Strategia RK

Curbele de creștere a populației

În ecologie , strategia rK sau selecția rK este un model teoretic care descrie dinamica prin care crește o populație a unei specii date și se afirmă într-un ecosistem .

Fundamente

Modelul a fost propus de Edward Osborne Wilson și Robert MacArthur în 1967 , pe baza studiilor lor asupra biogeografiei insulare și descrie aspectele fundamentale cu care populația unei specii variază în timp într-un mediu.

Studiile privind dinamica populației analizează fenomenele pe termen scurt din punct de vedere biometric, definind parametri cantitativi precum rata de creștere și distribuția în funcție de vârstă, dar nu iau în considerare dinamica pe termen lung sau soarta pe care o va avea un specific mai ales într-un mediu dinamic. Teoria selecției rK definește bazele ecologice și etologice pe care se bazează dinamica unei populații, stabilind condițiile prealabile pentru dezvoltarea modelelor de prognoză care definesc potențialul de succes al unei specii date.

Teoria, exprimată în termeni cantitativi, se bazează fundamental pe relația a două variabile care sunt, respectiv, potențialul biotic și capacitatea de suport a mediului .

Conceptul de potențial reproductiv sau potențial biotic a fost dezvoltat de Chapman în 1928 ^[1] . Chapman a definit potențialul biotic ca fiind capacitatea intrinsecă a organismelor de a crește în număr și l-a legat de parametrii demografici cuantificabili, precum numărul de indivizi dintr-o generație, raportul numeric dintre sexe, frecvența evenimentelor de reproducere în unitatea de timp, și altele mai puțin cuantificabile, cum ar fi capacitatea de supraviețuire.

Conceptul de capacitate de încărcare a mediului sau capacitate biologică specifică (numită capacitate de încărcare în limba engleză ) a fost elaborat matematic de statisticistul Pierre François Verhulst în 1838 ^[2] . Capacitatea portantă exprimă numărul maxim de persoane care pot fi întreținute stabil într-un mediu.

Teoria selecției rK aplică ecuația Verhulst ca model matematic:

${\frac {dN}{dt}}=rN\left(1-{\frac {N}{K}}\right)$ ${\ displaystyle {\ frac {dN} {dt}} = rN \ left (1 - {\ frac {N} {K}} \ right)}$ ${\ displaystyle {\ frac {dN} {dt}} = rN \ left (1 - {\ frac {N} {K}} \ right)}$

unde este:

N este numărul de indivizi
r potențialul biotic
K capacitatea portantă
t timpul variabil

Relația dintre potențialul biotic (reproductiv) și capacitatea portantă de mediu

Din punct de vedere ecologic, cele două variabile sunt reciproc independente.

Potențialul biotic este o variabilă asociată cu caracteristicile intrinseci ale speciei. Pe termen scurt, este independent de condițiile de mediu și poate fi reprezentat de ecuația Chapman:

${\frac {DN}{dt}}=rN$ ${\ displaystyle {\ frac {DN} {dt}} = rN}$ ${\ displaystyle {\ frac {DN} {dt}} = rN}$

Prin integrarea acestei funcții se obține relația

$N=N_{o}\cdot e^{rt}$ ${\ displaystyle N = N_ {o} \ cdot e ^ {rt}}$ ${\ displaystyle N = N_ {o} \ cdot e ^ {rt}}$

După cum se poate observa, dimensiunea unei populații depinde de numărul de indivizi din generația părintească și de factorul timp și se desfășoară în termeni exponențiali. Cu toate acestea, această relație are o valoare exclusiv teoretică, deoarece nu ia în considerare rezistența opusă mediului, adică capacitatea portantă. Capacitatea portantă este asociată cu caracteristicile atât ale speciilor, cât și ale mediului. Valoarea sa este mai mare cu cât rezistența oferită de mediu unei specii date este mai mică.

Observând ecuația Verhulst, se poate deduce că, pentru fiecare specie, dinamica populației urmează o curbă a cărei tendință depinde în același timp de potențialul reproductiv și de relația dintre dimensiunea actuală a populației și capacitatea de transport a mediului:

fără capacitate portantă, speciile cu potențial reproductiv ridicat prezintă rate ridicate de creștere a populației, în timp ce speciile cu potențial reproductiv scăzut prezintă o creștere lentă;
În afară de potențialul reproductiv, o capacitate de încărcare ridicată indică faptul că o specie, într-un mediu dat, poate atinge densități mari de populație, în timp ce o valoare scăzută a factorului K indică faptul că populația va avea o densitate scăzută.

În cele din urmă, ecuația lui Verhulst sintetizează matematic dinamica populației unei specii într-un mediu dat în funcție de relația dintre variabilele r și K și gradul de dezvoltare a populației. În rezumat, pot apărea următoarele condiții:

speciile cu un potențial reproductiv ridicat ajung rapid la echilibru;
speciile cu potențial redus de reproducere ajung încet la echilibru;
densitatea populației în echilibru depinde de capacitatea de transport a mediului, deci vor exista specii cu densitate mare a populației și altele cu densitate mică;
pentru orice specie, dinamica de echilibru depinde de relația dintre dimensiunea populației și capacitatea de încărcare a mediului: dacă populația depășește capacitatea de încărcare, diferențialul de creștere este negativ și populația scade.

