena kekurangan sumber daya, termasuk makanan. Di masa depan, orang tidak akan bisa memberi makan populasi besar. Asumsi biologis pertumbuhan eksponensial adalah bahwa tingkat pertumbuhan per kapita adalah konstan. Pertumbuhan tidak terbatas pada kelangkaan sumber daya atau pemangsaan.
Dinamika populasi telah banyak digunakan dalam beberapa aplikasi teori kontrol. Menggunakan teori permainan evolusioner, permainan populasi diterapkan secara luas ke berbagai konteks industri dan sehari-hari. Terutama digunakan dalam sistem multiple input, multiple output (MIMO), meskipun mereka dapat diadaptasi untuk digunakan dalam sistem single input, single output (SISO). Beberapa contoh aplikasi adalah kampanye militer, distribusi sumber daya untuk distribusi air, pengiriman generator yang didistribusikan, eksperimen laboratorium, masalah transportasi, masalah komunikasi. Selain itu, dengan kontekstualisasi masalah produksi yang memadai, dinamika kependudukan dapat menjadi solusi yang efektif dan mudah diterapkan untuk mengendalikan masalah. Banyak penelitian ilmiah telah dan sedang berlangsung.
Kelebihan populasi
Overpopulasi terjadi ketika populasi suatu spesies melebihi daya dukung ceruk ekologis. Ini mungkin hasilnyapeningkatan angka kelahiran (tingkat kesuburan), penurunan angka kematian, peningkatan imigrasi atau bioma yang tidak berkelanjutan, dan penipisan sumber daya. Selain itu, ini berarti bahwa jika ada terlalu banyak orang di satu habitat, orang membatasi sumber daya yang tersedia untuk bertahan hidup. Struktur umur penduduk tidak memainkan peran khusus.
Di alam liar, kelebihan populasi sering menyebabkan populasi predator meningkat. Ini memiliki efek mengendalikan populasi mangsa dan memastikan bahwa ia berkembang sesuai dengan karakteristik genetik yang membuatnya kurang rentan terhadap pemangsa (dan pemangsa dapat berevolusi bersama).
Dengan tidak adanya pemangsa, spesies terikat oleh sumber daya yang dapat mereka temukan di lingkungan mereka, tetapi ini tidak serta merta mengendalikan kelebihan populasi. Setidaknya dalam jangka pendek. Pasokan sumber daya yang melimpah dapat menyebabkan ledakan populasi yang diikuti oleh krisis populasi. Hewan pengerat seperti lemming dan tikus memiliki siklus pertumbuhan populasi yang cepat dan penurunan selanjutnya. Populasi kelinci sepatu salju juga berubah secara siklus, seperti halnya salah satu pemangsa yang memburu mereka, lynx. Melacak tren ini jauh lebih mudah daripada mengidentifikasi genom suatu populasi.
