메타포메이션

Metapopulation
메타포메이션은 어업에서 중요하다.지역 개체군(1.a, 1.b, 1.c)은 주변 아종 개체군(1.a, 1.b, 1.c)과의 교배원 역할을 한다.개체군은 일반적으로 공간적으로 분리되고 독립적이지만 번식 기간 동안 공간적 중복은 개체군 간의 유전자 흐름을 허용한다.

메타 개체군은 일정 수준에서 상호작용하는 동일한 종의 공간적으로 분리된 개체군으로 구성됩니다.변형 개체수라는 용어는 1969년 리처드 레빈스에 의해 농경지 해충의 개체군 역학 모델을 설명하기 위해 만들어졌지만, 이 개념은 자연 또는 인위적으로 분할된 서식지의 종들에게 가장 광범위하게 적용되어 왔다.Levins의 말에 따르면, 그것은 "인구 집단"[1]으로 구성되어 있다.

메타포메이션은 일반적으로 여러 개의 별개의 개체군과 현재 점유되지 않은 적절한 서식지로 구성된 것으로 간주된다.고전적 메타포메이션 이론에서, 각 개체군은 다른 개체군의 상대적 독립성으로 순환하고 결국 인구통계학적 확률성의 결과로서 멸종한다; 개체군이 작을수록, 근친교배 우울증이 더 많이 발생하고 멸종되기 쉽다.

개별 개체군의 수명은 한정되어 있지만, 메타포메이션 전체는 안정되어 있는 경우가 많다.이는 한 개체군(예를 들어 인구 붐을 경험하고 있을 수 있음)에서 온 이민자들이 다른 개체군의 멸종으로 인해 개방된 서식지를 다시 식민지화할 가능성이 높기 때문이다.그들은 또한 소수 집단으로 이주하여 그 집단을 멸종으로부터 구제할 수도 있다.이러한 구제 효과는 인구 감소가 틈새 기회를 "연구자"에게 개방하기 때문에 발생할 수 있다.

메타 인구 이론의 개발은 소스-싱크 역학의 개발과 함께 고립된 것처럼 보이는 모집단 사이의 연결성의 중요성을 강조했다.비록 어떤 단일 개체군도 주어진 종의 장기적인 생존을 보장할 수 없을지라도, 많은 개체군의 결합 효과는 이것을 할 수 있을 것이다.

메타 개체군 이론은 처음에는 육지 생태계를 위해 개발되었고, 이후 해양 영역에 [2]적용되었다.수산학에서 "하위 개체군"이라는 용어는 메타 개체군 과학 용어 "로컬 개체군"과 같다.대부분의 해양 예는 비교적 정착한 어종이 개별 서식지를 점유하고 있으며, 지역별 모집과 대규모 메타포메이션 개체군 내 다른 지역 개체군으로부터의 모집을 모두 포함한다.크리처앤세일은 지역 인구의 멸종 위험은 무시할 [2]: 32 수 없는 것이어야 한다는 메타포메이션 정의 기준을 엄격하게 적용하는 것에 반대해 왔다.

헬싱키 대학의 핀란드 생물학자 Ilkka Hanski는 메타 인구 이론에 중요한 공헌자였다.

포식 및 진동

포식 및 공간 이질성에 대한 첫 번째 실험은 1920년대 중반에 공식화된 로트카-볼테라 방정식을 기반으로 1930년대에 G. F. 가제에 의해 수행되었지만, 더 이상의 적용은 [3]수행되지 않았다.로트카-볼테라 방정식은 포식자와 먹잇감 사이의 관계가 포식자와 먹잇감의 초기 밀도에 기초해 시간이 지남에 따라 개체수가 변동할 것이라고 시사했다.이 이론의 예측된 진동을 증명하기 위한 가우스의 초기 실험은 포식자와 사료의 상호작용이 이민의 영향을 받지 않았기 때문에 실패했다.하지만, 일단 이민이 도입되자, 개체 주기는 포식자 밀도의 피크 중 약간 왼쪽으로 이동하면서, 로카-볼테라 방정식에 의해 예측된 진동을 정확하게 묘사했다.Huffaker의 실험은 이동의 요소와 공간 이질성 요소 모두가 포식자-사료 진동을 일으키는 방법을 연구함으로써 Gause의 실험으로 확대되었다.

