Populatsiooni struktuur

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Populatsiooni struktuur on populatsiooni ülesehitus, mis määrab populatsiooni olemuse. Populatsioon ehk asurkond on grupp organismidest, kes elavad koos nii ajas kui ka ruumis ning on võimelised omavahel ristuma. Ühe populatsiooni isendid kuuluvad samasse liiki ja kasutavad elu-, sigimis-, ja toitumispaigana ühist geograafilist piirkonda.

Populatsiooni struktuuri saab väljendada populatsiooni erinevate aspektide kaudu: vanuseline, sooline, geneetiline ja ruumiline struktuur ehk paiknemine.

Vanuseline struktuur

Vanusepüramiid

Populatsiooni vanuseline struktuur ehk vanuskoosseis väljendub populatsiooni vanuserühmade suhtelises osatähtsuses. Vanuserühm on populatsiooni ühevanuste isendite kogum. Vanuselist struktuuri saab väljendada vanusepüramiidiga. Püramiidi kõrgus vastab populatsiooni isendite maksimaalsele elueale ja laius näitab vanuserühmade osatähtsust. Populatsiooni vanuseline struktuur sõltub elueast, keskkonnateguritest ja liigiomasest sigimistüübist (tugev vanemhool ja väike järglaste arv või nõrk vanemhool ja suur järglaste arv). Vanuseline struktuur võib varieeruda populatsiooni areaali erinevates osades. Populatsiooni vanuselist struktuuri mõjutab ka liigisisene konkurents. Konkurentsi tugevus vanusegruppide vahel oleneb organismide kasvumustrist, liigile omasest eluviisist, ümbritsevast keskkonnast, toitumistüübist ja järglaste arvust ning kasvatustüübist. Moondega arenevatel organismidel on vanuserühmadevaheline konkurents väiksem. Moondeta organismidel kattub ökoloogiline nišš eri vanuseklasside lõikes ja seetõttu on konkurents ressurssidele suurem.

Sooline struktuur

Sooline struktuur ehk sugude suhe on populatsiooni emas- ja isasisendite arvu suhe ehk osakaal populatsioonis. Sooline struktuur võib populatsiooni areaali eri osades varieeruda. Varieeruvus võib olla pidev või sesoonne, olenedes liigi ökoloogiast (näiteks imetajate jooksuajad).

Eristatakse kolme erineva vanuserühma sugulist struktuuri:

• Esmast ehk primaarset, mis näitab vastsündinud isendite soolist struktuuri.
• Teisest ehk sekundaarset, mis näitab suguküpsete isendite soolist struktuuri.
• Kolmandast ehk tertsiaarset, mis näitab sigimisvõime minetanud isendite soolist struktuuri.

Soolist struktuuri mõjutavad keskkonnatingimused ja populatsiooni üldine arvukus. Piisava toidubaasi ja normaalse arvukuse korral on emaste ja isaste isendite suhe enam-vähem võrdne. Kui populatsiooni tihedus on väike, sünnib rohkem emaseid, kuna emaste arvu suurenedes suureneb ka juurdekasv. Kui populatsiooni tihedus on suur, suureneb isaste sündimus ja väljaränne.

Geneetiline struktuur

Populatsiooni geneetiline struktuur tuleneb tema alamosade variatiivsusest. Geneetiline struktureeritus populatsioonis tuleneb sellest, et kõik populatsiooni isendid ei paaritu võrdse tõenäosusega. Lisaks juhuslikule ruumis paiknemisele mõjutab seda ka isaste varieeruvus ja populatsiooni sotsiaalne ülesehitus. Populatsiooni geneetiline struktuur tuleneb populatsiooni jagunemisest alampopulatsioonideks ja sinna kuuluvate isendite võimest omavahel ristuda. Samuti mõjutab struktuuri alampopulatsioonide geneetiline mitmekesisus. Mida suurem on geneetiline mitmekesisus väikestes osapopulatsioonides, seda suurem on see kogu populatsioonis.

