Eco102

У серіях з вивчення біології ми провели разом багато тижнів

обговорюючи фізіологію тварин і рослин.

Також ми вивчили як функціюють клітини для утворення тканин,

органів, систем органів

шматків м'яса і овочів, якими є ми.

Щоб зрозуміти весь організм,

важливо знати процеси, що відбувається, на всіх рівнях.

Так само і з екологією.

Але замість збільшення чи зменшення масштабів різних рівнів у живій істоті,

ми можемо збільшувати і зменшувати масштаби Землі.

Залежності від степені збільшення,

ми можемо дізнатися безліч речей про нашу планету.

Наприклад, ми можемо розглянути групу певного виду

та як вони разом живуть у конкретній географічній зоні.

Це демекологія

Також є синекологія,

де розглядають групи різних організмів, що живуть разом

та з`ясовують як вони впливають один на одного.

Напрям екології, що вивчає найменші одиниці це екологія екосистем.

Наука про те, як все живе та неживе

взаємодіє між собою в усій екосистемі.

Тож почнемо із демекології,

Наука про групи певного виду,

які, в основному, взаємодіють між собою,

Щоб зрозуміти, чому ці популяції

відрізняються залежно від часу та місця, де вони знаходяться.

Ти можеш запитати себе, чи є взагалі якась користь з цього?

Що ж, це просто мега корисно.

Наприклад, давайте розглянемо спалах вірусу Західного Нілу,

який вразив Даллас, Техас, влітку 2012.

В окрузі Даллас померло 12 чоловік від вірусу,

як і в фільмі.

Майже 300 чоловік було заражено.

Але в 2011 році, в усьому округу Техас

було повідомлено лише про 27 випадків Західного Нілу і лише 2 смерті.

Цей факт здається важливим.

Тож що трапилось?

Виявляється, що це проблема демекології.

Західний Ніл переноситься комарами,

а в 2012 в Далласі популяція комарів

розгромила цегляну стіну, немов би Kool-aid man,

поширюючи Західний Ніл як божевільна.

Чому цей спалах стався в 2012, а не роком раніше?

І чому це сталося в Техасі, а не в Нью-Джерсі?

Відповідь -- демекологія.

(вступ)

Перш ніж ми почнемо розгадувати таємниці спалаху хвороб,

треба зрозуміти основи демекології.

Для початківців, популяція -- це просто група індивідуумів

одного виду, які регулярно взаємодіють.

Як часто організми взаємодіють залежить від географії.

Ти частіше зустрічаєшся з тим, хто живе поряд,

ніж з тими, хто живе далеко.

Як результати, індивідууми, що знаходяться близько до тебе

будуть тими, з ким ти змагаєшся за їжу, простір для життя,

приятелів та все таке інше.

Для того, щоб зрозуміти, чому існують різні популяції

залежно від часу та місця,

демекологу треба знати дещо про популяції.

Наприклад, густота популяції.

У нашому випадку, кільки комарів

на більшій площі Далласу, що можуть вступити в контакт один з одним.

Густота популяції змінюється залежно від ряду факторів.

І всі є досить інтуїтивними.

Вона збільшується, коли індивідууми

народжуються або іммігрують, тобто прибувають.

І зменшується через смерть або еміграцію,

чи ж індивідууми відбувають.

Досить просто. Але будучи демекологом,

тобі також треба знати про географічне розташування

індивідуумів у певній популяції.

Це -- поширення.

Наприклад, чи всі комарі згруповані разом?

Чи вони рівномірно поширені в окрузі?

Чи немає тут випадкового розміщення?

Відповідь на ці запитання дають науковці,

огляд популяції в конкретний момент.

Щоб розібратися в загадці спалаху Західного Нілу,

яке потребує інформації щодо зміни популяції протягом часу,

тобі слід розглянути один із основних принципів демекології.

Зростання населення.

Є безліч різних факторів, що слугують причинами зростання населення.

і вони можуть суттєво змінюватися між різними організмами.

Таке поняття як плодючість,

тобто скільки потомків може мати індивідуум протягом життя,

значно впливає на розмір популяції.

Наприклад, чому популяції комарів так швидко ростуть,

в той час як вимираючі чорні носороги можуть вже ніколи тут не жити

від одного пострілу браконьєрів?

Для новачків, комарі можуть мати 2000 потомків

протягом їхнього 2-тижневого життя.

А носороги можуть мати десь 5 протягом 40 років.

Проте, популяція, зазвичай або й завжди,

не зростає у повній силі і не може зростати безкінечно.

