生態學/物種和種群
第 9 章. 物種和種群
物種和種群可能是最常用的兩個生態學術語，但它們常常是難以理解的概念。在本章中，將詳細討論它們，擴充套件先前章節中的定義，並解釋為什麼沒有普遍接受的定義。影響種群增長的因素以及衡量和預測種群增長的方式也將是重點關注的主題。種群會受到如此多的因素影響，以至於幾乎不可能將每個變數都考慮在內。人口統計學是對人口年齡結構的統計研究，它可以用於研究來確定是什麼導致了人口規模隨著時間的推移而下降或增加。儘管物種概念和種群增長是如此廣泛的方面，但理解它們還是很有價值的，因為它們是生態學科學的基礎。
你應該熟悉生物學中的物種概念，並且已經在本教科書的第 2 章中瞭解了生物科學的基本原則。如有必要，
- 重新閱讀物種 (根據需要關注連結以理解所呈現的概念)
在最初考慮物種概念時，你可能想知道為什麼要將生物體分成物種。根據著名進化生物學家恩斯特·邁爾的說法，不同物種的存在和繁殖特性“防止產生過多的不協調的、不相容的基因組合。[3]” 因此，物種存在的根源是基因型的。然而，物種的存在傳統上並不令人懷疑，而對物種的適當定義卻一直在不斷爭論[4]。
雖然物種可以用多種不同的方式定義，但最常見的物種定義是由恩斯特·邁爾提出的，即 *任何可以相互繁殖但不能與其他任何群體繁殖的群體*。換句話說，物種是任何“生殖隔離”的群體。[5]” 這個定義被稱為生物物種概念，它有侷限性和例外[6]。有些動物通常不被認為屬於同一物種，但可以有限地繁殖。例如，馬和驢可以雜交產生騾子後代，但騾子是不育的。因此，關於兩個個體需要多少成功生育率才能屬於同一物種存在很多爭論。還有一些生物體根本不交配，而是透過直接克隆個體繁殖，例如許多植物和昆蟲。必須使用其他定義來定義這些生物體的物種。
那麼，為什麼如此看似簡單的概念如此難以定義呢？一個問題是，物種的定義在許多不同的環境中使用，毫無疑問無法同時滿足所有環境。特別是，分類學或系統學意義上的物種概念與進化意義上的物種概念之間存在很大差異[7]。在系統生物學中，物種是描述和描述多樣性歷史程序的基本單位（分類群）。然而，從進化意義上講，物種僅被視為稱為物種形成過程中的元素。即使沒有進一步瞭解進化和分類學之間的差異，也很明顯，物種的概念在兩者中被使用於不同的環境中。這僅僅是包含對普遍適用的物種定義進行復雜爭論的許多障礙的一個例子。
事實上，似乎經過多年的爭論，不可能獲得一個普遍適用的“物種”定義。正如 Pigliucci（2006 年，第 50 頁）指出的那樣
- ...幾十年來，人們對“至關重要”的生物物種是什麼這個問題產生了強烈的感情，而與此同時，許多研究人員對單個物種和物種形成過程進行了精彩的研究，似乎不受缺乏普遍公認的物種定義的困擾...
物種概念是生物學和生態學的基礎，但生態學家真正研究的是**種群**。
*種群*是指在特定地區內，同一物種中一群可能相互交配的個體。這裡，潛在的交配與生育能力的衡量無關；相反，它表明種群中的所有成員都可能屬於同一個基因庫。在物種種群中，有許多因素會干擾個體*適應性*（生存和繁殖的能力）。Booth 等人 (1995)[8] 描述了群體生活會增加個體的適應性，也稱為阿利效應，並且個體的生存能力會隨著其體型和等級而增加。在這項研究中，Booth 表明，在雀鯛群體中，如果它們留在大型群體中，它們的生存機會更大。在這些群體中，體型較小的個體從群體生活中獲益最多，但相應地，它們的生長會減緩，因此需要更長的時間才能在群體中達到更高的社會地位。Reed 等人 2005[9] 支援 Booth 的發現，並表明對數種群規模與種群適應性之間存線上性關係。Reed 建議，“保護工作最終應旨在維持數千個個體的種群，以確保長期持續。”
- 閱讀人口 人口統計學中該術語的常用用法利用了種群生物學中重要的概念和術語
多樣性作為目標，分為物種多樣性和種群內部多樣性。一個充滿雀鳥、貓頭鷹和其他物種的地區具有物種多樣性。但如果所有雀鳥的基因都非常相似，或者如果種群存在近交問題，那麼該種群內部就沒有足夠的多樣性。