Populatsioonid on jagunenud alampopulatsioonidesse geograafilistel (näiteks kalad erinevates väikestes järvedes), ökoloogilistel (näiteks parasiidid peremeesliigil) ja sotsiaalsetel (näiteks primaadid karjades) põhjustel. Alampopulatsioonid võivad üksteisest geneetiliselt erineda, sest pikka aega on kestnud isoleeritus. See võib olla tekkinud geograafilistel põhjustel. Samuti võib olla tekkinud suurema populatsiooni isenditel erinev kohastumus ehk adaptiivne radiatsioon (näiteks paalia Islandil), ilma et alampopulatsioonide vahel oleks geograafiline barjäär. Viimane tähendab, et isenditel ei ole otsest ristumisbarjääri, kuid nad ei sattu ruumis kokku, kuna asustavad ühe elukoha erinevaid nišše ja seetõttu ei kohtu ega kopuleeru. Mida suurem on alampopulatsioonide isendite vaheline ristumine, seda heterogeensem on populatsioon. Homogeenne populatsioon on heterogeense populatsiooniga võrreldes nõrgema adaptatsioonivõimega ehk ei kohane sama kiiresti muutlike keskkonnatingimustega. See on populatsioonile ohtlik, kuna võib viia suurema tõenäosusega väljasuremiseni. Sigimishooaja-väline migratsioon või alampopulatsioonide segunemine ei mõjuta geneetilist struktuuri, kuna sellel ajal ei toimu geenide ülekannet järglastele (näiteks lindude ränne).

Ruumiline struktuur

Isendite ruumiline jaotumus ehk territoriaalstruktuur on liigi isendite paiknemine koosluses. See võib olla regulaarne ehk korrapärane, agregatiivne ehk kogumiline või juhuslik. Populatsiooni ühtlane jaotus esineb tavaliselt vaid kultuurtaimedel või metsakultuuride istandustes. Looduses esineb paljudel juhtudel rühmajaotus ehk agregeeritud jaotus, mille korral isendid rühmituvad kogumikesse, mille keskmine arvukus ületab palju kordi keskmise arvukuse kogupindalal. Sellised agregaadid tekivad järgmistel põhjustel:

• Liik vajab üldisest elukeskkonnast erinevat elupaika (näiteks turbasambla kogumikud lohkudes).
• Paljunemise või leviste (näiteks seemnete või eoste) liikuvuse iseärasuste tõttu (näiteks vegetatiivselt paljunevad taimed moodustavad kloone mätaste, kogumike jms kujul).
• Sotsiaalsetel põhjustel (näiteks loomakarjade teke).
• Toidu olemasolu tõttu, näiteks substraat (seentel ja mikroorganismidel), ohver (näiteks kiskjatel) või peremeesorganism (parasiitidel).

Rühmade tekkimise ja püsimise aluseks on vastandlikud tendentsid. Ühelt poolt suureneb konkurents, mille tulemusena tekib sotsiaalne hierarhia ja territoriaalsus. Teiselt poolt võib rühmades loomade eluiga pikeneda, kuna rühmas luuakse suhtlemiseks ja õppimiseks sobiv mikrokliima.

Populatsioon hõlmab teatud ruumi, vastavalt kas territooriumi või akvatooriumi, mida nimetatakse populatsiooni areaaliks või levialaks. Areaali suurus on liigiti erinev, kuna sõltub populatsiooni moodustavate isendite individuaalse aktiivsuse raadiusest. Populatsiooni ruumilist struktuuri iseloomustab populatsiooni tihedus. Seda määratakse hõlmatava ruumi ühe ühiku (ruumala või pindala) kohta tuleva arvukuse, biomassi või energiana. Olenevalt vaadeldavast liigist, võib tiheduse dimensioon (ühik) olla erinev. Mikrobioloogias kasutatakse biomassi kontsentratsiooni mõistet, mis on sisuliselt identne tihedusega (g/l; mg/ml; jne). Populatsiooni arvukust mõjutavad sündimus ja suremus ning isendite sisse- ja väljaränne. Kui sündimuse ja isendite immigratsiooni summa on väiksem kui suremus ja isendite emigratsioon, siis populatsiooni arvukus väheneb. Populatsiooni tihedus iseloomustab populatsiooni seisundit. Samuti näitab see, kui sobiv on konkreetne keskkond vaadeldavale populatsioonile. Populatsiooni tihedust mõjutavad mitmed abiootilised ja biootilised tegurid. Lisaks on populatsioonil palju võimalusi tiheduse isereguleerimiseks. Selle tulemusena on tihedus looduslikes tingimustes üsnagi muutlik, kuid siiski kindlatesse piiridesse jääv suurus. Populatsiooni optimaalne tihedus oleneb liigist. Tihedus võib areaali eri osades varieeruda, olenedes geograafilistest tingimustest, liigi ökoloogiast, ressursside olemasolust jms. Isendite jaotumist ruumis tekitab liigisisene konkurents. Populatsiooni ruumiline struktuur võib sesoonselt erineda. Näiteks kogunevad rändlinnud parvedesse või talvituvad loomad kolooniatena. Selgroogsetel loomadel esinevad perioodilised tiheduse fluktuatsioonid. Näiteks 3–4-aastased tsüklid esinevad arktilistes ja kõrgmäestikupiirkondades lemmingite, uruhiirte, hiirte ja teiste pisinäriliste populatsioonides. 9–11-aastased tsüklid on seotud põhjapoolsete piirkondade ja suurte selgroogsetega, nagu näiteks metsis, valgejänes, ilves või rebane. Tõukeks tsükli algusele antud regioonis võib olla eriti ebasoodsate ilmastikutingimustega periood.

