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主要内容

生命表、生存状况和年龄-性别结构

生态学家用来描述一个种群现状并预测其未来增长的工具。

要点

  • 为了预测人口是否会增长或减少,生态学家需要了解生物在不同年龄段的出生率和死亡率,以及当前人口的年龄和性别构成。
  • 生命表总结了生物在不同年龄段的出生率和死亡率。
  • 生存曲线是反映人口每增长一岁的存活率的图表。
  • 年龄 - 性别金字塔是实时反映人口年龄和性别构成的“快照”。

介绍

世界各国政府会保留人口出生率和死亡率的记录——不仅针对一个国家的总人口,而且还按年龄和性别对其中的特定群体再分类。通常,这类数据汇总整理在生命表中。有进取精神的保险公司充分利用这些生命表,利用特定年龄的死亡概率来计算保险费率,从统计学的角度来确保利润。
生态学家经常为他们研究的物种收集类似的信息,但他们并不是为了最大化利润!他们这样做是为了获取知识,以帮助保护物种。以生态学家关注濒临灭绝的小熊猫为例,他们可能会跟随一群小熊猫从出生到死亡。每年,他们会记录有多少只小熊猫存活下来,有多少只幼崽出生。根据这些数据,他们可以更好地了解小熊猫的生活史,典型的生存和繁殖模式。
生活史有什么用?在某些情况下,生态学家只是对生物如何生存,繁殖和死亡感到好奇。但是收集生活史数据也有一个实际的理由。通过将出生率和死亡率与当前人口的“快照”(年龄分布与性别分布)相结合,生态学家可以预测未来人口可能是增长还是减少。这对于濒临灭绝的物种尤为重要,例如我们的例子中的小熊猫。

生命表

照字面解释,生命表记录了人口的生死问题!它总结了生物在不同年龄阶段生存,死亡和/或繁殖的可能性。
我们先简单地看一个基本的生命表,这个生命表只显示生存情况——不包括繁殖情况。具体来说,我们将关注下面的动物:野大白羊,一种北美西北部的野生绵羊。
图片来源:野大白羊 David McMaster提供, CC BY-SA 3.0
毫不保留地说,这些数据是以非常奇怪的方式收集的。 在20世纪30年代和40年代,一位名叫奥劳斯·穆里的生态学家在阿拉斯加的麦金利山国家公园附近徒步旅行了好几年。每当他遇到死去的野大白羊的头骨时,他就用角的大小来推测它死亡时的年龄1。从他发现的608个头骨的年龄之中他推测出了野大白羊不同年龄段的生存和死亡率。
在下面,我们有一张基于穆里收集的头骨数据制成的表格。为了便于阅读,该表被标准化为1000只绵羊。当我们浏览这张表时,我们可以想象什么将会发生在这1000只绵羊身上——具体而言,每个年龄段中绵羊的存活与死亡情况。
让我们一起浏览这张表的第一行。在这里,1000只绵羊出生,年龄为零。其中的54只将在它们达到0.5岁之前死亡。死亡率为54/1000或0.054,记录在最右列。
年龄段(年)该年龄段初期羊的存活数量该年龄段羊的死亡数量死亡率 - 该年龄段羊的死亡数量与初期存活数量的比例
0–0.51000540.054
0.5–19461450.1533
1–2801120.015
2–3789130.0165
3–4776120.0155
4–5764300.0393
5–6734460.0627
6–7688480.0698
7–8640690.1078
8–95711320.2312
9–104391870.426
10–112521560.619
11–1296900.9375
12–13630.5
13–14331
表格改编自Edward S. Deevey2.
通过查看生命表,我们可以知道什么时期羊的死亡风险最大。一个高风险期是0.5岁至1岁;这反映出非常年幼的绵羊很容易成为食肉动物的猎物,因而死亡。死亡率较高的另一个时期是晚年,大约从8岁开始。此时,绵羊因为年老而死亡。
这是一张相对简陋的生命表;它只显示生存率,没有繁殖率。许多生命表同时显示生存和繁殖。如果我们在这个表格中添加繁殖信息,我们会在另一列中列出每个年龄段中每生育一只小羊所要的绵羊数量。

