આપણો જીવંત વિશ્વ આકર્ષક રીતે વૈવિધ્યસભર અને અદ્ભુત રીતે જટિલ છે. આપણે જૈવિક સંગઠનના વિવિધ સ્તરો – મહાઅણુઓ, કોષો, પેશીઓ, અંગો, વ્યક્તિગત સજીવો, વસતિ, સમુદાયો, પરિસ્થિતિતંત્રો અને જૈવમંડળો – પરની પ્રક્રિયાઓની તપાસ કરીને તેની જટિલતાને સમજવાનો પ્રયત્ન કરી શકીએ છીએ. જૈવિક સંગઠનના કોઈપણ સ્તરે આપણે બે પ્રકારના પ્રશ્નો પૂછી શકીએ છીએ - ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે આપણે બગીચામાં સવારે ઝડપથી બુલબુલ ગાતી સાંભળીએ છીએ, ત્યારે આપણે પૂછી શકીએ છીએ - ‘પક્ષી કેવી રીતે ગાય છે?’ અથવા, ‘પક્ષી શા માટે ગાય છે?’ ‘કેવી રીતે’ પ્રકારના પ્રશ્નો પ્રક્રિયાની પાછળની કાર્યપદ્ધતિ શોધે છે જ્યારે ‘શા માટે’ પ્રકારના પ્રશ્નો પ્રક્રિયાનું મહત્વ શોધે છે. અમારા ઉદાહરણમાં પહેલા પ્રશ્નનો જવાબ પક્ષીમાં સ્વરપેટી અને કંપતી હાડકાની કાર્યપ્રણાલીના સંદર્ભમાં હોઈ શકે છે, જ્યારે બીજા પ્રશ્નનો જવાબ પ્રજનન ઋતુ દરમિયાન પક્ષીની તેના જોડિયા સાથે સંચાર કરવાની જરૂરિયાતમાં રહેલો હોઈ શકે છે. જ્યારે તમે તમારી આસપાસની પ્રકૃતિનું વૈજ્ઞાનિક માનસથી અવલોકન કરો છો, ત્યારે તમને ચોક્કસપણે બંને પ્રકારના ઘણા રસપ્રદ પ્રશ્નો સૂઝશે - રાત્રે ખીલતા ફૂલો સામાન્ય રીતે સફેદ શા માટે હોય છે? મધમાખી કેવી રીતે જાણે છે કે કયા ફૂલમાં મધરસ છે? કેક્ટસમાં ઘણા કાંટા શા માટે હોય છે? ચિક સ્પ્યુર્સ તેની પોતાની માતાને કેવી રીતે ઓળખે છે?, અને તેથી વધુ.

તમે પહેલાના વર્ગોમાં શીખી ગયા છો કે પરિસ્થિતિકી એ એક વિષય છે જે સજીવો વચ્ચે અને સજીવ અને તેના ભૌતિક (અજૈવિક) વાતાવરણ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરે છે.

પરિસ્થિતિકી મૂળરૂપે જૈવિક સંગઠનના ચાર સ્તરો - સજીવો, વસતિઓ, સમુદાયો અને જૈવમંડળો - સાથે સંબંધિત છે. આ અધ્યાયમાં આપણે સજીવ અને વસતિ સ્તરે પરિસ્થિતિકીની શોધ કરીશું.

