生态学/物种和种群
第 9 章. 物种和种群
物种和种群可能是最常用的两个生态学术语，但它们常常是难以理解的概念。在本章中，将详细讨论它们，扩展先前章节中的定义，并解释为什么没有普遍接受的定义。影响种群增长的因素以及衡量和预测种群增长的方式也将是重点关注的主题。种群会受到如此多的因素影响，以至于几乎不可能将每个变量都考虑在内。人口统计学是对人口年龄结构的统计研究，它可以用于研究来确定是什么导致了人口规模随着时间的推移而下降或增加。尽管物种概念和种群增长是如此广泛的方面，但理解它们还是很有价值的，因为它们是生态学科学的基础。
你应该熟悉生物学中的物种概念，并且已经在本教科书的第 2 章中了解了生物科学的基本原则。如有必要，
- 重新阅读物种 (根据需要关注链接以理解所呈现的概念)
在最初考虑物种概念时，你可能想知道为什么要将生物体分成物种。根据著名进化生物学家恩斯特·迈尔的说法，不同物种的存在和繁殖特性“防止产生过多的不协调的、不相容的基因组合。[3]” 因此，物种存在的根源是基因型的。然而，物种的存在传统上并不令人怀疑，而对物种的适当定义却一直在不断争论[4]。
虽然物种可以用多种不同的方式定义，但最常见的物种定义是由恩斯特·迈尔提出的，即 *任何可以相互繁殖但不能与其他任何群体繁殖的群体*。换句话说，物种是任何“生殖隔离”的群体。[5]” 这个定义被称为生物物种概念，它有局限性和例外[6]。有些动物通常不被认为属于同一物种，但可以有限地繁殖。例如，马和驴可以杂交产生骡子后代，但骡子是不育的。因此，关于两个个体需要多少成功生育率才能属于同一物种存在很多争论。还有一些生物体根本不交配，而是通过直接克隆个体繁殖，例如许多植物和昆虫。必须使用其他定义来定义这些生物体的物种。
那么，为什么如此看似简单的概念如此难以定义呢？一个问题是，物种的定义在许多不同的环境中使用，毫无疑问无法同时满足所有环境。特别是，分类学或系统学意义上的物种概念与进化意义上的物种概念之间存在很大差异[7]。在系统生物学中，物种是描述和描述多样性历史进程的基本单位（分类群）。然而，从进化意义上讲，物种仅被视为称为物种形成过程中的元素。即使没有进一步了解进化和分类学之间的差异，也很明显，物种的概念在两者中被使用于不同的环境中。这仅仅是包含对普遍适用的物种定义进行复杂争论的许多障碍的一个例子。
事实上，似乎经过多年的争论，不可能获得一个普遍适用的“物种”定义。正如 Pigliucci（2006 年，第 50 页）指出的那样
- ...几十年来，人们对“至关重要”的生物物种是什么这个问题产生了强烈的感情，而与此同时，许多研究人员对单个物种和物种形成过程进行了精彩的研究，似乎不受缺乏普遍公认的物种定义的困扰...
物种概念是生物学和生态学的基础，但生态学家真正研究的是**种群**。
*种群*是指在特定地区内，同一物种中一群可能相互交配的个体。这里，潜在的交配与生育能力的衡量无关；相反，它表明种群中的所有成员都可能属于同一个基因库。在物种种群中，有许多因素会干扰个体*适应性*（生存和繁殖的能力）。Booth 等人 (1995)[8] 描述了群体生活会增加个体的适应性，也称为阿利效应，并且个体的生存能力会随着其体型和等级而增加。在这项研究中，Booth 表明，在雀鲷群体中，如果它们留在大型群体中，它们的生存机会更大。在这些群体中，体型较小的个体从群体生活中获益最多，但相应地，它们的生长会减缓，因此需要更长的时间才能在群体中达到更高的社会地位。Reed 等人 2005[9] 支持 Booth 的发现，并表明对数种群规模与种群适应性之间存在线性关系。Reed 建议，“保护工作最终应旨在维持数千个个体的种群，以确保长期持续。”
- 阅读人口 人口统计学中该术语的常用用法利用了种群生物学中重要的概念和术语
多样性作为目标，分为物种多样性和种群内部多样性。一个充满雀鸟、猫头鹰和其他物种的地区具有物种多样性。但如果所有雀鸟的基因都非常相似，或者如果种群存在近交问题，那么该种群内部就没有足够的多样性。