포식자-사료 상호작용에 대한 허파커의 실험 (1958)

포식과 개체수의 변동을 연구하기 위해, Huffaker는 진드기 종을 사용했는데, 하나는 포식자이고 다른 하나는 [4]먹잇감이다.그는 먹잇감이 먹는 오렌지를 포식자와 먹잇감이 [5]상호작용하는 공간 구조화된 서식지로 사용하는 통제된 실험을 설정했다.처음에 Huffaker는 안정적인 포식자와 포식자 간의 상호작용을 만드는 데 있어서 Gause의 그것과 유사한 어려움을 경험했다.오렌지만을 사용함으로써, 먹이 종은 빠르게 멸종되었고, 그 결과 포식자가 멸종했다.하지만, 그는 서식지의 공간 구조를 변경함으로써, 개체군의 동태를 조작할 수 있고 두 종의 전반적인 생존율이 증가하도록 할 수 있다는 것을 발견했다.그는 먹이와 오렌지 사이의 거리를 바꾸고, 포식자의 움직임에 대한 장벽을 세우고, 먹이가 흩어질 [3]수 있는 통로를 만들어서 이것을 했다.이러한 변화는 서식지 패치를 증가시켰고, 결과적으로 먹잇감이 일시적인 보호를 찾을 수 있는 더 많은 지역을 제공했습니다.사냥감이 한 서식지에서 지역적으로 멸종했을 때, 그들은 포식자들의 공격을 받기 전에 새로운 지역으로 이주함으로써 다시 정착할 수 있었다.이러한 서식지의 공간 구조는 포식자와 먹이 종 간의 공존을 가능하게 했고 안정적인 개체수 변동 [6]모델을 촉진했다.메타 개체군이라는 용어는 아직 만들어지지 않았지만, 공간적 이질성과 서식지 패치성의 환경적 요인은 나중에 공간적으로 분리된 종의 개체군 그룹이 서로 상호작용하는 방법과 관련된 메타 개체군의 조건을 설명할 것이다.허파커의 실험은 메타플루가 포식자-사료 상호작용에 직접적으로 영향을 미치고 개체군 [7]역학에도 영향을 미칠 수 있다는 것을 보여주었기 때문에 중요하다.

Levins 모델

Levins의 원래 모델은 패치 내보다 패치 간의 상호작용이 현저하게 적은 적절한 서식지의 많은 패치에 분산된 메타포켓에 적용되었다.패치 내 모집단 역학은 존재와 부재만 고려될 정도로 단순화되었다.모델의 각 패치는 채워지거나 채워지지 않습니다.

N은 특정 시간에 사용된 패치의 비율입니다.시간 dt 동안 점유된 각 패치는 소멸 확률 edt에 의존하지 않을 수 있다.또한 1 - N개의 패치가 사용되지 않습니다.점유하고 있는N개의 각 패치로부터의 전파 생성의 레이트가 일정하다고 가정하면, 일정 시간 dt 동안 점유하고 있지 않은 각 패치는 콜로니제이션 확률 cNdt가 될 수 있습니다.따라서 점유된 패치의 변화율 dN/dt는

이 방정식은 로지스틱 모델과 수학적으로 동등하며, 운반 용량 K는 다음과 같습니다.

및 증가율 r

따라서 평형상태에서는 이 종의 서식지의 일부가 항상 점유되지 않을 것이다.

확률과 메타포메이션

공간 구조와 종의 상호작용에 대한 Huffaker의 연구는[4] 메타 개체군 역학에서의 초기 실험의 한 예이다.Huffaker와[4] [1]Levins의 실험 이후, 확률적 요인을 통합한 모델이 만들어졌습니다.이러한 모델에서는 환경변동성(stochasticity)과 비교적 적은 이행률의 조합이 무기한 또는 예측 불가능한 지속성을 발생시킨다는 것을 알 수 있었습니다.하지만, 허파커의 실험은 통제된 이민 변수 때문에 무한한 지속성을 거의 보장했다.

확률 패치 점유 모델(SPOM)

Levins 모델의 한 가지 큰 단점은 결정론적인 반면, 기본적인 메타포메이션 과정은 확률적이라는 것이다.메타 개체군은 특히 교란된 서식지의 종과 개체군의 생존 가능성, 즉 주어진 시간 간격에 멸종될 가능성을 논할 때 유용하다.Levins 모델에서는 이 문제를 해결할 수 없습니다.공간과 확률적 고려사항을 통합하기 위해 Levins 모델을 확장하는 간단한 방법은 접촉 과정을 사용하는 것이다.이 모델의 간단한 수정은 패치 다이내믹스에도 적용할 수 있습니다.특정 침투 임계값에서는 이러한 구성에서 서식지의 단편화 효과가 발생하며 더욱 급격한 멸종 [8]임계값을 예측합니다.

보존 생물학적 목적을 위해 메타 개체군 모델은 (a) 메타 개체군의 유한 특성(서식지에 적합한 패치의 수) 및 (b) 멸종과 식민화의 확률론적 특성을 포함해야 한다.또한 이러한 모델을 적용하려면 패치의 소멸과 식민화가 비동기화되어야 합니다.