Populatsioon

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Populatsioon ehk asurkond on kõik organismid, mis kuuluvad samasse liiki ja kasutavad elu-, sigimis-, ja toitumispaigana ühist geograafilist piirkonda ehk areaali. Tavaliselt on ristumise tõenäosus oluliselt suurem ühises elukohas elavate isendite vahel (inbriiding), kui sellest eemal geograafiliselt isoleeritud alas elavate isendite vahel (crossbreeding).

Sotsioloogias tähendab populatsioon mingi tunnuse alusel liigitatud inimeste gruppi, kes elavad kindlas kohas. Demograafia ehk rahvastikuteadus on teadusharu, mis uurib inimpopulatsioonide suurust, koosseisu ja liikumist (migratsiooni).

Definitsioon eri käsitlustes

Terminit "populatsioon" lihtsustatakse tihti mitteametlikus kontekstis. Sel juhul tähendab see lihtsalt ühte liiki kuuluvaid organisme. Kuid tegelikult on tegemist spetsiifilisema organismide grupiga. Populatsioonigeneetikas ei viidata populatsioonile kui tervele liigile. Populatsioon on grupp organisme samast liigist, kes elavad piisavalt piiratud geograafilisel alal nii, et potentsiaalselt saavad kõik populatsiooni liikmed vabalt ristuda iga vastassoost liikmega sellest populatsioonist.

Populatsiooniökoloogilisest aspektist on väga täpset definitsiooni keeruline formuleerida, sest liigiti on geograafiline paiknemine väga erinev. Populatsiooni liikmete paiknemine pole kunagi homogeenne: alati esineb suuremal või vähemal määral liitumist ning väiksemate gruppide tekkimist. Sel viisil alampopulatsioonide tekkimine on enamasti põhjustatud keskkonnateguritest: paremini sobivamad elupaigad vahelduvad ebasobivamatega. Näiteks saartel elav maismaa loomastik on sel viisil fragmenteerunud saarestikel ning veel tavalisem on see nähtus näiteks aasadel, kus esineb niiskemaid ja kuivemaid laike, ning metsades, kus on päikeselisemad ja varjulisemad osad. Alampopulatsioon võib tekkida ka sotsiaalse käitumise erinevustest. Selline nähtus esineb näiteks huntide seas, kui isendid moodustavad karju. Isegi inimpopulatsioon on grupeerunud alampopulatsioonideks: külad või linnad on üldiselt moodustatud soodsatele aladele, mis on eemal mägedest või kõrbest, kus on ekstreemsemad elutingimused. Sellised geograafilised piirid mängivad olulist rolli, sest enamik liikidest, kaasaarvatud inimesed, valivad suurema tõenäosusega endale kaaslase oma elupaiga lähedalt.