当基因库中没有多样性时，会产生严重的影响。这可能是由于创始者效应造成的。创始者效应的主要原因是种群中一小部分个体迁移到与同一物种的其他种群互动有限的地区。一个众所周知的例子是宾夕法尼亚州的旧教派阿米什人。阿米什人很少与社区以外的人交往，并且很少，如果曾经，与社区以外的人结婚。由于遗传变异有限，与其他人类种群相比，该种群中基因型和表型问题更为常见。阿米什人携带一种罕见的等位基因，会导致多指症，即手指或脚趾过多。这种隐性等位基因约有 1/14 的阿米什人携带，而外部人群中约有 1/1000 人携带。
另一种类似的种群干扰被称为瓶颈效应。这种干扰发生在物种因人为力量（狩猎）或自然灾害而几乎灭绝时。猎豹是瓶颈效应导致变异有限的典型物种。猎豹的基因构成如此相似，以至于从一只猎豹身上取下的皮肤移植到另一只猎豹身上不会被排斥。
即使某个物种的全球种群可能非常庞大，由于明显的限制，例如分离的大陆、山脉或沙漠，或距离太远，并非所有个体都能相互交配。实际上能够相互交配的局部种群被称为邻域或*种群*。因此，即使整个种群可能没有近交，但邻域可能存在潜在的高近交系数，这会增加疾病的频率或维持该物种中的突变。
人口增长使用时间特异性生命表和年龄特异性生命表来衡量。 时间特异性生命表用于长寿物种，例如人类，而年龄特异性生命表用于短寿物种，例如一年生植物和昆虫。 时间特异性生命表假设所有年龄组的出生率相等，并且对大型种群有用。 年龄特异性生命表跟踪一个同类群（同一物种且年龄大致相同的生物群），并需要定期采样。
人口增长研究可以揭示许多有用的信息，例如种群的生命史和预期寿命，如右侧地图所示。 通过绘制一个同类群的个体数量与时间的函数关系图，也可以确定存活曲线。 生殖力受非生物因素影响，例如降水（Milanovich 等人，2006 年）。
与人口增长研究密切相关的是种群的繁殖率。 繁殖力，mx 是每个繁殖个体产生的后代平均数量。 繁殖力计划是 R0 = ∑ lxmx ，其中 lx 是 nx/n0（存活比例），mx 是每个个体的后代平均数量，R0 是种群的净繁殖率。 如果 R0=1，种群稳定。 如果 R0<1，种群正在减少，如果 R0>1，种群正在增加。
- ^ Booth，David。 1995 年。 珊瑚礁雀鲷幼体群体：密度依赖性对个体适应度和种群人口统计的影响。 生态学76(1):91-106
- ^ Cracraft，Joel。 1989 年。物种形成及其本体论：替代物种概念对理解分化模式和过程的经验结果。 在物种形成及其后果中（D. Otte 和 J. Endler 编）。 Sinauer Assoc.，桑德兰，马萨诸塞州。
- ^ Hey，Jody。 2001 年。 物种问题的思考。 生态学与进化趋势16(7): 326-329。
- ^ Holling，C.S. 1973 年。 生态系统的复原力和稳定性。 年度评论，4050-73。
- ^ Mayr，Ernst。 1996 年。 什么是物种，什么不是？ 科学哲学63(2): 262-277。
- Milanovich，Joseph R.，Stanley E. Trauth，David A. Saugey 和 Robin R. Jordan。 2006 年。 西部黏糊糊的蝾螈 (Plethodon albagula) 的繁殖力、繁殖生态学以及降水对窝卵数的影响。 爬虫学62: 292-301。
- ^ Reed，David。 2005 年。 种群规模与适应度之间的关系。 保护生物学19(2):563-568
- Pigliucci，Massimo。 2006 年。 行星 X 和科学定义问题。 在怀疑论者30(1):20 & 50 中思考科学。
- ^ 联合国 (2004)。“世界人口到 2300 年”。 纽约编写（PDF）。 联合国。 http://www.un.org/esa/population/publications/longrange2/WorldPop2300final.pdf。 于 2009 年 2 月 20 日检索。
- ^ 美国人口普查局。 “世界人口历史估计”。 美国人口普查局，人口部门。 http://www.census.gov/ipc/www/worldhis.html。 于 2009 年 2 月 20 日检索。
- Yoshida，Takehito 等人。 2003 年。 快速进化驱动着捕食者-猎物系统中的生态动力学。 自然信303-306。