Conform teoriei selecției rK, diferitele specii implementează diferite strategii de dezvoltare demografică. Se pot distinge două cazuri extreme, indicate respectiv ca strategie r și strategie K. Între aceste două modele de referință există în natură diverse cazuri intermediare care, în funcție de tendința tendinței, pot fi urmărite înapoi la unul dintre cele două cazuri extreme.

Strategia R

Strategia R este definită ca dinamica populației bazată pe potențialul reproductiv. Populațiile speciilor de strategie r sunt caracterizate, pe termen scurt, de rate exponențiale de creștere care apar atâta timp cât condițiile de mediu sunt favorabile. Populația crește rapid și colonizează mediul până atinge un vârf care depinde, desigur, de capacitatea de încărcare a mediului. Aceste faze de gradație sunt alternate cu prăbușiri bruște datorate unei reduceri drastice a factorului K: depășirea capacității portante are un impact atât de mare încât să reducă factorul K. În consecință, populația se va regăsi la niveluri nedurabile care determină reducerea drastică a acestuia.

Curba de creștere a populației are o tendință J în faza de gradare, în timp ce pe termen lung este caracterizată de tendințe descrescătoare mai mult sau mai puțin înclinate.

Speciile de strategie r sunt caracterizate de elemente care denotă o capacitate notabilă de „invazie” a mediului, dar și o instabilitate substanțială:

prolificitate ridicată;
cicluri scurte de dezvoltare ontogenetică ;
rotație generațională intensă;
mortalitate ridicată;
piramide de vârstă pe bază largă.

Din punct de vedere etologic, în special cu această strategie, aceștia folosesc îngrijiri rare pentru descendenții lor și manifestă o concurență intraspecifică considerabilă. Indivizii se dezvoltă rapid la vârsta de reproducere într-un timp scurt. În ciuda mortalității ridicate, care este identificată material cu capacitatea de încărcare a mediului, prolificitatea ridicată și frecventa rotație generațională sunt capabile să garanteze rate de creștere intense.

Rezistența mediului se exprimă prin presiunea ecologică asupra speciei. Când se atinge punctul critic, odată cu depășirea capacității de încărcare, se declanșează reacții homeostatice care conduc la prăbușirea bruscă a populației din cauza unei creșteri semnificative a ratei mortalității : insuficiența resurselor alimentare determinată de concurența intraspecifică sunt factori de mortalitate. , debutul bolilor epidemice, creșterea populației de organisme antagoniste, în acest caz prădători și paraziți .

Speciile de strategie R sunt în general incluse printre microorganisme ( bacterii , ciuperci , protiști , alge ) și nevertebrate . Majoritatea vertebratelor includ pești și amfibieni . Plantele , într-o oarecare măsură, se referă la strategia R, totuși ele arată cea mai înaltă expresie, în special speciile erbacee anuale. Din punct de vedere funcțional, aceste specii se situează în principal printre organismele producătoare, consumatorii primari și saprofite.

Strategia K

Strategia K este definită ca dinamica populației bazată pe capacitatea de adaptare și supraviețuire. Populațiile speciilor de strategie K au rate de creștere lente și, odată ce capacitatea de încărcare a mediului este saturată, se stabilesc la un nivel de echilibru, cu oscilații „fiziologice” în jurul acestei valori.

Spre deosebire de speciile strategiei r, populația nu suferă prăbușirile bruște care apar la vârful gradării. Curba pe termen lung este de fapt reprezentată de o curbă sigmoidă sau logistică a cărei regresie statistică abordează asimptotic o linie orizontală cu ordonată corelată cu capacitatea portantă.

Speciile strategiei K sunt caracterizate de elemente care denotă o creștere lentă, dar substanțial stabilă a populației. Fluxul de energie și materie este, de fapt, îndreptat spre capacitatea de adaptare și supraviețuire, mai degrabă decât spre potențialul reproductiv:

fertilitate moderat scăzută;
cicluri de dezvoltare ontogenetice relativ lungi (= individuale);
schimbarea generațională amânată în timp, cu suprapunerea mai multor generații;
rata scăzută a mortalității;
piramide de vârstă cu benzi distribuite proporțional.

Din punct de vedere etologic, speciile cu această strategie prezintă comportamente care tind să stabilească condiții de echilibru. Indivizii se dezvoltă lent și odată ajuns la maturitate sunt capabili să se reproducă pentru o perioadă relativ lungă de timp, prezentând o anumită longevitate. Gradul scăzut de prolificitate este compensat de îngrijirea descendenților, un comportament care reduce considerabil mortalitatea până la vârsta de reproducere. Concurența intraspecifică este limitată - cel puțin în rândul animalelor - de comportamente care tind să o prevină, cum ar fi teritorialitatea. Factorii naturali de control, reprezentați de boli și antagoniști naturali, au un impact redus, prin urmare tind să mențină rata mortalității constantă fără creșteri bruște, așa cum se întâmplă în schimb în strategia r.