마이크로해비타트 패치(MHP) 및 세균 메타포메이션

대장균의 변형세포 칩에.

나노테크놀로지와 조경생태학을 결합함으로써, 합성 서식지의 풍경은 서식지의 재생을 위한 영양분을 제공하는 나노스케일 채널을 가진 박테리아 미니 서식지의 컬렉션을 만들고, 다양한 토폴로지 배열의 복도로 연결함으로써 칩 위에 형성되어 왔습니다.기회를 제때에 분배할 수 있습니다.이것은 예를 들어 진화 [9]생태학 등 칩에 있는 박테리아 메타플리케이션을 연구함으로써 풍경 실험에 사용될 수 있다.

인생사 진화

메타포메이션 모델은 작은 봄 연못에서 양서류 변성의 생태학적 안정성과 같은 생명-역사적 진화를 설명하기 위해 사용되어 왔다.대체 생태 전략이 발전했다.예를 들어, 일부 도롱뇽은 변형을 포기하고 수생 네오틴처럼 성적으로 성숙합니다.습지의 계절적 지속시간과 그 종의 이동범위에 따라 어떤 연못이 연결되어 있는지, 그리고 이들이 메타 개체군을 형성하는지 여부가 결정된다.봄 풀의 수명이 다하기 전의 지속 시간에 비례하는 양서류의 생활 이력 단계의 지속 시간은 수생 패치와 육지 [10]패치를 연결하는 메타 개체군의 생태학적 개발을 규제한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b Levins, R. (1969), "Some demographic and genetic consequences of environmental heterogeneity for biological control", Bulletin of the Entomological Society of America, 15 (3): 237–240, doi:10.1093/besa/15.3.237
  2. ^ a b Kritzer, J. P. & Sale, P. F. (eds) (2006) 뉴욕, Academical Press.
  3. ^ a b 리얼, 레슬리 A.와 브라운, 제임스 H. 1991.생태학의 기초: 해설이 있는 고전적인 논문들.시카고 대학 출판부, 시카고.
  4. ^ a b c Huffaker, C.B. (1958), "Experimental Studies on Predation: Dispersion factors and predator–prey oscillations", Hilgardia, 27 (343): 343–383, doi:10.3733/hilg.v27n14p343
  5. ^ Legendre, P.; Fortin, M.J. (1989), "Spatial pattern and ecological analysis", Plant Ecology, 80 (2): 107, CiteSeerX 10.1.1.330.8940, doi:10.1007/BF00048036, S2CID 17101938
  6. ^ Kareiva, P. (1987), "Habitat Fragmentation and the Stability of Predator–Prey Interactions", Nature, 326 (6111): 388–390, Bibcode:1987Natur.326..388K, doi:10.1038/326388a0, S2CID 4335135
  7. ^ 얀센, A. et al. 1997지속적 프레데터-프라이 시스템의 메타포메이션 다이내믹스.
  8. ^ Keymer J.E; P.A. Marquet; J.X. Velasco‐Hernández; S.A. Levin (November 2000). "Extinction Thresholds and Metapopulation Persistence in Dynamic Landscapes". The American Naturalist. 156 (5): 478–4945. doi:10.1086/303407. hdl:10533/172124. PMID 29587508. S2CID 4385886.
  9. ^ Keymer J.E.; P. Galajda; C. Muldoon R. & R. Austin (November 2006). "Bacterial metapopulations in nanofabricated landscapes". PNAS. 103 (46): 17290–295. Bibcode:2006PNAS..10317290K. doi:10.1073/pnas.0607971103. PMC 1635019. PMID 17090676.
  10. ^ Petranka, J. W. (2007), "Evolution of complex life cycles of amphibians: bridging the gap between metapopulation dynamics and life history evolution", Evolutionary Ecology, 21 (6): 751–764, doi:10.1007/s10682-006-9149-1, S2CID 38832436.
  • Bascompte J.; Solé R. V. (1996), "Habitat Fragmentation and Extinction Thresholds in spatially explicit models", Journal of Animal Ecology, 65 (4): 465–473, doi:10.2307/5781, JSTOR 5781.
  • Hanski, I. 메타 개체 생태 옥스퍼드 대학 출판부 1999.ISBN 0-19-854065-5
  • 파리그, L. 2003서식지 조각화가 생물 다양성에 미치는 영향.생태학, 진화학 및 체계학 연례 검토34:1 페이지 487
  • Levin S.A. (1974), "Dispersion and Population Interactions", The American Naturalist, 108 (960): 207, doi:10.1086/282900, S2CID 83630608.

외부 링크