EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ BIOCENOZA ZESPÓŁ RÓśNORODNOŚĆ

Transkrypt

1 EKOSYSTEMY LĄDOWE WBNZ BIOCENOZA ZESPÓŁ RÓśNORODNOŚĆ

2 RÓśNORODNOŚĆ GATUNKOWA FLORY PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ OKOŁO 250 GAT. L. gat.

3 SKŁADOWE LOKALNEJ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ α = l.gat. w danym środowisku β = zróŝnicowanie środowisk w danym obszarze γ = l. gat. w danym obszarze: γ = α β

4 RÓśNORODNOŚĆ BIOTYCZNA α lokalne bogactwo gatunków; β heterogeniczność siedlisk; γ łączne bogactwo gatunków w duŝym obszarze.

5 α=1 α=7 MIARY RÓśNORODNOŚCI GATUNKOWEJ 1 2 γ=1 γ=4 β=1 β=4 γ= α β γ=7 β=1 A B C

6 γ=? MIARY RÓśNORODNOŚCI GATUNKOWEJ β=?

7 γ=? MIARY RÓśNORODNOŚCI GATUNKOWEJ β=? γ=7 β=2,

8 Ile gatunków tworzy funkcjonalny ekosystem?

9 Skład taksonomiczny ekosystemów (biocenoz) - zaleŝnie od biomasy lub liczby gatunków

10 Ekosystem złoŝony z wielu gatunków Energia Ciepło konkurencja drapieŝnictwo pasoŝytnictwo mutualizm

11 SCHEMAT KRYPTOENDOLITYCZNEGO EKOSYSTEMU Z ANTARKTYDY (Woodward 1994) Biomasa: 125 g/m 2

12 DWA UBOGIE W GATUNKI EKOSYSTEMY ANTARKTYKI (Woodward 1994) Liczba gatunków kępy traw kobierzec mchu

13 Forest Soil Ecosystem Functioning with regard to biotic diversity Siemianice Monokultury doświadczalne

14 Liczba gatunków i osobników w próbach fauny epigeicznej ok. 30-letnich monokultur leśnych (Siemianice) DRAPIEśNIKI Całkowita liczba gatunków w lesie: 10 3 Taxon No. sp. Spring Autumn Scarabeidae? Carabidae Staphylinidae Curculionidae? Other Coleoptera? Coleoptera larvae? Formicidae Other Hymenoptera? Hymenoptera larvae? Lepidoptera larvae? Other Lepidoptera? Dermaptera? Other Insects? Aranea Opilionida Acarina?? Pseudoscorpionida Chilopoda? Diplopoda? Isopoda? 9 43 Lumbricidae > Total Total predators >

15 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

16 S = 12 N = 84 Rozkład liczebności osobników w gatunkach

17 Rozkład liczebności gatunków ptaków 150 grądu w Puszczy Niepołomickiej Histogram (gęstość rozkładu) dystrybuanta Wykres liczebności względem rang ( ogiwa ) Dopasowane modele: broken stick szereg geometryczny

18 Wykres konsumpcji energii gatunków wg rang PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, BORY STADIA SUKCESJI

19 MODELE ROZKŁADU LICZEBNOŚCI GATUNKÓW W ZESPOLE SZEREG GEOMETRYCZNY log n x = b ax n x = k x n 1 KaŜdy kolejny gatunek pobiera stałą frakcję zasobów pobranych przez poprzedni BROKEN STICK S losowych frakcji pobieranych zasobów ( patyk połamany w S-1 przypadkowych miejscach )

20 Rozkład liczebności w trzech zespołach lęgowe ptaki leśne; broken stick rośliny naczyniowe runa lasu liściastego; log-normal rośliny naczyniowe subalpejskiego lasu jodłowego; szereg geometr.

21 względna liczebność populacji, n/n Wykres liczebności gatunków wg rang PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, GRĄDY 150-LETNIE SZEREG GEOMETRYCZNY BROKEN STICK ranga gatunku wg. liczebności

22 WSKAŹNIKI RÓŻNORODNO NORODNOŚCI S H = 0,702 H = Σ (p i ln p i ) H = 2,485 i=1 S = 12 N = 84

23 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

24 Preferencje siedliskowe Analiza gradientowa (Whittaker)

25 Klasyczna analiza zbiorowisk w Great Smoky Mountains, Tennessee (Whittaker 1956) Rozkład liczebności gatunków drzew w gradiencie wilgotności

26 Rozmieszczenie wybranych gatunków traw w gradiencie ph Rozmieszczenie gatunków makrofauny wzdłuŝ ławicy ostryg w Kanadzie

27 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

28

29 Populacje osobno Konkurencyjne wypieranie Koegzystencja EKSPERYMENT GAUSEGO

30 Separacja nisz u Ŝerujących lasówek (klasyczny przykład MacArthura, 1958) A Dendroica coronata B Dendroica tigrina C Dendroica virens D Dendroica fusca E Dendroica castanea