Populatsiooniökoloogia

Tänapäeva ökoloogias on ühtedeks põhiküsimusteks populatsioone puudutavad probleemid, näiteks optimaalne liikide arv piirkonnas, millised tegurid mõjutavad selle arvu langust ja kuidas liigid omavahel suhtlevad. Selliseid küsimusi kokku võttes on loodud termin populatsiooniökoloogia. Populatsiooniökoloogia on osa suuremast teadusharust, populatsioonibioloogiast, mis hõlmab nii evolutsioonilisi kui ka ökoloogilisi tegureid, mis mõjutavad populatsiooni.

Thomas Robert Malthus – esimene teadlane, kes uuris populatsioone

Esimesena uuris lähemalt populatsioone ja selles toimuvaid protsesse Thomas Robert Malthus. Oma teoses "Essay on the Principle of Population" (1798) kirjutas T. Malthus, et kui sündide ja surmade arv on konstantne, eeldades et sünde on rohkem kui surmasid, siis populatsioon kasvab geomeetriliselt seniajani, kuni väline tegur hakkab seda piirama. Tänapäevani kasutatakse Malthuse parameetrit indeksina, et kirjeldada populatsiooni. T. Malthuse ideed mõjutasid paljusid esimese generatsiooni biolooge, kes hakkasid mõtlema populatsioonides toimuvate protsesside peale. Ühes selliseks oli Charles Darwin, kes mõistis, et geomeetriline populatsiooni kasv toob kaasa tohutu suremuse ning sellest tulenevalt annab suure eelise igale päritavale tunnusele, mis aitab isendil ellujäämise eest võidelda.

Populatsioonigeneetika

Populatsioonigeneetika järgi kõik organismid, kus isendipaar saab omavahel järglasi, moodustavad paljunemisvõimelise populatsiooni. Eeldus on vaid selles, et kõik populatsiooni liikmed kuuluksid ühte ja samasse liiki. Populatsioonigeneetika eesmärk on välja selgitada geneetilised erinevused nii liigisiseselt kui ka liikide vahel. Kõige laiemas mõistes on populatsioonigeneetika teadus, mis uurib organismide loomulikult tekkivaid geneetilisi erinevusi. Geneetilisi erinevusi, mis on tavalised samast liigist organismidel, nimetatakse geneetiliseks polümorfismiks. Seevastu aga geneetilised erinevused, mis akumuleeruvad eri liikidel, moodustavad divergentsi. Sellest tulenevalt võib öelda, et populatsioonigeneetika on teadusharu, mis uurib polümorfismi ja divergentsi.

Ajalugu

Suurem osa tänapäeva populatsioonigeneetika uuringutest on seotud DNA ja proteiinide analüüsidega. Kuid populatsioonigeneetika teoreetiline ja empiiriline areng algas juba 1890. aastate alguses. Charles Darwin ja Gregor Mendel olid teadlased, kes avastasid populatsioonigeneetika alusteadmised, kuigi kumbki neist seda sel ajal ei taibanud. Darwin tähtsustas evolutsioonilistes protsessides pärilikkust ja variatsioone ning Mendel avastas pärilikkuse mehhanismi. Darwin polnud kursis Mendeli tööga ning seetõttu erines tema arusaam pärilikkusest väga sellest mehhanismist, mida tänapäeval teatakse ja tunnustatakse.

Kahekümnenda sajandi alguses oli levinud kaks vastandlikku arvamust evolutsiooniprotsesside kohta, mida toetasid kaks koolkonda: saltatsionistid ja gradualistid. Kui 1900. aastal Mendeli tööd uuesti avastati, võtsid mõlemad pooled väga erinevad hoiakud. Saltatsionistid toetasid Mendeli päritavuse ideid, sest nad arvasid, et see toetab nende kujutluspilti katkendlikust evolutsioonist. Seetõttu hakati neid nimetama mendelistideks. Gradualistid vaidlesid, et Mendeli eksperimendid pidevalt varieeruvate tunnustega viitavad pigem järkjärgulisele päritavusele ning neid hakati nimetama biomeetrikuteks. Vaidlused mendelistide ja biomeetrikute vahel kestsid üle kümne aasta, kuna konfliktid tekkisid tihti personaalsete arvamuste ebakõlast ning isikute omavahelistest ebasobivusest, mitte alati teaduslikel teemadel.