13.1 વસતિઓ

13.1.1 વસતિ લક્ષણો

પ્રકૃતિમાં, આપણે કોઈપણ પ્રજાતિના અલગ, એકલ વ્યક્તિઓ ભાગ્યે જ શોધી શકીએ છીએ; તેમાંના મોટાભાગના સમૂહમાં રહે છે, સુવ્યાખ્યાયિત ભૌગોલિક ક્ષેત્રમાં, સમાન સંસાધનો માટે ભાગીદારી કરે છે અથવા સ્પર્ધા કરે છે, સંભવિત રીતે આંતરપ્રજનન કરે છે અને આમ વસતિની રચના કરે છે. જોકે આંતરપ્રજનન શબ્દ લૈંગિક પ્રજનન સૂચવે છે, પરિસ્થિતિકીય અભ્યાસોના હેતુ માટે અલિંગી પ્રજનનથી પરિણમતા વ્યક્તિઓના સમૂહને પણ સામાન્ય રીતે વસતિ ગણવામાં આવે છે. એક આર્દ્રપ્રદેશમાંના બધા કોર્મોરન્ટ, એક ત્યજી દેવાયેલા નિવાસસ્થાનમાં ઉંદરો, જંગલના ભાગમાં સાગવાના વૃક્ષો, કલ્ચર પ્લેટમાં બેક્ટેરિયા અને તળાવમાં કમળના છોડ, વસતિના કેટલાક ઉદાહરણો છે. પહેલાના અધ્યાયોમાં તમે શીખ્યા છો કે જોકે એક વ્યક્તિગત સજીવ એ છે જેને બદલાયેલા વાતાવરણ સાથે સમાધાન કરવું પડે છે, પરંતુ તે વસતિ સ્તરે છે કે જ્યાં કુદરતી પસંદગી ઇચ્છિત લક્ષણો વિકસાવવા માટે કાર્યરત છે. તેથી, વસતિ પરિસ્થિતિકી એક મહત્વપૂર્ણ ક્ષેત્ર છે કારણ કે તે પરિસ્થિતિકીને વસતિ આનુવંશિકતા અને ઉત્ક્રાંતિ સાથે જોડે છે.

વસતિમાં ચોક્કસ લક્ષણો હોય છે જ્યારે, એક વ્યક્તિગત સજીવમાં નથી હોતા. એક વ્યક્તિમાં જન્મ અને મૃત્યુ હોઈ શકે છે, પરંતુ વસતિમાં જન્મ દર અને મૃત્યુ દર હોય છે. વસતિમાં આ દરો પ્રતિ વ્યક્તિ જન્મ અને મૃત્યુનો સંદર્ભ આપે છે. તેથી, અહીં વ્યક્ત કરેલા દરો વસતિના સભ્યોના સંદર્ભમાં સંખ્યામાં ફેરફાર (વધારો અથવા ઘટાડો) છે. અહીં એક ઉદાહરણ છે. જો તળાવમાં ગયા વર્ષે 20 કમળના છોડ હતા અને પ્રજનન દ્વારા 8 નવા છોડ ઉમેરાયા છે, વર્તમાન વસતિ 28 થાય છે, તો આપણે જન્મ દરની ગણતરી 8/20 = 0.4 સંતતિ પ્રતિ કમળ પ્રતિ વર્ષ તરીકે કરીએ છીએ. જો 40 ફ્રુટફ્લાઈઝની પ્રયોગશાળા વસતિમાં 4 વ્યક્તિઓ એક નિર્દિષ્ટ સમય અંતરાલ, ધારો કે એક અઠવાડિયા દરમિયાન મૃત્યુ પામે છે, તો તે સમયગાળા દરમિયાન વસતિમાં મૃત્યુ દર 4/40 = 0.1 વ્યક્તિ પ્રતિ ફ્રુટફ્લાઈ પ્રતિ અઠવાડિયો છે.

વસતિનું બીજું લક્ષણ લિંગ ગુણોત્તર છે. એક વ્યક્તિ ક્યાં તો પુરુષ હોય છે અથવા સ્ત્રી હોય છે પરંતુ વસતિમાં લિંગ ગુણોત્તર હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, વસતિના 60 ટકા સ્ત્રીઓ છે અને 40 ટકા પુરુષો છે).

