EKOLOGIA. Populacja termin różnie rozumiany. Cechy osobnicze vs cechy populacji. Ekologia populacji

Transkrypt

1 EKOLOGIA Ekologia populacji Populacja termin różnie rozumiany W demografii (człowieka): ludzie zamieszkujący określony rejon: np. populacja Krakowa, populacja Polski południowej, populacja Polski, populacja Europy itd. W genetyce: grupa krzyżuj ujących się osobników tego samego gatunku, izolowana od innych grup tego gatunku W ekologii populacji: grupa osobników w tego samego gatunku zamieszkujących ten sam teren Cechy osobnicze vs cechy populacji Cechy osobnicze: -rozmiar -wiek -stadium rozwojowe -płeć -behawior Cechy populacji: -liczebność, zagęszczenie -struktura wiekowa -stosunek płci -rozmieszczenie przestrzenne 3

2 Procesy osobnicze i na poziomie populacji Procesy osobnicze: -wzrost -rozwój -odżywianie -reprodukcja -śmierć Procesy w populacji: - wzrost liczebności lub (i) zagęszczenia - zmiany struktury wiekowej - rozrodczość - śmiertelność 4 Metapopulacja populacja subpopulacja W rzeczywistości ci organizmy na ogół nie żyją w ściśle izolowanych grupach: między lokalnymi populacjami następuje wymiana osobników w (i przepływ genów) metapopulacja w obrębie bie populacji można często wyodrębni bnić odmienne genetycznie grupy osobników subpopulacje Populacje źródłowe i ujściowe 5 Funkcjonowanie metapopulacji 6

3 Funkcjonowanie metapopulacji 7 Funkcjonowanie metapopulacji 8 Metapopulacje i subpopulacje 9 3

4 Co ogranicza obszar występowania populacji? Rozkład przestrzenny nadających się do zasiedlenia środowisk Konkurenci Bariery uniemożliwiaj liwiające rozprzestrzenianie Drapieżniki i pasożyty występowanie populacji stanowi podzbiór całkowitego zasięgu gatunku Każdy z tych czynników w determinuje także rozmieszczenie osobników w w populacji Struktura populacji Zagęszczenie szczenie: : liczba osobników w przypadających na jednostkę powierzchni lub objęto tości (tu problem z osobnikami modularnymi w tym przypadku lepiej wyrażać zagęszczenie liczbą rametów na jednostkę powierzchni); Struktura wiekowa: stała (zrównowa wnoważona) ona) gdy proporcje między poszczególnymi klasami wieku nie zmieniają się; trwała (niezmienna) tylko w populacjach o ustabilizowanej liczebności, ci, gdy liczebność w poszczególnych klasach wieku jest stała % osobników populacja populacja w populacji młoda ustabilizowana Struktura wiekowa a potencjał wzrostu populacja zamierająca 4

5 Tabele przeżywania: kohortowe Siła śmiertelności d x /l x Begon, Mortimer, Thompson Ekologia populacji 3 Płodność, przeżywalność (l x ), śmiertelność (q x ) i siła śmiertelności (k x ) w populacji wiechliny Begon, Mortimer, Thompson Ekologia populacji 4 Tabele przeżywania: statyczne Begon, Mortimer, Thompson Ekologia populacji 5 5

6 Przeżywalność (l x ), śmiertelność (q x ) i siła śmiertelności (k x ) w populacji jelenia Begon, Mortimer, Thompson Ekologia populacji 6 Podstawowe typy krzywych przeżywania Begon, Mortimer, Thompson Ekologia populacji 7 Historia życia osobników w populacji F F F F 3 Fn Begon, Mortimer, Thompson Ekologia populacji 8 6

