जीव और समष्टियां (Organisms and Populations)

पारिस्थितिकी के अध्ययन में पर्यावरण के अजैविक (भौतिक-रासायनिक) कारक जीवों के वितरण और जीवन को निर्धारित करते हैं:

प्रमुख अजैविक कारक:

• 1. तापमान (Temperature): सर्वाधिक पारिस्थितिकीय रूप से प्रासंगिक कारक। ध्रुवों से भूमध्य रेखा की ओर तथा मैदानों से पर्वतों की ओर तापमान बदलता है।
  • पृथुतापापी (Eurythermal): वे जीव जो तापमान के व्यापक परास (Wide range) को सहन कर सकते हैं (उदा. अधिकांश स्तनधारी व पक्षी)।
  • तनुतापापी (Stenothermal): वे जीव जो तापमान के केवल संकीर्ण परास (Narrow range) तक ही सीमित रहते हैं (उदा. ध्रुवीय भालू, प्रवाल, मेंढक)।
• 2. जल (Water): जीवन जल में ही प्रारंभ हुआ। जलीय जीवों हेतु जल की रासायनिक संरचना और लवणता (Salinity - भागों प्रति हजार ppt में) महत्वपूर्ण है: अंतःस्थलीय जल ($< 5$ ppt), समुद्र ($30-35$ ppt), अतिलवणीय लैगून ($> 100$ ppt)।
  • पृथुलवणी (Euryhaline) लवणता के व्यापक परास को तथा तनुलवणी (Stenohaline) संकीर्ण परास को सहन कर सकते हैं।
• 3. प्रकाश (Light): प्रकाश-संश्लेषण, दीप्तिकालिता (पुष्पन हेतु) तथा जंतुओं की दैनिक व मौसमी गतिविधियों (चारा खोजने, प्रवास, प्रजनन) का नियमन करता है।
• 4. मृदा (Soil): मृदा की प्रकृति, कणों का माप, जल धारण क्षमता (Water holding capacity) तथा खनिज संघटन वहां उगने वाली वनस्पति को निर्धारित करते हैं।

अजैविक कारकों के प्रति जीवों की 4 अनुक्रियाएं:

1. नियमन करना (Regulate): कुछ जीव कायिकीय एवं व्यावहारिक साधनों द्वारा शरीर का आंतरिक पर्यावरण स्थिर (स्थिर ताप $37^\circ\text{C}$ व परासरणी सांद्रता) बनाए रखते हैं जिसे समस्थापन (Homeostasis) कहते हैं। सभी पक्षी, स्तनधारी तथा कुछ निम्न अकशेरुकी समतापी (Endotherms) होते हैं। मनुष्य गर्मियों में पसीना बहाकर तथा सर्दियों में कंपकंपी (कांपने) द्वारा $37^\circ\text{C}$ ताप बनाए रखता है।
2. संरूपण रखना (Conform): लगभग 99% जंतु तथा लगभग सभी पौधे अपने आंतरिक पर्यावरण को स्थिर नहीं रख सकते। इनका शारीरिक तापमान परिवेशी ताप के अनुसार बदलता रहता है (असमतापी / Ectotherms)। उष्मा हानि या उष्मा लाभ पृष्ठीय क्षेत्रफल का कार्य है; छोटे जंतुओं (जैसे छछूंदर, गुंजन पक्षी) का पृष्ठीय क्षेत्रफल आयतन की तुलना में बहुत अधिक होता है, अतः ध्रुवीय क्षेत्रों में छोटे जंतु बहुत कम पाए जाते हैं।
3. प्रवास करना (Migrate): जीव तनावपूर्ण प्रतिकूल आवास से अस्थायी रूप से अनुकूल क्षेत्र में चले जाते हैं और प्रतिकूल काल बीतने पर वापस लौट आते हैं। उदाहरण: प्रत्येक शीतकाल में राजस्थान का प्रसिद्ध केवलादेव राष्ट्रीय उद्यान (भरतपुर) साइबेरिया तथा अत्यधिक ठंडे उत्तरी क्षेत्रों से आने वाले हजारों प्रवासी पक्षियों की मेजबानी करता है।
4. निलंबित करना (Suspend): प्रतिकूल परिस्थितियों में जीव अपनी उपापचयी क्रियाओं को न्यूनतम कर विकास रोक देते हैं:
   • जीवाणु, कवक व निम्न पादप मोटी भित्ति वाले बीजाणु बनाते हैं।
   • उच्च पादपों के बीज सुप्तावस्था (Dormancy) में चले जाते हैं।
   • शीतनिष्क्रियता (Hibernation): सर्दियों में भालू का शीत निद्रा में चले जाना।
   • ग्रीष्मनिष्क्रियता (Aestivation): गर्मी और जल की कमी से बचने हेतु घोंघे (Snails) और मछलियों का ग्रीष्म निद्रा में जाना।
   • उपरति (Diapause): झीलों व तालाबों में प्राणिप्लवक (Zooplankton) जातियों का प्रतिकूल परिस्थितियों में अपने परिवर्धन को अस्थायी रूप से निलंबित कर देना।