當基因庫中沒有多樣性時，會產生嚴重的影響。這可能是由於創始者效應造成的。創始者效應的主要原因是種群中一小部分個體遷移到與同一物種的其他種群互動有限的地區。一個眾所周知的例子是賓夕法尼亞州的舊教派阿米什人。阿米什人很少與社群以外的人交往，並且很少，如果曾經，與社群以外的人結婚。由於遺傳變異有限，與其他人類種群相比，該種群中基因型和表型問題更為常見。阿米什人攜帶一種罕見的等位基因，會導致多指症，即手指或腳趾過多。這種隱性等位基因約有 1/14 的阿米什人攜帶，而外部人群中約有 1/1000 人攜帶。
另一種類似的種群干擾被稱為瓶頸效應。這種干擾發生在物種因人為力量（狩獵）或自然災害而幾乎滅絕時。獵豹是瓶頸效應導致變異有限的典型物種。獵豹的基因構成如此相似，以至於從一隻獵豹身上取下的皮膚移植到另一隻獵豹身上不會被排斥。
即使某個物種的全球種群可能非常龐大，由於明顯的限制，例如分離的大陸、山脈或沙漠，或距離太遠，並非所有個體都能相互交配。實際上能夠相互交配的區域性種群被稱為鄰域或*種群*。因此，即使整個種群可能沒有近交，但鄰域可能存在潛在的高近交係數，這會增加疾病的頻率或維持該物種中的突變。
人口增長使用時間特異性生命表和年齡特異性生命表來衡量。 時間特異性生命表用於長壽物種，例如人類，而年齡特異性生命表用於短壽物種，例如一年生植物和昆蟲。 時間特異性生命表假設所有年齡組的出生率相等，並且對大型種群有用。 年齡特異性生命表跟蹤一個同類群（同一物種且年齡大致相同的生物群），並需要定期取樣。
人口增長研究可以揭示許多有用的資訊，例如種群的生命史和預期壽命，如右側地圖所示。 透過繪製一個同類群的個體數量與時間的函式關係圖，也可以確定存活曲線。 生殖力受非生物因素影響，例如降水（Milanovich 等人，2006 年）。
與人口增長研究密切相關的是種群的繁殖率。 繁殖力，mx 是每個繁殖個體產生的後代平均數量。 繁殖力計劃是 R0 = ∑ lxmx ，其中 lx 是 nx/n0（存活比例），mx 是每個個體的後代平均數量，R0 是種群的淨繁殖率。 如果 R0=1，種群穩定。 如果 R0<1，種群正在減少，如果 R0>1，種群正在增加。
- ^ Booth，David。 1995 年。 珊瑚礁雀鯛幼體群體：密度依賴性對個體適應度和種群人口統計的影響。 生態學76(1):91-106
- ^ Cracraft，Joel。 1989 年。物種形成及其本體論：替代物種概念對理解分化模式和過程的經驗結果。 在物種形成及其後果中（D. Otte 和 J. Endler 編）。 Sinauer Assoc.，桑德蘭，馬薩諸塞州。
- ^ Hey，Jody。 2001 年。 物種問題的思考。 生態學與進化趨勢16(7): 326-329。
- ^ Holling，C.S. 1973 年。 生態系統的復原力和穩定性。 年度評論，4050-73。
- ^ Mayr，Ernst。 1996 年。 什麼是物種，什麼不是？ 科學哲學63(2): 262-277。
- Milanovich，Joseph R.，Stanley E. Trauth，David A. Saugey 和 Robin R. Jordan。 2006 年。 西部黏糊糊的蠑螈 (Plethodon albagula) 的繁殖力、繁殖生態學以及降水對窩卵數的影響。 爬蟲學62: 292-301。
- ^ Reed，David。 2005 年。 種群規模與適應度之間的關係。 保護生物學19(2):563-568
- Pigliucci，Massimo。 2006 年。 行星 X 和科學定義問題。 在懷疑論者30(1):20 & 50 中思考科學。
- ^ 聯合國 (2004)。“世界人口到 2300 年”。 紐約編寫（PDF）。 聯合國。 http://www.un.org/esa/population/publications/longrange2/WorldPop2300final.pdf。 於 2009 年 2 月 20 日檢索。
- ^ 美國人口普查局。 “世界人口歷史估計”。 美國人口普查局，人口部門。 http://www.census.gov/ipc/www/worldhis.html。 於 2009 年 2 月 20 日檢索。
- Yoshida，Takehito 等人。 2003 年。 快速進化驅動著捕食者-獵物系統中的生態動力學。 自然信303-306。