7 N,t+ N,t+ N,t+ Jak obliczyć liczebność populacji w kolejnych klasach wieku?,t+ = N,t F + N,t F N n,t F n,t+ = N,t P,t+ = N,t P... N n,t+ n,t+ = N n-,t P n- F P F P P n Fn n n... nn 9 Dynamika liczebności populacji Liczebność populacji jest wypadkowąśmiertelno miertelności (d)( ) i rozrodczości ci (b)( ) oraz imigracji (I)( ) i emigracji (E):( N t+ = N t + b d + I E Tempo zmian liczebności ci zależy y od liczby osobników w potomnych w pokoleniu T+ przypadających na jednego osobnika w pokoleniu poprzednim współczynnik reprodukcji netto: R = N T+ /N T R można też obliczyć sumując c liczbę osobników w potomnych rodzonych w kolejnych klasach wieku: R = Σl x m x R = populacja ustabilizowana R < liczebność populacji maleje R > liczebność populacji rośnie Wewnętrzne tempo wzrostu populacji W danych warunkach środowiskowych, przy nieograniczonych zasobach każda populacja realizuje maksymalne możliwe tempo wzrostu jest to wewnętrzne tempo wzrostu populacji r. r zależy y od gatunku (maksymalna teoretycznie możliwa reprodukcja i minimalna teoretycznie możliwa śmiertelność) oraz od środowiska (faktycznie możliwa do zrealizowania w danych warunkach rozrodczość i śmiertelność) log( średnia _ liczba _ potomstwa _ na _ osobnika) ln R = = czas _ trwania _ pokolenia T r zmiana liczebności ci w czasie t = wewnętrzne tempo wzrostu liczebność N = rn t 7

8 Dynamika populacji model wykładniczy Liczebność populacji (N ) 6 N = rn t Czas (t) Liczebność populacji (N ) 6 dn = rn dt Czas (t) dn/dt N Populacje żyją na ogół w środowiskach o ograniczonych zasobach model logistyczny Pojemność śćśrodowiska, K (ang. carrying capacity) maksymalna liczebność populacji, jaka może e istnieć w danym środowisku: wraz ze zbliżaniem się liczebności ci do K nasila się konkurencja dostępne do zasiedlenia środowisko jest już pomniejszone o N t osobników: dn K N = rn dt K 3 Logistyczny model wzrostu liczebności populacji Liczebność populacji (N) Czas (t) dn/dt N dn/ndt N 4 8

9 Jak faktycznie wygląda dynamika naturalnych populacji? 5 Czynniki determinujące liczebność populacji Niezależne od zagęszczenia (hipoteza Andrewarthy i Bircha,, 954): liczebność populacji jest wciąż redukowana przez zaburzenia środowiskowe, dzięki którym nigdy nie dochodzi do osiągni gnięcia liczebności ci K Zależne od zagęszczenia regulacja liczebności ci populacji (hipoteza Lacka, 954) liczebność populacji wzrasta aża do osiągni gnięcia liczebności ci K,, kiedy dalszy wzrost jest niemożliwy ze względu na ograniczone zasoby (wyczerpujące ce się zasoby pokarmowe, brak siedlisk itp.) 6 Regulacja zależna od zagęszczenia 7 9

10 Zależność od zagęszczenia może być różnie realizowana a c b d 8 Regulacja liczebności przez nierówny podział zasobów - konkurencja przez odbieranie i przez ustępowanie Zasoby Zasoby odbieranie (scramble) Ranga osobnika Ranga osobnika ustępowanie (contest) Ranga osobnika 9 Zasoby Zasoby Ranga osobnika 3

11 Tribolium confusum ustępowanie pozwala na przeżycie większej populacji w tych samych warunkach środowiskowych Populacje otwarte (z migracjami) Liczba imagines Populacje zamknięte (bez migracji) Liczba jaj 3 Liczebność i biomasa w populacjach T. confusum z migracją (M) i bez (Z) Seria Parametr 3 Początkowe zagęszczenie (liczba jaj na g pożywki) M Z Śr.. masa poczw. Liczba dorosłych Masa populacji Śr.. masa poczw. Liczba dorosłych Masa populacji Konkurencja wewnątrzgatunkowa Przedmiotem konkurencji mogą być rozmaite zasoby, ale tylko wówczas, w wczas, gdy ich ilość dostępna dla danej populacji jest ograniczona; W oddziaływaniach konkurencyjnych obowiązuje zasada wzajemności; Wskutek konkurencji osobników w wewnątrz populacji następuje zmniejszenie udziału u poszczególnych osobników w w tworzeniu następnych pokoleń; Sukces reprodukcyjny osobnika w warunkach konkurencji zależy y od jego dostosowania; Nacisk konkurencji rośnie wraz ze wzrostem zagęszczenia populacji. Zasada stałego plonu. 33