生存曲线

对我来说,生命表不是最容易阅读的内容。事实上,我更愿意将所有生存数据用图展示——即生存曲线
生存曲线显示每个连续年龄初期仍然存活的部分。野大白羊的生存曲线如下所示:
生存曲线很清楚地反映了存活的绵羊数量在早期有一个下降,但大多数绵羊在相对较晚的时候才会死亡。
不同的物种具有不同形状的生存曲线。一般来说,我们可以根据物种的形状将生存曲线分为三种类型:
图片来源:Population demography: Figure 5 OpenStax College, Biology, 提供CC BY 4.0
  • I型 人类和大多数灵长类动物都是I型生存曲线。在I型曲线中,生物体在年轻或中年时往往不会死亡,而是在年老时死亡。具有I型曲线的物种通常拥有少量的后代并且会提供大量的亲代抚育以确保后代存活。
  • II型 许多鸟类具有II型生存曲线。在II型曲线中,生物在每个年龄段内平均地死亡。具有这种生存曲线的生物体也拥有相对较少的后代并提供大量的亲代抚育。
  • III型 树木,海洋无脊椎动物和大多数鱼类具有III型存活曲线。在III型曲线中,只有极少量生物在早期存活下来。然而,存活下来的幸运儿可能会有相当长的寿命。具有这种类型曲线的物种通常会一次拥有大量后代——例如一棵树传播数千颗种子——但不会给后代提供太多照顾。

年龄 - 性别结构

我们如何利用生命表中的出生率和死亡率来预测人口是否会增长或减少?为了有效地做出预测,我们需要一个目前状态的人口“快照”。
例如,假设我们有两个熊群:一个主要由年轻的,正值生育年龄的雌性熊组成,另一个主要由过了生育年龄的雄性熊组成。即使两个熊群人口大小相同并且有相同的生命表——给定的年龄具有相同的生殖率和存活率——两个熊群的结局可能不同。
  • 第一个熊群可能会增长,因为其中的大部分熊可以生育幼熊。
  • 第二个熊群可能会减少,因为它有许多接近死亡的熊并且不能再繁殖。
因此,当我们考虑未来的人口增长时,目前在人口的构成会有很大的影响!有关人口年龄 - 性别结构的信息通常以人口金字塔的形式展示出来。 x轴显示每个类别中人口的百分比,左边是男性,右边是女性。 y轴显示从出生到老年的年龄段。
图片来源: Population pyramid CK-12 Foundation提供, CC BY-NC 3.0
人口金字塔常用于代表人口。事实上,特定形状的人口金字塔往往与人口的增长,稳定和萎缩有关联,如下图所示。
图片来源: Human population growth: Figure 3 OpenStax College, Biology提供, CC BY 4.0
  • 人口增长迅速的国家在其年龄结构图中具有尖锐的金字塔形状。也就是说,这些国家有很大比例的年轻人,其中许多人已经达到或者很快会达到生育年龄​​。这种模式经常出现在经济欠发达的国家,这些国家的人口寿命受到获得医疗保健和其他资源的限制。
  • 人口增长缓慢的地区,包括像美国这样经济发达的国家,也具有金字塔形状的年龄 - 性别结构。然而,金字塔并不那么尖锐,这意味着相较人口增长快速的国家,这些地区有较少的年轻和育龄期人口,有较多的老年人口。
  • 其他发达国家,如意大利,人口增长率为零。这些国家人口的年龄结构呈穹顶或筒仓形状,中年和老年人的比例甚至高于缓慢增长的地区。
  • 最后,一些发达国家的人口实际上正在减少。这正是日本所面临的情况3。这些国家的人口金字塔的底部通常向内收缩,表示年轻人只占人口的很小一部分。
这些人类实例中的基本原则也适用于自然界。大比例的年轻和育龄期个体意味着人口可能增长。大比例过了生育年龄的个体意味着人口可能减少。

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