Speciile de strategie K sunt incluse în principal printre păsări și mamifere și unele reptile , dar trebuie remarcat faptul că, în aceste categorii sistematice, sunt frecvente și speciile de strategie r. Din punct de vedere funcțional, acestea ocupă în general vârful lanțurilor alimentare, dar sunt plasate, de asemenea, cu unele prerogative, în rândul consumatorilor primari (de exemplu, erbivorele mari).

Aspecte practice

Strategii de dezvoltare și succesiuni ecologice

Un interes deosebit este relația care leagă strategia de dezvoltare de caracteristicile intrinseci ale ecosistemelor. Ambele strategii au avantaje și dezavantaje, determinând condițiile pentru o cerere în funcție de context.

Speciile strategiei r sunt definite în mod obișnuit, potrivit punctului de vedere, oportunist sau pionier . Aceste specii sunt de fapt capabile să exploateze condiții tranzitorii favorabile, colonizând rapid mediul înconjurător, dar populațiile lor scad drastic când sosesc condiții nefavorabile. Se găsesc în condiții de avantaj biologic la niveluri scăzute de biodiversitate și cu ocazia fluxurilor excesive de energie și materie. Din aceste motive, speciile de strategie r au avantajul în ecosistemele tinere, în cele degradate și, în general, în cele supuse unor variații sezoniere puternice.

Speciile strategiei K, pe de altă parte, sunt mult mai solicitante și necesită condiții de mediu stabile și echilibrate. În astfel de condiții, acestea manifestă o competitivitate remarcabilă, ajungând să colonizeze permanent ecosistemul. Acestea se află în condiții avantajoase la niveluri ridicate de biodiversitate și cu fluxuri stabile de energie și materie. Din aceste motive, speciile de strategie K au avantajul în ecosisteme mature și mai productive.

Strategii de dezvoltare și degradare a mediului

În condiții de echilibru, o comunitate în stadiul climacic sau apropiată de ea, vede o afirmare puternică a speciei cu strategia K. Speciile cu strategia r, deși prezente, nu sunt capabile să-și desfășoare potențialul de reproducere ca dinamică a populației sunt amortizate de capacitatea de reacție homeostatică a ecosistemului matur.

Cu toate acestea, superioritatea biologică a strategiei K prezintă o slăbiciune intrinsecă în dependența sa puternică de condițiile de echilibru și stabilitate. Situațiile de dezechilibru, chiar temporare, cauzate de evenimente de degradare a mediului au efecte dezastruoase asupra acestor specii.

Strategii de dezvoltare și agrosisteme

Un aspect de mare importanță practică este împărțirea între specii cu strategii K și r în agro-sisteme . Datorită particularității lor, agrosistemele oferă condiții de mediu optime pentru dezvoltarea speciilor cu strategia r: gradul scăzut de biodiversitate și fluxul intens de energie tranzitorie, datorită contribuției energiei auxiliare (fertilizare), sunt cauzele pululărilor. a fitofagelor , mai ales insecte și alți artropode .

Notă

^ RN Chapman, Analiza cantitativă a factorilor de mediu , în Ecologie , vol. 9, 1928, pp. 111-122.
^ PF Verhulst, Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement , in Correspondance mathématique et physique , vol. 10, 1838, pp. 113-121.

Bibliografie

Mario Ferrari, et al, Agricultural Ecology , ediția a II-a, Milano, Edagricole Scolastico, 2003, ISBN 88-529-0028-4 .
Ermenegildo Tremblay, Potențial biotic și mediu , în Entomologie aplicată. Volumul întâi. Generalități și mijloace de control , ediția a III-a, Napoli, Liguori Editore, 1985, pp. 73-81 , ISBN 88-207-0681-4 .
Antonio Servadei, Sergio Zangheri; Luigi Masutti, Alternanțe cantitative ale populațiilor , în Entomologie generală și aplicată , Padova, CEDAM, 1972, pp. 165-168.
(EN) Robert MacArthur, Edward Osborne Wilson, Theory of Island Biogeography, Princeton University Press, 1967, ISBN 0-691-08836-5 , M.

linkuri externe

Giorgio Mancinelli, Curs de ecologie: lecția 5 ( PDF ), despre materiale didactice ale cursului de licență în biotehnologie , Universitatea din Salento. Adus la 3 iulie 2008 (arhivat din original la 22 martie 2011) .
( EN ) Agner Fog, Cultural r / K Selection , în Journal of Memetics - Modele evolutive de transmitere a informațiilor. Volumul 1 , 1997. Adus la 3 iulie 2008 .

Portalul de biologie

Portal de ecologie și mediu

[1] RN Chapman, Analiza cantitativă a factorilor de mediu , în Ecologie , vol. 9, 1928, pp. 111-122.

[2] PF Verhulst, Notice sur la loi que la population poursuit dans son accroissement , in Correspondance mathématique et physique , vol. 10, 1838, pp. 113-121.

[1]

[2]