1918. aastal avaldas Ronald Aylmer Fisher artikli, milles kirjutas, et biomeetrikute mõõdetud pidev varieeruvus võib olla põhjustatud mitme geeni koosmõjust. 1930. aastal avaldas ta oma töödest kogumiku "The Genetical Theory of Natural Selection". Järgnenud 70 aasta jooksul tekitas see teos tormilist huvi ja ajas paljud geneetikud marru.

Aastatel 1924–1932 avaldas Briti geneetik John Burdon Sanderson Haldane teaduslikke artikleid üldnimetuse all "A Mathematical Theory of Natural and Artificial Selection". Nendes artiklites ta töötas välja teooria, mis seletas, kuidas looduslik valik on seotud geenitriivi, inbriidingu, mutatsioonide, epistaasi ja muude protsessidega.

Sewall Green Wright oli USA geneetik, kelle varasemad tööd olid seotud merisigade karvavärvi uurimisega. 1931. aastal avaldas ta pika teadusliku artikli "Evolution in Mendelian Populations", kus ta seletas lahti oma arvamuse evolutsioonilise geneetika kohta. Wrighti vaatenurk erines oluliselt Fisheri ja Haldane'i omast. Kaks Wrighti olulisimat panust geneetikasse on inbriidingu koefitsiendi ja efektiivse populatsiooni suuruse idee. Peaaegu kogu tänapäeva populatsioonigeneetika põhineb nendel mõistetel.

Hardy-Weinbergi seadus

Hardy-Weinbergi seadus on väga oluline alusteadmine populatsioonigeneetikas, mistõttu nimetatakse seda ka populatsioonigeneetika põhiseaduseks. See seaduspära on nimetatud kahe teadlase järgi: Godfrey Hardy (1908) ja Wilhelm Weinberg (1908).

Suures isoleeritud panmiktilises ehk vabalt ristuvas populatsioonis, milles ei toimi mutagenees ega valik, säilivad alleeli- ja genotüübisagedused põlvkonniti muutumatud, kusjuures genotüübisagedused on määratud alleelisagedustest ruutseose kaudu. Kui lihtsaima mudelina vaadelda üht autosoomset dialleelset lookust, mille alleelide A ja a sagedused geenifondis on vastavalt p ja q, siis väljendab seost alleelisageduste ja genotüübisageduste vahel võrrand:

Hardy-Weinbergi seadus graafiliselt

                                          [p(A) + q(a)]2= p2(AA) + 2pq(Aa) + q2(aa) = 1

Populatsioon, kus kehtib see Hardy-Weinbergi võrrand, on geneetilise tasakaalu seisundis ja püsib selles, kuni mingi geneetilise dünaamika tegur (evolutsioonitegur) ei põhjusta muutusi.

Adaptiivne radiatsioon

Adaptiivne radiatsioon (ka adaptiivradiatsioon, ökoloogiline divergents, ökoloogiline lahknemine, kohastumuslik radiatsioon) on ühest eellasgrupist lähtuv uute liikide või liigigruppide tekkimine, mis erinevad märgatavalt mingite funktsionaalsete tunnuste poolest.

Tuntud adaptiivse radiatsiooni näide on Darwini vindid.

Geneetiline polümorfism

Geneetiline polümorfism on mingi lookuse kahe või enama alleeli (ja tihti ka fenotüübi) esinemine populatsioonis, kusjuures ka haruldasima alleeli sagedus on suurem, kui vahetu mutatsiooniline teke seda võimaldaks.

Eristatakse varjatud ja avalduvat polümorfismi, üleminevat ehk ajutist, adaptiivset ja neutraalset polümorfismi ning regionaalset polümorfismi.

Populatsiooni efektiivne suurus

Populatsiooni efektiivne suurus (inglise effective population size) on paljunevate isendite arv populatsioonis.

 Populatsioonigeneetilistes töödes kasutatakse tähist N_e.

Mõiste võttis kasutusele USA geneetik Sewall Wright.

Populatsiooniökoloogia ehk demökoloogia

Demökoloogia ehk populatsiooniökoloogia (Schwerdtfeger 1963: 13–14) on ökoloogia haru, mis uurib organismide 

populatsioone ja nende keskkonnaoludest johtuvat dünaamikat.