अनुकूलन जीव का कोई भी आकारिकीय, कायिकीय अथवा व्यावहारिक गुण है जो उसे अपने आवास में जीवित रहने और जनन करने के योग्य बनाता है:

A. जंतुओं में अनुकूलन:

• कंगारू चूहा (Kangaroo Rat): उत्तरी अमेरिका के मरुस्थल में यह कभी जल नहीं पीता। यह अपनी जल की $90\%$ मांग की पूर्ति आंतरिक वसा के ऑक्सीकरण (जिसमें जल सह-उत्पाद होता है) से करता है। यह अपने मूत्र को अत्यधिक सांद्रित (Concentrated) करने की क्षमता रखता है, जिससे जल का न्यूनतम उत्सर्जन होता है।
• एलन का नियम (Allen's Rule): ठंडी जलवायु में रहने वाले स्तनधारियों के कान और पाद (Ears and Limbs) आमतौर पर छोटे होते हैं, ताकि शरीर की उष्मा की हानि को न्यूनतम किया जा सके।
• सील (Seal) एवं ध्रुवीय भालू: ध्रुवीय समुद्रों में जलीय स्तनधारियों जैसे सील की त्वचा के ठीक नीचे वसा की एक मोटी परत होती है जिसे ब्लबर (Blubber) कहते हैं, जो ऊष्मारोधी (Insulator) का कार्य करती है।
• उच्च तुंगता बीमारी (Altitude Sickness): जब कोई व्यक्ति $3500$ मीटर से अधिक ऊंचाई (उदा. रोहतांग दर्रा, लेह) पर जाता है, तो निम्न वायुमंडलीय दाब के कारण शरीर को पर्याप्त ऑक्सीजन नहीं मिल पाती। इससे मितली, थकान और हृदय की धड़कन बढ़ना जैसे लक्षण होते हैं।
  शरीर का कायिकीय अनुकूलन:
  1. लाल रक्त कोशिकाओं (RBCs) का उत्पादन बढ़ा देना।
  2. हीमोग्लोबिन की ऑक्सीजन से जुड़ने की बंधुता को घटा देना।
  3. श्वसन दर (Breathing rate) को तेज कर देना।
• रेगिस्तानी छिपकली (व्यावहारिक अनुकूलन): जब तापमान कम होता है तो धूप सेककर (Basking) उष्मा अवशोषित करती है, और जब तापमान अधिक होता है तो छाया में या बिलों में चली जाती है।

B. मरुद्भिद पादपों में अनुकूलन (Desert Plant Adaptations):

• पत्तियों की सतह पर मोटी उपत्वचा (Thick cuticle) तथा रंध्र गहरे गर्तों में धंसे (Sunken stomata) होते हैं ताकि वाष्पोत्सर्जन न्यूनतम हो।
• विशेष प्रकाश-संश्लेषी मार्ग CAM (क्रैस्यूलेसियन एसिड मेटाबॉलिज्म) पाया जाता है, जिसके कारण इनके रंध्र दिन में बंद रहते हैं और केवल रात में खुलते हैं।
• नागफनी (Opuntia) जैसे मरुस्थलीय पौधों में पत्तियां कांटों (Spines) में रूपांतरित हो जाती हैं और चपटा, हरा तना प्रकाश-संश्लेषण का कार्य करता है (पर्णकाय स्तंभ / Phylloclade)।

समष्टि (Population): किसी निश्चित भौगोलिक क्षेत्र में एक ही समय में रहने वाले, समान संसाधनों का उपयोग करने वाले तथा अंतःप्रजनन करने वाले जीवों का समूह समष्टि कहलाता है।

समष्टि के प्रमुख लक्षण:

• जन्म दर (Natality): प्रति इकाई समय में समष्टि में जन्म लेने वाले जीवों की संख्या।
• मृत्यु दर (Mortality): प्रति इकाई समय में मरने वाले जीवों की संख्या। (व्यष्टि का जन्म या मृत्यु होती है, किंतु समष्टि की जन्म दर या मृत्यु दर होती है)।
• लिंग अनुपात (Sex Ratio): समष्टि में प्रति 1000 पुरुषों पर महिलाओं का अनुपात।
• आयु पिरामिड (Age Pyramids): पूर्व-प्रजनन, प्रजननक्षम तथा पश्च-प्रजनन आयु वर्गों का आरेखीय निरूपण। विस्तारित समष्टि (त्रिकोणीय), स्थिर समष्टि (घंटीनुमा), तथा घटती समष्टि (कलशनुमा)।

समष्टि घनत्व को प्रभावित करने वाले 4 कारक:

समय $t+1$ पर समष्टि घनत्व: $$N_{t+1} = N_t + [(B + I) - (D + E)]$$

• $B$ = जन्म संख्या (Natality) [+]
• $I$ = आप्रवासन (Immigration) [+]
• $D$ = मृत्यु संख्या (Mortality) [-]
• $E$ = उत्प्रवासन (Emigration) [-]

समष्टि वृद्धि के दो गणितीय मॉडल:

1. चरघातांकी वृद्धि (Exponential / Geometric Growth):

जब आवास में संसाधन (भोजन और स्थान) असीमित (Unlimited) होते हैं, तो प्रत्येक जाति अपनी अंतर्निहित प्रजनन क्षमता का पूर्ण उपयोग करती है। समष्टि की वृद्धि चरघातांकी रूप से होती है।
अवकल समीकरण: $$\frac{dN}{dt} = rN$$
समाकलित रूप: $$N_t = N_0 e^{rt}$$ (जहाँ $N$ = समष्टि घनत्व, $r$ = प्राकृतिक वृद्धि की अंतर्निहित दर / Intrinsic rate of natural increase, $t$ = समय)। वक्र का आकार: J-आकार का वक्र (J-shaped curve) प्राप्त होता है। प्रकृति में असीमित संसाधन संभव नहीं हैं, अतः यह दीर्घकाल तक नहीं चल सकता।

2. लॉजिस्टिक्स वृद्धि (Logistic Growth / Verhulst-Pearl Logistic Growth):

प्रकृति में संसाधन सदैव सीमित (Limited) होते हैं। किसी आवास में अधिकतम संभव संख्या के जीवों के भरण-पोषण हेतु ही संसाधन होते हैं, जिसे उस आवास की वहन क्षमता (Carrying Capacity - $K$) कहते हैं। वहन क्षमता से अधिक जीवों का जीवन संभव नहीं है।
अवकल समीकरण: $$\frac{dN}{dt} = rN \left( \frac{K - N}{K} \right)$$ जहाँ $\frac{K-N}{K}$ पर्यावरण प्रतिरोध (Environmental resistance) को दर्शाता है।
वक्र का आकार: सिग्मॉइड या S-आकार का वक्र (Sigmoid curve) प्राप्त होता है। इसके चरण हैं: लैग फेज (मन्द वृद्धि काल) $\rightarrow$ त्वरण एवं मन्दन $\rightarrow$ अनंतस्पर्शी (Asymptote, जब $N = K$ हो जाता है)। चूंकि संसाधन कभी असीमित नहीं होते, अतः लॉजिस्टिक्स वृद्धि मॉडल प्रकृति में चरघातांकी मॉडल की तुलना में कहीं अधिक यथार्थवादी (Realistic) माना जाता है।

प्राकृतिक समुदाय में कोई भी जाति पूर्णतः अलग-थलग नहीं रह सकती। विभिन्न जातियों के बीच पारस्परिक अंतःक्रियाएं निम्नलिखित 6 प्रकार की होती हैं: