ديناميكية الجماعة الحيوية

يقوم الدرس على دراسة خصائص الجماعات الحيوية وكيفية نموها وتوزيعها في البيئة، مع تحديد العوامل التي تتحكم في حجمها. تشمل الخصائص كثافة الجماعة، والتوزيع المكاني، ونطاق الجماعة الحيوية. كما يوضح الدرس نوعين رئيسيين من العوامل المحددة للجماعة: عوامل لا تعتمد على الكثافة مثل الكوارث الطبيعية وتغيرات المناخ، وعوامل تعتمد على الكثافة مثل الافتراس والمرض والتنافس. بالإضافة إلى ذلك، يشرح طريقتين لنمو الجماعات هما نموذج النمو الأسي ونموذج النمو النسبي الذي يتوقف عند القدرة الاستيعابية للبيئة. ومثال سريع على ذلك: لو كان لديك ثلاثة طيور بلشون قرب جاموس في مساحة متر مربع واحد، فهذه هي كثافة الجماعة الحيوية.

الفكرة الأساسية

توصَف جماعات الأنواع الحيوية من خلال كثافتها، ومكان توزيعها، ومعدل نموها.

الشرح

انظر إلى جماعات المخلوقات الحية حولك؛ فهي تتميز بخصائص محددة. أول هذه الخصائص هي كثافة الجماعة الحيوية، والتي يقصد بها عدد المخلوقات الحية لكل وحدة مساحة. فلو وجدنا ثلاثة طيور بلشون بالقرب من الجاموس في مساحة قدرها $1\,m^2$، فإن كثافة طيور البلشون تكون ثلاثة طيور لكل متر مربع، بينما إذا ابتعدنا خمسين متراً عن الجاموس تصبح كثافة البلشون صفراً.

الخاصية الثانية هي التوزيع المكاني للجماعة، ويقصد به نمط انتشار الجماعة في منطقة محددة. لدينا ثلاثة أنواع رئيسية من التوزيع:

1. التوزيع المنتظم: مثل الضب، حيث يتوزع بانتظام ضمن مساحات متباينة.
2. التوزيع التكتلي: مثل الإبل التي توجد في مجموعات تكتلية تسمى قطيعاً.
3. التوزيع العشوائي: مثل طيور الخرشنا التي تتوزع عشوائياً في البيئات المناسبة.

أما نطاق الجماعة الحيوية فهو المساحة التي توجد فيها الأنواع. فبعض الأنواع لها نطاق محدود جداً مثل ماعز الحجاز الذي يعيش في مناطق محدودة من المملكة العربية السعودية، بينما ينتشر بعضها الآخر مثل الشاهين في نطاق واسع جداً في جميع القارات ما عدا القارة المتجمدة الجنوبية.

تتحكم في حجم الجماعات الحيوية عوامل محددة تنقسم إلى قسمين:

• عوامل لا تعتمد على الكثافة: وهي أي عامل في البيئة لا يعتمد على عدد أفراد الجماعة في وحدة المساحة، وغالباً ما تكون ظواهر طبيعية مثل التغيرات المناخية والجفاف والفيضانات ودرجات الحرارة الشديدة والأعاصير، وتعمل هذه العوامل على خفض حجم الجماعة بص بغض النظر عن كثافتها.
• عوامل تعتمد على الكثافة: وهي عوامل يعتمد تأثيرها على عدد أفراد الجماعة في وحدة المساحة، وغالباً ما تكون عوامل حيوية مثل الافتراس والمرض والتنافس والطفيلية. فمثلاً، يتفشى المرض بشكل أسرع وأكثر عندما يكون عدد أفراد الجماعة كثيفاً وكبيراً لأن الاتصال بين الأفراد يكون أسهل وأسرع.

ولفهم معدل نمو الجماعة، نستخدم نموذجَين رياضيين:

• نموذج النمو الأسي: يبدأ نمو الجماعة ببطء في مرحلة تسمى طور التباطؤ، ثم يتسارع معدل نمو الجماعة بشكل أسي مع انعدام وجود عوامل محددة في البيئة، لعدم وجود مقاومة بيئية كافية في البداية.
• نموذج النمو النسبي: ينمو على شكل منحنى يشبه الحرف S. يحدث هذا النمو عندما يتباطأ نمو الجماعة أو يتوقف بعد النمو الأسي عند القدرة الاستيعابية للبيئة. والقدرة الاستيعابية هي أكبر عدد من أفراد الأنواع المختلفة تستطيع البيئة دعمه ومساعدته على العيش لأطول فترة ممكنة، وتتوقف هذه القدرة على توافر الطاقة والماء والأكسجين والمواد الغذائية. فإذا تجاوزت الجماعة القدرة الاستيعابية، تصبح الموارد غير متوافرة لدعم الأفراد جميعها، مما يؤدي إلى انخفاض عدد أفراد الجماعة إلى أقل من مستوى القدرة الاستيعابية نتيجة موت أفرادها.

تصنف الكائنات الحية بناءً على استراتيجيات التكاثر إلى نوعين:

• استراتيجية معدل التكاثر ($r$-strategist): مثل ذبابة الفواكه، والفأر، والجراد. يعتمد هذا النوع على إنتاج أكبر عدد من الأبناء في فترة زمنية قصيرة، ولا يبذل الآباذاء طاقة في تربية الأبناء أو الاعتناء بهم، وتبقى الجماعة قريبة من مستوى القدرة الاستيعابية لفترة قصيرة وتعيش في بيئات متغيرة.
• استراتيجية القدرة الاستيعابية ($K$-strategist): مثل الفيلة في السفانا. تعتمد هذه الاستراتيجية على إنتاج أعداد قليلة من الأبناء، وتوفر لها القدر الكبير من الرعاية والعناية والوقت الكبير للاهتمام بالأبناء، وتصل إلى مرحلة الاتزان عند القدرة الاستيعابية للجماعة.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا كانت لديك جماعة حيوية من الفئران تعيش في بيئة توافرت فيها الموارد الغذائية بشكل كبير، وكانت أعداد هذه الجماعة تتضاعف مع مرور الزمن حتى وصلت إلى ثلاثة ملايين فأر خلال عامين:

• الخطوة الأولى: نحدد نوع النمو الذي تمر به الفئران في هذه البداية. بما أن الموارد متوافرة ولا توجد عوامل محددة تعيق النمو، فهذا هو نموذج النمو الأسي.
• الخطوة الثانية: نلاحظ أن الجماعة تبدأ بمرحلة بطيئة تسمى طور التباطؤ، لأن مجموع الأفراد القادرين على التزواج والإنجاب قليل.
• الخطوة الثالثة: مع مرور الوقت، يتسارع معدل نمو الجماعة لأن مجموع الأفراد القادرين على التزواج والإنجاب قد زاد، فيأخذ الرسم البياني شكلاً شبيهاً بحرف $l$.
• الخطوة الرابعة: عندما تبدأ الموارد في النفاد وتصبح محدودة، يصبح نمو الجماعة أبطأ.

أخطاء شائعة

• الخلط بين العوامل التي تعتمد على الكثافة والعوامل التي لا تعتمد عليها؛ حيث يعتقد بعض الطلاب أن العوامل المناخية تعتمد على عدد الأفراد، بينما الصحيح أن الجفاف والفيضانات تؤثر على الجماعة بغض النظر عن عدد أفرادها.
• الاعتقاد بأن القدرة الاستيعابية تعني أعلى رقم يمكن أن تصله الجماعة للأبد، والصحيح أنها الحد الأقصى الذي تستطيع البيئة دعمه، وتجاوزه يؤدي مباشرة إلى الموت وانخفاض أعداد الجماعة.
• الظن أن التوزيع التكتلي يعني توزيعاً عشوائياً، بينما التكتلي يعني وجود الأفراد في مجموعات مثل قطعان الإبل.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما الفرق الأساسي بين نموذج النمو الأسي ونموذج النمو النسبي من حيث شكل المنحنى والعوامل المؤثرة؟ الإجابة: نموذج النمو الأسي يأخذ شكلاً شبيهاً بحرف $l$ ويحدث في بيئات تنعدم فيها العوامل المحددة ويكون النمو متسارعاً. أما نموذج النمو النسبي فيأخذ شكلاً شبيهاً بحرف $S$ ويحدث عندما يتباطأ نمو الجماعة ويتوقف عند القدرة الاستيعابية للبيئة بسبب محدودية الموارد.

السؤال الثاني: صنف عامل (تفشي مرض الطفس في العصافير) هل هو عامل يعتمد على الكثافة أم عامل لا يعتمد على الكثافة؟ الإجابة: هو عامل يعتمد على الكثافة، لأن تفشي المرض يحدث بصورة أسرع عندما تكون كثافة الجماعة وكثافة الأفراد كبيرة وقريبة من بعضها لتسهيل انتقال المرض بين الأفراد.