કોઈપણ સમયે વસતિ વિવિધ ઉંમરના વ્યક્તિઓથી બનેલી હોય છે. જો વસતિ માટે ઉંમર વિતરણ (આપેલ ઉંમર અથવા ઉંમર જૂથના ટકા વ્યક્તિઓ)નો આલેખ કરવામાં આવે, તો પરિણામી રચનાને ઉંમર પિરામિડ કહેવામાં આવે છે (આકૃતિ 13.4). માનવ વસતિ માટે, ઉંમર પિરામિડ સામાન્ય રીતે આકૃતિમાં પુરુષો અને સ્ત્રીઓનું ઉંમર વિતરણ દર્શાવે છે. પિરામિડનો આકાર વસતિની વૃદ્ધિ સ્થિતિને પ્રતિબિંબિત કરે છે - (a) શું તે વધી રહી છે, (b) સ્થિર છે અથવા (c) ઘટી રહી છે.

આકૃતિ 13.1 માનવ વસતિ માટે ઉંમર પિરામિડનું નિરૂપણ

વસતિનું કદ આપણને તેની સ્થિતિ વિશે ઘણી માહિતી આપે છે. વસતિમાં આપણે જે પણ પરિસ્થિતિકીય પ્રક્રિયાઓની તપાસ કરવા માંગીએ છીએ, ભલે તે બીજી પ્રજાતિ સાથે સ્પર્ધાનું પરિણામ હોય, શિકારીની અસર અથવા કીટનાશક ઉપયોગની અસર, આપણે હંમેશા તેમનું મૂલ્યાંકન વસતિના કદમાં કોઈપણ ફેરફારના સંદર્ભમાં કરીએ છીએ. પ્રકૃતિમાં, કદ <10 જેટલું ઓછું હોઈ શકે છે (કોઈપણ વર્ષે ભરતપુર આર્દ્રપ્રદેશમાં સાઇબેરિયન ક્રેન) અથવા લાખોમાં જઈ શકે છે (તળાવમાં ક્લેમિડોમોનાસ). વસતિનું કદ, તકનીકી રીતે વસતિ ઘનતા કહેવાય છે (N તરીકે નિયુક્ત), જરૂરી નથી કે ફક્ત સંખ્યામાં જ માપવામાં આવે. જોકે કુલ સંખ્યા સામાન્ય રીતે વસતિ ઘનતાનું સૌથી યોગ્ય માપ છે, પરંતુ કેટલાક કિસ્સાઓમાં તે ક્યાં તો અર્થહીન છે અથવા નક્કી કરવી મુશ્કેલ છે. એક વિસ્તારમાં, જો 200 ગાજર ઘાસ (પાર્થેનિયમ હિસ્ટેરોફોરસ) છોડ હોય પરંતુ ફક્ત એક જ વિશાળ વડનું વૃક્ષ મોટા છત્ર સાથે હોય, તો વડની વસતિ ઘનતા ગાજર ઘાસની તુલનામાં ઓછી છે તે જણાવવાથી તે સમુદાયમાં વડની વિશાળ ભૂમિકાનું અવમૂલ્યન થાય છે. આવા કિસ્સાઓમાં, ટકા આવરણ અથવા જૈવભાર વસતિ કદનું વધુ અર્થપૂર્ણ માપ છે. જો વસતિ વિશાળ હોય અને ગણતરી અશક્ય અથવા ખૂબ સમય લેનારી હોય તો કુલ સંખ્યા ફરીથી સરળતાથી અપનાવી શકાય તેવું માપ નથી. જો તમારી પાસે પેટ્રી ડિશમાં બેક્ટેરિયાની ગાઢ પ્રયોગશાળા કલ્ચર હોય, તો તેની ઘનતા જાણ કરવા માટે શ્રેષ્ઠ માપ શું છે? કેટલીકવાર, ચોક્કસ પરિસ્થિતિકીય તપાસ માટે, સંપૂર્ણ વસતિ ઘનતા જાણવાની જરૂર નથી; સાપેક્ષ ઘનતા પણ સમાન હેતુ સારી રીતે પૂરો પાડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, દરેક ફાંસો પકડાયેલી માછલીઓની સંખ્યા તળાવમાં તેની કુલ વસતિ ઘનતાનું પૂરતું સારું માપ છે. આપણે મોટે ભાગે વાસ્તવમાં તેમને ગણ્યા વિના અથવા જોયા વિના, પરોક્ષ રીતે વસતિ કદનો અંદાજ કાઢવા માટે બંધાયેલા છીએ. આપણા રાષ્ટ્રીય ઉદ્યાનો અને વાઘ અભયારણ્યોમાં વાઘની ગણતરી ઘણીવાર પગના ચિહ્નો અને મળના દાણા પર આધારિત હોય છે.