Populatsiooniökoloogia

Tänapäeva ökoloogias on ühtedeks põhiküsimusteks populatsioone puudutavad probleemid, näiteks optimaalne liikide arv piirkonnas, millised tegurid mõjutavad selle arvu langust ja kuidas liigid omavahel suhtlevad. Selliseid küsimusi kokku võttes on loodud termin populatsiooniökoloogia. Populatsiooniökoloogia on osa suuremast teadusharust, populatsioonibioloogiast, mis hõlmab nii evolutsioonilisi kui ka ökoloogilisi tegureid, mis mõjutavad populatsiooni.

Thomas Robert Malthus – esimene teadlane, kes uuris populatsioone

Esimesena uuris lähemalt populatsioone ja selles toimuvaid protsesse Thomas Robert Malthus. Oma teoses "Essay on the Principle of Population" (1798) kirjutas T. Malthus, et kui sündide ja surmade arv on konstantne, eeldades et sünde on rohkem kui surmasid, siis populatsioon kasvab geomeetriliselt seniajani, kuni väline tegur hakkab seda piirama. Tänapäevani kasutatakse Malthuse parameetrit indeksina, et kirjeldada populatsiooni. T. Malthuse ideed mõjutasid paljusid esimese generatsiooni biolooge, kes hakkasid mõtlema populatsioonides toimuvate protsesside peale. Ühes selliseks oli Charles Darwin, kes mõistis, et geomeetriline populatsiooni kasv toob kaasa tohutu suremuse ning sellest tulenevalt annab suure eelise igale päritavale tunnusele, mis aitab isendil ellujäämise eest võidelda.

Populatsioon

Populatsioon ehk asurkond on kõik organismid, mis kuuluvad samasse liiki ja kasutavad elu-, sigimis-, ja toitumispaigana ühist geograafilist piirkonda ehk areaali. Tavaliselt on ristumise tõenäosus oluliselt suurem ühises elukohas elavate isendite vahel (inbriiding), kui sellest eemal geograafiliselt isoleeritud alas elavate isendite vahel (crossbreeding).

Ökosüsteemi tasemed: isend-populatsioon-kooslus-ökosüsteem-bioom-biosfäär

Sotsioloogias tähendab populatsioon mingi tunnuse alusel liigitatud inimeste gruppi, kes elavad kindlas kohas. Demograafia ehk rahvastikuteadus on teadusharu, mis uurib inimpopulatsioonide suurust, koosseisu ja liikumist (migratsiooni).

Definitsioon eri käsitlustes

Terminit "populatsioon" lihtsustatakse tihti mitteametlikus kontekstis. Sel juhul tähendab see lihtsalt ühte liiki kuuluvaid organisme. Kuid tegelikult on tegemist spetsiifilisema organismide grupiga. Populatsioonigeneetikas ei viidata populatsioonile kui tervele liigile. Populatsioon on grupp organisme samast liigist, kes elavad piisavalt piiratud geograafilisel alal nii, et potentsiaalselt saavad kõik populatsiooni liikmed vabalt ristuda iga vastassoost liikmega sellest populatsioonist.

Populatsiooniökoloogilisest aspektist on väga täpset definitsiooni keeruline formuleerida, sest liigiti on geograafiline paiknemine väga erinev. Populatsiooni liikmete paiknemine pole kunagi homogeenne: alati esineb suuremal või vähemal määral liitumist ning väiksemate gruppide tekkimist. Sel viisil alampopulatsioonide tekkimine on enamasti põhjustatud keskkonnateguritest: paremini sobivamad elupaigad vahelduvad ebasobivamatega. Näiteks saartel elav maismaa loomastik on sel viisil fragmenteerunud saarestikel ning veel tavalisem on see nähtus näiteks aasadel, kus esineb niiskemaid ja kuivemaid laike, ning metsades, kus on päikeselisemad ja varjulisemad osad. Alampopulatsioon võib tekkida ka sotsiaalse käitumise erinevustest. Selline nähtus esineb näiteks huntide seas, kui isendid moodustavad karju. Isegi inimpopulatsioon on grupeerunud alampopulatsioonideks: külad või linnad on üldiselt moodustatud soodsatele aladele, mis on eemal mägedest või kõrbest, kus on ekstreemsemad elutingimused. Sellised geograafilised piirid mängivad olulist rolli, sest enamik liikidest, kaasaarvatud inimesed, valivad suurema tõenäosusega endale kaaslase oma elupaiga lähedalt.