Щоб зрозуміти на скільки швидко чи повільно,

високо чи низько може зростати популяція,

слід звернути уваги на те, що стримує цей зріст.

Ці фактори, відповідно, називаються

стримуюючі фактори.

Припустимо, ти комар в Далласі в 2011

за рік до спалаху.

В той час, темпи зростання не були такими як в 2012,

тож щось тебе стримувало.

Щоб з`ясувати ті стримувальні фактори,

слід зменшити те, що ти потребуєш будучи комарем,

щоб жити та успішно розмножуватися.

Перш за все, тобі треба знайти їжу.

Тепер ти комар і їси все підряд.

Але для того, щоб розмножуватися, припустимо ти самка,

тобі потрібна кров.

Тобі треба знайти хребетну тварину і висмоктати кров.

Очевидно, у Далласі достатньо хребетних,

для того щоб ти змогла висмоктати кров.

У мене є гарні хребетні товариші у Далласі.

Ти навіть можеш висмоктати трохи їхньої крові.

Наступне, температура.

Оскільки ви, комарі, холоднокровні, повинно бути тепло,

щоб ви були активними.

Тож в Техасі досить тепло, а зима 2011 та 2012 була особливо тепла.

Насправді, літо 2012 було неймовірно гарячим,

що й допомогло прискорити життєвий цикл комарів.

Тож це один із стримувальних факторів, який вплинув

на комарів в Далласі.

Тепер щодо товаришів.

Якщо ти комар-самка, тобі треба знайти милого комара-самця

з роботою та бажано власною машиною,

адже Даллас досить велике місто, де можна паруватися.

Це, власне, й не дуже важко, для комарів.

Самці просто збираються в хмару з комарів

у сутінках кожної ночі під час періоду спарювання.

І все що залишається самкам, це знайти хмару з її місцевим хлопцем

і залетіти туди, щоб спаруватися з ним.

Простіше простого.

Нарешті, простір.

і ага!

Адже тут у нас є інший важливий ключ.

Комарам треба відкладати яйця в стоячій воді.

І якщо є щось, що ненавидять личинки комара,

то це злива, яка затопить калюжу з водою,

де вони жили.

Оскільки, в Далласі влітку 2012 вдарила сильна засуха,

було багато брудних калюж з комарами,

які доглядали за безліччю

комарів, що були заражені Західним Нілом.

Тож, коли ми глянемо на ці факти,

ми знайдемо хоча б 2 стримувальні фактори

для зростання популяції комарів в Далласі,

причиною чого ще виникла в 2011:

обмеження температури та місця.

Було дуже жарко і було безліч місць

для відкладання яєць і свободи, щоб збожеволіти.

Демекологи групують стримувальні фактори

на 2 різні категорії:

залежні від щільності та незалежні від щільності.

Вони поділили саме таким чином,

щоб знати чи зростання популяції контролюється

кількістю індивідуумів у ній

чи контролюється чимось іншим.

Причини цих обмежень важливі,

адже вони впливають на

ємкість середовища комарів.

Це кількість індивідуумів, які можуть використовувати достатню

кількість ресурсів у середовищі їхнього перебування.

Тож обмеження залежні від щільності є факторами, що зупиняють зростання

через вплив навколишнього середовища спричиненого розміром популяції.

Наприклад, може не вистачати

їжі, води та місця, де б всі жили.

Або причиною може бути надмірна кількість індивідуумів,

а поряд збільшується популяція хижаків,

що допомагає тримати популяцію під контролем.

Такі речі як хвороба, також є обмеженням залежним від щільності.

Багато індивідуумів, що живуть в близьких кварталах,

можуть розносити інфекцію як божевільні.

Тож, я не думаю, що комарам з Далласу

не буде вистачати хребетних для обіду.

Але давайте гіпотетично уявим, що вибух популяції місцевих комарів

спричинив подібний вибух

кількості мексиканських бульдогових кажанів,

Офіційних летючих ссавців Техасу.

Вони їдять комарів.

Це було б стримувальним фактором залежним від щільності.

Більша кількість комарів є причиною збільшення кажанів,

що стає причиною зменшення комарів.

Це досить просто.

Коли обмеження залежні від щільності починають вступати в дію

і починають обмежувати приріст популяції,

це означає що ємкість середовища повністю заповнена.

Інші стримувальні фактори -- незалежні від щільності,

не мають ніякого відношенння до індивідуумів, що знаходяться там

та густоти населення.

У багатьох випадках, ці обмеження описуються

в рамках катастроф.

Виверження вулкану, мусон, Чорнобиль.