13.1.2 વસતિ વૃદ્ધિ

કોઈપણ પ્રજાતિ માટે વસતિનું કદ એ સ્થિર પરિમાણ નથી. તે સમય સાથે બદલાય છે, જે વિવિધ પરિબળો પર આધારિત છે જેમાં ખોરાકની ઉપલબ્ધતા, શિકારનું દબાણ અને પ્રતિકૂળ હવામાનનો સમાવેશ થાય છે. હકીકતમાં, તે વસતિ ઘનતામાં આ ફેરફારો છે જે આપણને કંઈક ખ્યાલ આપે છે કે વસતિ સાથે શું થઈ રહ્યું છે - શું તે ફૂલી રહી છે અથવા ઘટી રહી છે. ભલે તે ચરમ કારણો ગમે તે હોય, આપેલ સમયગાળા દરમિયાન આપેલ આવાસમાં વસતિની ઘનતા, ચાર મૂળભૂત પ્રક્રિયાઓમાં ફેરફારને કારણે ચડ-ઉતર કરે છે, જેમાંથી બે (જન્મદર અને આવાસ) વસતિ ઘનતામાં વધારો કરે છે અને બે (મૃત્યુદર અને ઉપરવાસ) ઘટાડો કરે છે.

(i) જન્મદર એ આપેલ સમયગાળા દરમિયાન વસતિમાં થતા જન્મોની સંખ્યાનો સંદર્ભ આપે છે જે પ્રારંભિક ઘનતામાં ઉમેરવામાં આવે છે.

(ii) મૃત્યુદર એ આપેલ સમયગાળા દરમિયાન વસતિમાં થતા મૃત્યુઓની સંખ્યા છે.

(iii) આવાસ એ સમાન પ્રજાતિના વ્યક્તિઓની સંખ્યા છે જે વિચારણા હેઠળના સમયગાળા દરમિયાન બીજે ક્યાંકથી આવાસમાં આવ્યા છે.

(iv) ઉપરવાસ એ વસતિના વ્યક્તિઓની સંખ્યા છે જેમણે વિચારણા હેઠળના સમયગાળા દરમિયાન આવાસ છોડીને બીજે ક્યાંક ચાલ્યા ગયા.

તેથી, જો N એ સમય t પર વસતિ ઘનતા છે, તો સમય t +1 પર તેની ઘનતા છે

$\mathrm{N}_t+1=\mathrm{N}_t+[(\mathrm{B}+\mathrm{I})-(\mathrm{D}+\mathrm{E})]$

તમે ઉપરના સમીકરણ (આકૃતિ 13.5) થી જોઈ શકો છો કે જો જન્મોની સંખ્યા વત્તા આવાસની સંખ્યા (B + I) મૃત્યુઓની સંખ્યા વત્તા ઉપરવાસની સંખ્યા (D + E) કરતા વધુ હોય તો વસતિ ઘનતા વધશે. સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, જન્મ અને મૃત્યુ વસતિ ઘનતાને પ્રભાવિત કરતા સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળો છે, અન્ય બે પરિબળો ફક્ત ખાસ પરિસ્થિતિઓમાં જ મહત્વ ધારણ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો નવા આવાસમાં હમણાં જ વસવાટ થઈ રહ્યો હોય, તો આવાસ જન્મ દર કરતાં વસતિ વૃદ્ધિમાં વધુ નોંધપાત્ર ફાળો આપી શકે છે.