Populatsiooniökoloogia

Tänapäeva ökoloogias on ühtedeks põhiküsimusteks populatsioone puudutavad probleemid, näiteks optimaalne liikide arv piirkonnas, millised tegurid mõjutavad selle arvu langust ja kuidas liigid omavahel suhtlevad. Selliseid küsimusi kokku võttes on loodud termin populatsiooniökoloogia. Populatsiooniökoloogia on osa suuremast teadusharust, populatsioonibioloogiast, mis hõlmab nii evolutsioonilisi kui ka ökoloogilisi tegureid, mis mõjutavad populatsiooni.

Thomas Robert Malthus – esimene teadlane, kes uuris populatsioone

Esimesena uuris lähemalt populatsioone ja selles toimuvaid protsesse Thomas Robert Malthus. Oma teoses "Essay on the Principle of Population" (1798) kirjutas T. Malthus, et kui sündide ja surmade arv on konstantne, eeldades et sünde on rohkem kui surmasid, siis populatsioon kasvab geomeetriliselt seniajani, kuni väline tegur hakkab seda piirama. Tänapäevani kasutatakse Malthuse parameetrit indeksina, et kirjeldada populatsiooni. T. Malthuse ideed mõjutasid paljusid esimese generatsiooni biolooge, kes hakkasid mõtlema populatsioonides toimuvate protsesside peale. Ühes selliseks oli Charles Darwin, kes mõistis, et geomeetriline populatsiooni kasv toob kaasa tohutu suremuse ning sellest tulenevalt annab suure eelise igale päritavale tunnusele, mis aitab isendil ellujäämise eest võidelda.

Populatsioonigeneetika

 Populatsioonigeneetika järgi kõik organismid, kus isendipaar saab omavahel järglasi, moodustavad paljunemisvõimelise populatsiooni. Eeldus on vaid selles, et kõik populatsiooni liikmed kuuluksid ühte ja samasse liiki. Populatsioonigeneetika eesmärk on välja selgitada geneetilised erinevused nii liigisiseselt kui ka liikide vahel. Kõige laiemas mõistes on populatsioonigeneetika teadus, mis uurib organismide loomulikult tekkivaid geneetilisi erinevusi. Geneetilisi erinevusi, mis on tavalised samast liigist organismidel, nimetatakse geneetiliseks polümorfismiks. Seevastu aga geneetilised erinevused, mis akumuleeruvad eri liikidel, moodustavad divergentsi. Sellest tulenevalt võib öelda, et populatsioonigeneetika on teadusharu, mis uurib polümorfismi ja divergentsi.

Ajalugu

Suurem osa tänapäeva populatsioonigeneetika uuringutest on seotud DNA ja proteiinide analüüsidega. Kuid populatsioonigeneetika teoreetiline ja empiiriline areng algas juba 1890. aastate alguses. Charles Darwin ja Gregor Mendel olid teadlased, kes avastasid populatsioonigeneetika alusteadmised, kuigi kumbki neist seda sel ajal ei taibanud. Darwin tähtsustas evolutsioonilistes protsessides pärilikkust ja variatsioone ning Mendel avastas pärilikkuse mehhanismi. Darwin polnud kursis Mendeli tööga ning seetõttu erines tema arusaam pärilikkusest väga sellest mehhanismist, mida tänapäeval teatakse ja tunnustatakse.

Kahekümnenda sajandi alguses oli levinud kaks vastandlikku arvamust evolutsiooniprotsesside kohta, mida toetasid kaks koolkonda: saltatsionistid ja gradualistid. Kui 1900. aastal Mendeli tööd uuesti avastati, võtsid mõlemad pooled väga erinevad hoiakud. Saltatsionistid toetasid Mendeli päritavuse ideid, sest nad arvasid, et see toetab nende kujutluspilti katkendlikust evolutsioonist. Seetõttu hakati neid nimetama mendelistideks. Gradualistid vaidlesid, et Mendeli eksperimendid pidevalt varieeruvate tunnustega viitavad pigem järkjärgulisele päritavusele ning neid hakati nimetama biomeetrikuteks. Vaidlused mendelistide ja biomeetrikute vahel kestsid üle kümne aasta, kuna konfliktid tekkisid tihti personaalsete arvamuste ebakõlast ning isikute omavahelistest ebasobivusest, mitte alati teaduslikel teemadel.