В будь-якому випадку, ключові аспекти способу життя популяції

змінюються, що ускладнює саме існування.

Ці фактори не обов'язково мають бути супер ефектними.

Повернемося до комарів. Припустимо в 2013 була страшна гроза.

У канави лило немов з відра в Далласі протягом 3 місяців.

Це заважало комариним гніздам із яйцями

відриватися в стоячій воді.

Тож кількість народжених була б значно меншою того року.

По цій же схемі, якщо температура коливалася іншим чином

і було б незвично холодно все літо,

приріст комах би спав.

Але правда в тому, що існує мільярд з половиною ситуацій,

як великих, так і малих, що стали б причиною популяцій

або досягнувши ємкості середовища,

або зникнувши через зовнішні фактори.

Завданням демеколога -- з`ясувати ці фактори.

А ось чому потрібна математика.

Математика, наша приятелька, стверджує, що будь-яка популяція,

будь-яка, буде рости в експоненціально,

якщо не виникне ніяких перешкод.

Показовий ріст означає, що популяція росте

пропорційно до чисельності популяції.

Тож тут, на початку 2012

напевно, було лише 1 000 комарів в Далласі.

Але потім, скажемо, через місяць, з`явилося 3 000.

Тож, народивши в три рази більше комарів,

їхня популяція зростала в 3 рази швидше,

ніж тоді, коли їх було 1 000.

Потім їх стає 9 000,

тобто в 3 рази швидше,

ніж тоді, коли їх було 3 000.

і так далі до некінечності.

і по такому ж сценарію, всі комарі

" Ось вам, ємкість середовища, вкрита хітином впритул!

Ніщо нас не зупинить"

Але знаєте, чого на справді не відбулось?

Тобто, це могло трохи статись.

Люди перебувають на кривій показового росту,

ще, наприклад, з індустріальної революції.

Але врешті-решт щось зупиняє ріст населення.

Причиною цього може бути залежний від щільності фактор,

таке як недостача їжі, епідемія.

Або причиною може бути незалежний від щільності фактор,

таке як астероїд, що накриє весь континент.

Проте, крива показового росту не може завжди рости.

Коли ці фактори вступають в силу,

популяція зазнає лише логічного росту.

Це означає, що популяція обмежена

ємкістю середовища,

що й не потребує багато питань.

Бачите, як графік вирівнюється зверху?

Фактор, що створює цю стабільність

майже завжди залежить від щільності.

Якщо збільшити кількість комарів, приріст популяції

почне зменшуватися, адже буде нестача їжі та простору.

І коли ми приходимо до ті точки, де кількість зрівнюється,

це число й буду ємкістю середовища

популяції комарів у певному місці.

Тепер давай примінемо ці ідеї

використовуючи просте рівняння, яке дозволить нам

вирахувати приріст будь-якої популяції.

Я знаю, це математика, але прокинтесь, адже це важливо!

Даллас залежать від тебе!

Тож давайте підрахуємо популяцію комарів в Далласі

протягом 2 тижнів.

Все що нам потрібно, щоб вирахувати темпи зросту, r,

взяти кількість народжуваності.

Народжуваність мінус кількість смертей.

І поділити це на початковий розмір популяції.

Що ми узагальнимо під літерою N.

Тож, припустимо, ми почали з початкової популяції

100 комарів.

Кожен комар живе в середньому 2 тижні.

Смертей протягом 2 тижнів буде 100.

Половина комарів -- самки, тож 50.

І вони народять 1 000 протягом всього їхнього життя,

тож множимо на 2 000.

ууу.

50 матусь-комарів помножити на 2 000 діток на кожну маму.

і ми отримуємо народжуваність - 100тис. маленьких діток-комариків.

Хоча ми й включили всі числа в рівняння,

це все чисто гіпотетично.

Ми побачимо справжній масштаб далласької проблеми з комарами.

І бац! Через 2 тижні популяція вже має 200 000 діточок

і лише 100 з них померло.

Тож приріст популяції, якщо ви дружите

з математикою, 999.

Це означає, що на початку 2 тижнів

на кожного комара

буде в 999 раз більше особин

в кінці 2 тижнів.

і це 99, 800% збільшення.

Молот Тора!

І знову ж, це лише гіпотетичні числа.

Але це дає саме ідею того, як популяція

може вийти із-під контролю,

коли всі фактори, про які ми говорили, стають на її бік.

Ви ще не бачили справжніх проблем,

поки не дізнаєтесь, як виглядає графік популяції людей

за останню пару тисячоліть.