વૃદ્ધિ મોડેલો : શું સમય સાથે વસતિની વૃદ્ધિ કોઈ ચોક્કસ અને આગાહી કરી શકાય તેવી રીત દર્શાવે છે? આપણે અંકુશ વિનાની માનવ વસતિ વૃદ્ધિ અને તે દ્વારા સર્જાયેલી સમસ્યાઓ વિશે ચિંતિત રહ્યા છીએ અને તેથી આપણા માટે તે સ્વાભાવિક છે કે આપણે જિજ્ઞાસુ હોઈએ કે પ્રકૃતિમાં વિવિધ પ્રાણી વસતિઓ એ જ રીતે વર્તે છે અથવા વૃદ્ધિ પર કેટલાક અંકુશ દર્શાવે છે. કદાચ આપણે વસતિ વૃદ્ધિને કેવી રીતે નિયંત્રિત કરવી તે પ્રકૃતિ પાસેથી એક-બે પાઠ શીખી શકીએ છીએ.

(i) ઘાતાંકીય વૃદ્ધિ : વસતિની અવરોધ વિનાની વૃદ્ધિ માટે સંસાધન (ખોરાક અને જગ્યા) ઉપલબ્ધતા સ્પષ્ટપણે આવશ્યક છે. આદર્શ રીતે, જ્યારે આવાસમાં સંસાધનો અમર્યાદિત હોય છે, ત્યારે દરેક પ્રજાતિને તેની સંખ્યામાં વૃદ્ધિ કરવાની સહજ ક્ષમતાને સંપૂર્ણ રીતે સાકાર કરવાની ક્ષમતા હોય છે, જેમ કે ડાર્વિને કુદરતી પસંદગીનો સિદ્ધાંત વિકસાવતી વખતે જોયું હતું. પછી વસતિ ઘાતાંકીય અથવા ભૌમિતિક રીતે વધે છે. જો કદ N ની વસતિમાં, જન્મ દર (કુલ સંખ્યા નહીં પરંતુ પ્રતિ વ્યક્તિ જન્મ) ને b તરીકે અને મૃત્યુ દર (ફરીથી, પ્રતિ વ્યક્તિ મૃત્યુ દર) ને d તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે, તો એકમ સમયગાળા t (dN/dt) દરમિયાન N માં વધારો અથવા ઘટાડો હશે $$d N / d t=(b-d) \times N$$ ચાલો (b–d) = r, પછી $\mathbf{d N} / \mathbf{d t}=\mathbf{r N}$

આકૃતિ 13.3 વસતિ વૃદ્ધિ વક્ર a જ્યારે પ્રતિભાવો વૃદ્ધિને મર્યાદિત કરતી નથી, આલેખ ઘાતાંકીય છે, b જ્યારે પ્રતિભાવો વૃદ્ધિને મર્યાદિત કરે છે, આલેખ લોજિસ્ટિક છે, K વહન ક્ષમતા છે

આ સમીકરણમાં r ને ‘કુદરતી વૃદ્ધિનો આંતરિક દર’ કહેવામાં આવે છે અને તે કોઈપણ જૈવિક અથવા અજૈવિક પરિબળની વસતિ વૃદ્ધિ પરની અસરોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે પસંદ કરેલો ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પરિમાણ છે.

તમને r મૂલ્યોની તીવ્રતા વિશે કેટલીક કલ્પના આપવા માટે, નોર્વે ઉંદર માટે r 0.015 છે, અને ફ્લાઉર બીટલ માટે તે 0.12 છે. 1981 માં, ભારતમાં માનવ વસતિ માટે r મૂલ્ય 0.0205 હતું. વર્તમાન r મૂલ્ય શું છે તે શોધો. તેની ગણતરી કરવા માટે, તમારે જન્મ દર અને મૃત્યુ દર જાણવાની જરૂર છે.

ઉપરોક્ત સમીકરણ વસતિની ઘાતાંકીય અથવા ભૌમિતિક વૃદ્ધિ પદ્ધતિનું વર્ણન કરે છે (આકૃતિ 13.6) અને જ્યારે આપણે N નો સમયના સંદર્ભમાં આલેખ કરીએ છીએ ત્યારે J-આકારનો વક્ર પરિણમે છે. જો તમે મૂળભૂત કેલ્ક્યુલસથી પરિચિત છો, તો તમે ઘાતાંકીય વૃદ્ધિ સમીકરણના અભિન્ન સ્વરૂપને આ રીતે મેળવી શકો છો

$$ \begin{aligned} & \mathrm{N}^{\mathrm{t}}=\mathrm{No} \text { ert } \\ & \mathrm{N}^{\mathrm{t}}=\text { Population density after time t } \\ & \mathrm{N} _{\mathrm{O}}=\text { Population density at time zero } \\ & \mathrm{r}=\text { intrinsic rate of natural increase } \\ & \mathrm{e}=\text { the base of natural logarithms (2.71828) } \end{aligned} $$

અમર્યાદિત સંસાધન પરિસ્થિતિઓ હેઠળ ઘાતાંકીય રીતે વધતી કોઈપણ પ્રજાતિ ટૂંકા સમયમાં વિશાળ વસતિ ઘનતા સુધી પહોંચી શકે છે. ડાર્વિને બતાવ્યું કે કેવી રીતે હાથી જેવું ધીમી ગતિથી વધતું પ્રાણી પણ અંકુશોની ગેરહાજરીમાં વિશાળ સંખ્યામાં પહોંચી શકે છે. ઘાતાંકીય રીતે વધતી વખતે કેટલી ઝડપથી વિશાળ વસતિ બની શકે છે તે નાટકીય રીતે દર્શાવવા માટે નીચેની એક વાર્તા લોકપ્રિય રીતે કહેવાય છે.

રાજા અને મંત્રી ચેસની રમત માટે બેઠા. રાજા, રમત જીતવાની આત્મવિશ્વાસથી, મંત્રી દ્વારા સૂચવેલી કોઈપણ હરીફાઈ સ્વીકારવા માટે તૈયાર હતો. મંત્રીએ નમ્રતાપૂર્વક કહ્યું કે જો તે જીતે, તો તેને ફક્ત થોડા ઘઉંના દાણા જોઈએ છે, જેની માત્રા ચેસ બોર્ડ પર સ્ક્વેર 1 માં એક દાણો મૂકીને, પછી સ્ક્વેર 2 માં બે, પછી સ્ક્વેર 3 માં ચાર, અને સ્ક્વેર 4 માં આઠ, અને તેથી આગળ, દરેક વખતે પહેલાની માત્રાને બમણી કરીને આગામી ચોરસ પર ઘઉં મૂકીને તમામ 64 ચોરસ ભરાઈ જાય ત્યાં સુધી ગણવામાં આવે. રાજાએ દેખાતી મૂર્ખ હરીફાઈ સ્વીકારી અને રમત શરૂ કરી, પરંતુ તેના માટે નસીબદાર, મંત્રી જીત્યો. રાજાએ મંત્રીની હરીફાઈ પૂરી કરવી એટલી સરળ છે એવું લાગ્યું. તેણે પ્રથમ ચોરસ પર એક જ દાણાથી શરૂઆત કરી અને મંત્રીની સૂચિત પ્રક્રિયા અનુસરીને અન્ય ચોરસ ભરવાનું શરૂ કર્યું, પરંતુ જ્યારે તેણે અડધો ચેસ બોર્ડ ભરી લીધો, ત્યારે ર