1918. aastal avaldas Ronald Aylmer Fisher artikli, milles kirjutas, et biomeetrikute mõõdetud pidev varieeruvus võib olla põhjustatud mitme geeni koosmõjust. 1930. aastal avaldas ta oma töödest kogumiku "The Genetical Theory of Natural Selection". Järgnenud 70 aasta jooksul tekitas see teos tormilist huvi ja ajas paljud geneetikud marru.

Aastatel 1924–1932 avaldas Briti geneetik John Burdon Sanderson Haldane teaduslikke artikleid üldnimetuse all "A Mathematical Theory of Natural and Artificial Selection". Nendes artiklites ta töötas välja teooria, mis seletas, kuidas looduslik valik on seotud geenitriivi, inbriidingu, mutatsioonide, epistaasi ja muude protsessidega.

Sewall Green Wright oli USA geneetik, kelle varasemad tööd olid seotud merisigade karvavärvi uurimisega. 1931. aastal avaldas ta pika teadusliku artikli "Evolution in Mendelian Populations", kus ta seletas lahti oma arvamuse evolutsioonilise geneetika kohta. Wrighti vaatenurk erines oluliselt Fisheri ja Haldane'i omast. Kaks Wrighti olulisimat panust geneetikasse on inbriidingu koefitsiendi ja efektiivse populatsiooni suuruse idee. Peaaegu kogu tänapäeva populatsioonigeneetika põhineb nendel mõistetel.

Hardy-Weinbergi seadus

Hardy-Weinbergi seadus on väga oluline alusteadmine populatsioonigeneetikas, mistõttu nimetatakse seda ka populatsioonigeneetika põhiseaduseks. See seaduspära on nimetatud kahe teadlase järgi: Godfrey Hardy (1908) ja Wilhelm Weinberg (1908).

Suures isoleeritud panmiktilises ehk vabalt ristuvas populatsioonis, milles ei toimi mutagenees ega valik, säilivad alleeli- ja genotüübisagedused põlvkonniti muutumatud, kusjuures genotüübisagedused on määratud alleelisagedustest ruutseose kaudu. Kui lihtsaima mudelina vaadelda üht autosoomset dialleelset lookust, mille alleelide A ja a sagedused geenifondis on vastavalt p ja q, siis väljendab seost alleelisageduste ja genotüübisageduste vahel võrrand:

Hardy-Weinbergi seadus graafiliselt

[p(A) + q(a)]2= p2(AA) + 2pq(Aa) + q2(aa) = 1

Populatsioon, kus kehtib see Hardy-Weinbergi võrrand, on geneetilise tasakaalu seisundis ja püsib selles, kuni mingi geneetilise dünaamika tegur (evolutsioonitegur) ei põhjusta muutusi.

Populatsiooni pudelikael

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Populatsiooni pudelikael (ka populatsiooni pudelikaela efekt; inglise population bottleneck, genetic bottleneck) on ajutise geneetilise triivi üks erijuhte, mis tuleneb populatsiooni arvukuse järsust, kuid 1–3 põlvkonna jooksul mööduvast arvukuse langusest.

Populatsiooni pudelikaela sündmus ja sellele järgnev populatsiooni arvukuse taastumine või väljasuremine

Sageli on populatsiooni arvukuse kollaps tingitud looduskatastroofidest, tänapäeval üha sagedamini aga inimtegevuse tõttu. Mõnedel loomadel aga esinevad eriomased perioodiliselt korduvad arvukuse järsud langused ja tõusud, mida nimetatakse nn populatsiooni- ehk elulaineteks. Ka need populatsioonilained võivad oluliselt mõjutada populatsiooni genofondi.

Geenivool

Geenivool ehk geenisiire (inglise gene flow) on geneetilise materjali vahetus populatsioonide või populatsiooni allosade vahel isendite migratsiooni ja ristumise teel.