Tăng trưởng và Điều hòa Quần thể

Tốc độ tăng trưởng của một quần thể và những yếu tố ngăn cản sự tăng trưởng không giới hạn của nó được thể hiện qua các mô hình đơn giản về thay đổi theo cấp số nhân và logistic, được bổ sung bởi phản hồi phụ thuộc mật độ.

Definition

Tăng trưởng và điều hòa quần thể liên quan đến tốc độ thay đổi kích thước quần thể theo thời gian và các quá trình phụ thuộc mật độ và độc lập mật độ chi phối sự tăng trưởng, suy giảm và xu hướng trở về trạng thái cân bằng.

Scope

Chủ đề này bao gồm mô tả toán học về sự thay đổi quần thể: tăng trưởng hình học và theo cấp số nhân trong thời gian rời rạc và liên tục, mô hình logistic với sức chứa, và sự phân biệt giữa các quá trình phụ thuộc mật độ điều hòa quần thể và các yếu tố độc lập mật độ làm nhiễu loạn chúng. Nó bao gồm tỷ lệ tăng trưởng trên đầu người, tốc độ tăng trưởng nội tại và các phản hồi tạo ra trạng thái cân bằng ổn định, chu kỳ hoặc hỗn loạn.

Core questions

• Các mô hình cấp số nhân và logistic mô tả sự thay đổi quần thể như thế nào?
• Tốc độ tăng trưởng nội tại là gì và nó được ước tính như thế nào?
• Sự phụ thuộc mật độ điều hòa kích thước quần thể như thế nào?
• Khi nào quần thể thể hiện trạng thái cân bằng ổn định, chu kỳ hoặc động lực hỗn loạn?

Key theories

Mô hình logistic và sức chứa

Khi mật độ tiếp cận sức chứa của môi trường, tăng trưởng trên đầu người giảm xuống gần bằng không, tạo ra quỹ đạo logistic hình chữ S đóng vai trò là mô hình cơ sở của tăng trưởng được điều hòa.

Điều hòa phụ thuộc mật độ

Phản hồi tiêu cực trong đó tỷ lệ sinh và tử phụ thuộc vào mật độ có xu hướng ổn định quần thể xung quanh một trạng thái cân bằng, và là yếu tố cần thiết cho sự điều hòa thực sự, trái ngược với sự nhiễu loạn đơn thuần bởi các yếu tố bên ngoài.

Mechanisms

Thay đổi quần thể là tổng hiệu ứng của sinh sản và tử vong (và di cư) trên mỗi cá thể trên mỗi đơn vị thời gian. Khi tỷ lệ trên đầu người là hằng số, số lượng thay đổi theo cấp số nhân; khi tỷ lệ sinh và tử thay đổi theo mật độ thông qua cạnh tranh tài nguyên, sự chen chúc hoặc bệnh tật, phản hồi tiêu cực resultante làm chậm tăng trưởng gần sức chứa và có thể tạo ra trạng thái cân bằng, chu kỳ tắt dần hoặc ổn định, hoặc dao động hỗn loạn tùy thuộc vào cường độ và thời gian của phản hồi.

Clinical relevance

Các mô hình tăng trưởng và điều hòa là nền tảng cho việc khai thác bền vững, dự báo bùng phát dịch hại và đánh giá nguy cơ tuyệt chủng đối với các quần thể nhỏ. Đây là bối cảnh giáo dục, không phải là quy định quản lý.

History

Phương trình logistic của Verhulst năm 1838 đã được Pearl và Reed tái khám phá vào khoảng năm 1920. Các cuộc tranh luận giữa thế kỷ về việc liệu quần thể có được điều hòa hay không đã được Nicholson, Andrewartha và Birch làm rõ, và Robert May đã chỉ ra vào những năm 1970 rằng ngay cả các mô hình phụ thuộc mật độ đơn giản cũng có thể tạo ra chu kỳ và hỗn loạn.

Debates

Liệu các mô hình xác định đơn giản có nắm bắt được động lực quần thể thực tế không?

Việc liệu mô hình logistic trơn tru và các biến thể của nó có mô tả đầy đủ các quần thể thực địa nhiễu loạn, ngẫu nhiên hay không vẫn còn gây tranh cãi, với một số người nhấn mạnh tính ngẫu nhiên của môi trường và độ trễ thời gian hơn là sự điều hòa xác định.

Key figures

• Pierre-Francois Verhulst
• Raymond Pearl
• Robert May
• Peter Turchin

Seminal works

• gotelli2008
• begon2006
• turchin1999

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa tăng trưởng theo cấp số nhân và logistic là gì?

Tăng trưởng theo cấp số nhân giả định tài nguyên không giới hạn và tỷ lệ trên đầu người không đổi, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng, trong khi tăng trưởng logistic kết hợp sức chứa để tăng trưởng chậm lại và ổn định khi mật độ tăng lên.

Phụ thuộc mật độ có nghĩa là gì?

Phụ thuộc mật độ có nghĩa là tỷ lệ sinh hoặc tử trên đầu người thay đổi theo mật độ quần thể, cung cấp phản hồi có thể điều hòa quần thể về một kích thước cân bằng.