12 Ekstynkcje populacji Prawdopodobieństwo ekstynkcji maleje ze wzrostem: wewnętrznego tempa wzrostu r pojemności środowiska (wielkości stałej K) Prawdopodobieństwo ekstynkcji rośnie ze wzrostem tempa zmian środowiskowych Czynniki stochastyczne (losowe) mogące wpływa ywać na dynamikę populacji i prawdopodobieństwo ekstynkcji: Demograficzne (stałe e wartości F i i P i, ale różne r faktycznie realizowane); Środowiskowe (losowe zmiany F i i P i ); Genetyczne (losowe zmiany F i i P i ). 34 Dopuszczalna eksploatacja populacji Przykład ad: : obliczyć dopuszczalną eksploatację populacji płetwala p błęb łękitnego Klasy wieku: ,9,77,77,77,44,5,5,45,77,77,77,78 λ=,7 maksymalna eksploatacja: (λ-)/ λ =,7% 35 Konkurencja międzygatunkowa Zasada jedna nisza - jeden gatunek trzy możliwo liwości rozwiązania zania konfliktu: Konkurencyjne wypieranie (np. Tribolium) Podział zasobów w (np. kraby, lasówki wki) Rozchodzenie się cech (np( np.. zięby Darwina) W jakich warunkach możliwa jest koegzystencja gatunków w konkurujących o te same zasoby? model Lotki-Volterry 36

13 Konkurencyjne wypieranie: dwa gatunki Tribolium Mikroklimat Gorący i wilgotny Umiarkowany i wilgotny Chłodny i wilgotny Gorący i suchy Umiarkowany i suchy Chłodny i suchy Procentowy udział gatunku T. confusum T. castaneum Podział zasobów: trzy gatunki krabów pustelników liczba osobników w zależności od cech środowiska Siedlisko Wyższe partie litoralu z udziałem brunatnicy Hedophyllum sessile Głębsze partie litoralu Duże e głazy g w środkowej częś ęści litoralu Pagarus hirsutiusculus 6 Pagarus beringanus muszle ślimaka Littorina sitkana 6 muszle ślimaka Searlesia dira Pagarus granosimanus Głębsze partie litoralu 8 Płytsze częś ęści środkowego litoralu 6 38 Podział zasobów: pięć gatunków północnoamerykańskich lasówek na świerku lasówka rdzawolica lasówka rudogardła lasówka kasztanowata lasówka czarnogardła lasówka pstra MacArthur, 958, Ecology. 39 3

14 Rozchodzenie się cech: zięby na wyspach Galapagos Szerokość dzioba Procent osobników w poszczególnych klasach Populacje sympatryczne G. fortis populacja allopatryczna G. fuliginosa populacja allopatryczna Szerokość dzioba Grant i Grant,, Pearson Education, Inc. (Benjamin Cummings) 4 Konkurencja międzygatunkowa model Lotki-Volterry dn K N α, N = r N dt K dn K N α,n = r N = dt K. r =. N = 3. K -N -α, N = N = K -α, N dn K N α,n = r N dt K dn K N α,n = r N = dt K. r =. N = 3. K -N -α, N = N = K -α, N 4 Izolinie dn/dt = dla konkurujących populacji wg modelu Lotki-Volterry 4 4

15 Poszukiwanie punktów równowagi stabilnej dla dwugatunkowego układu 43 Inne układy wielogatunkowe i ich konsekwencje Drapieżnictwo model Lotki-Volterry Volterry: dn = rn αnn dt dn = βαnn mn dt Parazytoidy: : specjalny przypadek drapieżnictwa Pasożytnictwo (hipoteza Hamiltona: ewolucja płci) p Roślino linożerność ( wyścig zbrojeń substancje toksyczne/detoksykacja) Koewolucja (hipoteza Czerwonej Królowej) 44 Mutualizm symbiozy metaboliczne powstanie Eucaryota z Proteobacteria i Cyanobacteria porosty symbioza glonów w z grzybami mikoryza (endo- i ekto-) Zoogamia i zoochoria Komensalizm 45 5

16 Pomóż młodszym kolegom: pamiętaj o wypełnieniu ankiety USOS! Egzamin. Termin: termin do uzgodnienia. Nie zapomnij indeksu! 46 6