31 NISZA EKOLOGICZNA: GRINNEL: zbiór cech gatunku, pozwalający na przeŝycie i wydanie potomstwa w warunkach konkurencji itd. ELTON: miejsce gatunku w środowisku biotycznym, wyznaczana przez interakcje z innymi gatunkami Odum: zawód gatunku MacFadyen, HUTCHINSON: wielowymiarowa bryła w superprzestrzeni wyznaczonej przez osie zasobów środowiska [Nisza fundamentalna, nisza realizowana]

32 NISZA EKOLOGICZNA

33

34 Nisze hutchinsonowskie par gatunków jaszczurek Anolis sp. na 2 wyspach (Małe Antyle). Nisze realizowane określone jako średnia +- SD

35 Nisze morfologiczne gatunków ptaków wróblowatych (Ricklefs &Travis 1980, za Morin 1999 PCA, 8 cech, 83 gatunki Nisza morfologiczna: substytut niszy ekologicznej

36 Koncepcja oparta na teorii niszy Konkurencja Zasada konkurencyjnego wypierania (Gause) Ograniczone podobieństwo Przesunięcie nisz (nisza fundamentalna / nisza realizowana) Rozsunięcie cech Upakowanie gatunków Biocenoza równowagowa

37 UPAKOWANIE NISZ W PRZESTRZENI ZASOBÓW ŚRODOWISKA

38 CZY ISTNIEJĄ PUSTE NISZE?

39 Roger Levin, 1983: Santa Rosalia was a goat Science 221, 4611: Czy są dowody na zasadę ograniczonego podobieństwa? Czy są dowody na trwałość składu biocenoz?

40 Ograniczone podobieństwo, upakowanie gatunków

41 Pinta GALAPAGOS Marchena Genovesa Fernandina San Salvador Rabida Pinzon Daphne Baltra Santa Cruz Isabela Los Hermanos Santa Fe San Cristobal Santa Maria Espanola

42 Zięby Darwina Jonathan Weiner Dziób zięby Czyli jak dziś przebiega ewolucja KiW, 1997

43 GRYZONIE (KALIFORNIA) GOŁĘBIE Nowa Gwinea REGULARNE ODSTĘPY WIELKOŚCI CIAŁA KOEGZYSTUJĄCYCH GATUNKÓW

44 ZASADA OGRANICZONEGO PODOBIEŃSTWA (Hutchinson 1959) PRZYKŁAD SCHOENERA, 1984 (Accipiter sp.) częstość oczekiwany obserwowany stosunek większy gat./mniejszy gat. wg. Schoener, 1984

45 Diamond 1975 KONKURENCYJNY PODZIAŁ SIEDLISK (KONKURENCYJNE UWOLNIENIE)

46 Species assembly

47 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

48 Rozmieszczenie 2 gatunków gołębi Ptilinopus sp. ( owocoŝer ) na wyspach k. Nowej Gwinei (Diamond 1975) Assembly rule czy przypadek?

49 Ptilinopus porphyrea

50 Funkcja częstości występowania ( incidence function ) Ptaki na archipelagu Bismarcka; J = prawdopodobieństwo wystąpienia danego gatunku na wyspie z liczbą S gatunków A tylko na wyspach z duŝą liczbą gat. B tylko na wyspach z małą liczbą gatunków ( tramp, super tramp ) Diamond 1975

51 MODELE NEUTRALNE? (TEORIA BIORÓśNORODNOŚCI HUBBLE A)

52 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

53 Chaos w długotrwałym eksperymencie z biocenozą planktonową

54 CHAOTYCZNE ZMIANY SKŁADU ZESPOŁÓW BIOCENOZY PLANKTONU Z MORZA BAŁTYCKIEGO W CIĄGU OK. 7 LAT

55 Niska specyficzność gatunkowa roślinoŝernych owadów w lesie tropikalnym 900 gatunków owadów roślinoŝernych 51 gatunków roślin monofagia b. rzadka znaczne nakładanie nisz

56 RÓWNOWAGOWE MODELE BIOCENOZY wnioski Konkurencyjne wykluczanie jest rzadkie Puste nisze w wielu zespołach Znaczne nakładanie nisz Brak stałości składu biocenoz Biocenozy (ekosystemy) są z zasady nierównowagowe, przejściowe

57 Koncepcja oparta na teorii dyspersji Głównym ograniczeniem jest dyspersja/rekrutacja Decydująca rola przypadku ( dryf ekologiczny ) Biocenoza nierównowagowa

58 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje PRZYPADEK! LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

59 NEUTRALNA TEORIA BIORÓśNORODNOSCI I BIOGEOGRAFII (Hubbell 2001)

60 LASY RÓWNIKOWE OGROMNA LICZBA KONKURUJACYCH GATUNKÓW: RÓZNE NISZE???

61 RÓWNOWAGA W PRZYRODZIE WNIOSKI OGÓLNE Równowaga w układach ekologicznych występuje rzadko i jest trudna do badania Wartością jest środowisko człowieka, a nie abstrakcyjna równowaga w przyrodzie

62 Artykuł do przeczytania: