EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884. Wykład 12 EKOLOGIA GATUNKU: POPULACJA

Transkrypt

1 EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884 Wykład 12 EKOLOGIA GATUNKU: POPULACJA

2 Dynamika liczebności myszy leśnych i nornic rudych w Białowieskim Parku Narodowym ( )

3

4 Wieloletnia dynamika populacji obu gatunków gryzoni i lata nasienne dębu i grabu

5 myszy, nornice norniki

6 MOŻLIWE INTERPRETACJE ZMIAN LICZEBNOŚCI POPULACJI NIEZALEŻNE OD ZAGĘSZCZENIA ZALEŻNE OD ZAGĘSZCZENIA Andrewartha & Birch 1954 Lack 1954

7 Mechanizmy niezależne od zagęszczenia brak zasobów (np. pokarmu) brak dostępu do zasobów brak czasu» Andrewartha & Birch 1954

8 Mechanizmy zależne od zagęszczenia ( regulacja populacji ) np. model logistyczny dn/dt = rn(1- N/K)

9 DZIAŁANIE CZYNNIKÓW ZALEŻNYCH I NIEZALEŻNYCH OD ZAGĘSZCZENIA tempo rozrodu > śmiertelności (= wzrost wykładniczy) tempo rozrodu < śmiertelności (= spadek wykładniczy) tempo rozrodu, śmiertelności z zagęszczeniem (= równowaga) efekt Allee ego (= równowaga lub spadek) zagęszczenie czas

10 Zmiany liczebności populacji kosa Zależność zmiany liczebności od liczebności w danym roku

11 Samoprzerzedzenie w plantacji drzew (monokultura sosnowa)

12 SAMOPRZERZEDZENIE V = średnia masa osobników n = zagęszczenie

13 TERYTORIALIZM

14 CHAOS DETERMINISTYCZNY W POPULACJI Model logistyczny równanie różniczkowe, czas ciągły: dn/dt = rn(1-n/k) (rozwiązania analityczne - całkowanie) równanie różnicowe, czas dyskretny: N t+1 = N t + ΔN = N t + rn t (1-N t /K) (symulacja numeryczna, rekurencja)

15 CHAOS DETERMINISTYCZNY W POPULACJI N t+1 = N t + ΔN = N t + rn t (1-N t /K) r=0.8 r=1.8 r=2.3 r=2.8

16 TYPOWY CYKL POPULACYJNY NORNIKÓW (Białowieski Park Narodowy)

17 KLASYCZNY CYKL POPULACYJNY ZAJĄCA I RYSIA W KANADZIE (MacLulich 1937)

18 Populacje osobno Konkurencyjne wypieranie Koegzystencja EKSPERYMENT GAUSEGO

19 Równanie logistyczne dn dt = rn (1-n/K) n K n 0 t

20 STABILIZUJĄCY WPŁYW ZMIENNOŚCI INDYWIDUALNEJ MODEL ŁOMNICKIEGO ranga Trzy sposoby przedstawienia rozkładu zmiennej: gęstość, dystrybuanta i ogiwa

21 x = ranga osobnika y(x) = zagospodarowane zasoby (funkcja rangi) m = minimalna wartość y(x), niezbędna do przetrwania jeżeli y(x)<m osobnik o randze x ginie nie wydając potomstwa K osobników bierze y(x)>=m nadmiar g(x) = y(x)-m zamienią na potomstwo (z wydajnością h) K N t+1 = h Σ g(x) x=1

22 PRZY RÓWNYM PODZIALE ZASOBÓW ALBO WSZYSTKIE PRZEŻYWAJĄ, ALBO WSZYSTKIE (W KOŃCU) GINĄ Wniosek z modelu Łomnickiego: NIERÓWNY PODZIAŁ ZASOBÓW SPRZYJA STABILNOŚCI POPULACJI

23 WARUNKI PRZETRWANIA POPULACJI EFEKTYWNA WIELKOŚĆ POPULACJI: tylko osobniki rzeczywiście biorące udział w rozrodzie Najmniejsza populacja żywotna: N=500? Najmniejsza populacja odporna na utratę alleli neutralnych przez dryf N=10 5? Szkodliwy wpływ inbredu N<50?

24 Tempo wymierania małych populacji ptaków na wyspach w zależności od wielkości populacji

25 Paul Ehrlich WYKŁADNICZY WZROST LICZEBNOŚCI POPULACJI LUDZKIEJ

26 Fig. 1. World and continental population projections. (A) UN 2012 world population projection (solid red line), with 80% PI (dark shaded area), 95% PI (light shaded area), and the traditional UN high and low variants (dashed blue lines). Gerland et al., 2014: Science 346 (6206):

27 Fig. 1World and continental population projections. (B) UN 2012 population projections by continent. In both panels, the vertical dashed line denotes Gerland et al., 2014: Science 346 (6206):

28 UDZIAŁ OSÓB W WIEKU>59 LAT STARZENIE SIĘ POPULACJI LUDZKIEJ

29 Mężczyźni Kobiety

30 PROGNOZA LICZBY LUDNOŚCI W POLSCE (GUS 2007) a tys tys. Mężczyźni Kobiety

31

32 DEMOGRAFIA a HISTORIA ŻYCIOWA

33 ALOKACJA ZASOBÓW METABOLIZM I SYNTEZA WZROST REZERWY REPRODUKCJA ZDOBYCIE ZASOBÓW NAPRAWY OBRONA organizm neodarwinowski

34 ALOKACJA ZASOBÓW METABOLIZM I SYNTEZA WZROST REZERWY REPRODUKCJA ZDOBYCIE ZASOBÓW NAPRAWY OBRONA organizm neodarwinowski

35 CAŁOŻYCIOWY BILANS ENERGII [ZASOBÓW] OSOBNIKA R C P P FU

36 CAŁOŻYCIOWY BILANS ENERGII [ZASOBÓW] OSOBNIKA R C P FU

37 HISTORIA ŻYCIOWA ( life history ) i STRATEGIE EWOLUCYJNE masa ciała od do 10 8 g WZROST I ROZWÓJ ROZRÓD min h d m r , , , , PRZEŁĄCZENIE czas życia od 10 2 do sekund

38 Tabela przeżywania i reprodukcji x l x q x (%) f x m x m x l x Σ R 0 =1.0

39 x l x q x (%) f x m x m x l x Σ R 0 =1.0 W tabeli życia są klasy wieku z f x = 0, ale zawsze q x > 0!

40 DOBÓR NATURALNY MAKSYMALIZUJE CAŁOŻYCIOWY SUKCES ROZRODCZY, A NIE WYDAJNOŚĆ POSZCZEGÓLNYCH CECH ORGANIZMU

41 l x proporcja dożywających klasy wieku

42 L x klasy wieku

43 Tabela przeżywania x l x L x T x e x (l x +l x+1 )/2 Sumowanie od dołu Dalsza oczekiwana długość życia

44 L x proporcja dożywających klasy wieku

45 L x proporcja dożywających klasy wieku

46 L x proporcja dożywających klasy wieku

47 Tabela przeżywania x l x L x T x e x (lx+l x+1 )/2 Sumowanie L x od dołu Dalsza oczekiwana długość życia T x /l x

48 HISTORIA ŻYCIOWA ( life history ) i STRATEGIE EWOLUCYJNE masa ciała MASA CIAŁA od do 10 8 g WZROST I ROZWÓJ ROZRÓD PRZEŁĄCZENIE czas życia CZAS ŻYCIA od 10 2 do sekund

49 HISTORIA ŻYCIA HIPOTETYCZNEGO ORGANIZMU 100 Klasa wieku Liczebność na początku klasy wieku Śmiertelność w klasie wieku [%] Średnia liczebność w klasie wieku liczba młodych w klasie wieku Liczebność , Klasa wieku (czas)

50 Klasa wieku Śmiertelność w klasie wieku [%] 1 50 liczba młodych w klasie wieku , Potomstwo 2 klasy wieku rozpoczyna swoje życie Jako kolejna kohorta

51 Klasa wieku Śmiertelność w klasie wieku [%] liczba młodych w klasie wieku , Sumując liczebności kohort w synchronicznych klasach wieku otrzymujemy dynamikę liczebności populacji SUMA Czas

52 LICZEBNOŚĆ POPULACJI PRZY ZRÓWNOWAŻONEJ ŚMIERTELNOŚCI I ROZRODCZOŚCI Liczebność populacji Liczebność populacji Czas Klasa wieku Śmiertelność w klasie wieku [%] liczba młodych w klasie wieku 1 50 SUMA ,

53 ZMIANY LICZEBNOŚCI POPULACJI PRZY MNIEJSZEJ ŚMIERTELNOŚCI Klasa wieku Śmiertelność w klasie wieku [%] liczba młodych w klasie wieku , Liczebność populacji Czas

54 ZMIANY LICZEBNOŚCI POPULACJI PRZY MNIEJSZEJ ROZRODCZOŚCI Klasa wieku Śmiertelność w klasie wieku [%] 1 50 liczba młodych w klasie wieku ,5 2, Liczebność populacji Czas EKOLOGIA POPULACYJNA

55 KRZYWA PRZEŻYWANIA (POLSKA 2012) [GUS] LICZBA DOŻYWAJĄCYCH l x liczba dożywających wiek dożywających mężczyźni kobiety

56 Płodność kobiet 2012 (urodzenia żywe na 1000 kobiet)

57 HISTORIA ŻYCIOWA CZŁOWIEKA LICZBA DOŻYWAJĄCYCH l x liczba dożywających PŁODNOŚĆ KOBIET wiek dożywających mężczyźni kobiety

58 KRZYWA PRZEŻYWANIA (POLSKA 2012) [GUS] LICZBA DOŻYWAJĄCYCH l x liczba dożywających wiek dożywających mężczyźni kobiety

59 PRAWDOPODOBIEŃSTWO ZGONU q x 0,40000 prawdopodoieństwo zgonu 0, , , , , , , , wiek dożywających mężczyźni kobiety

60 DALSZE TRWANIE ŻYCIA e x przewidywane dalsze trwanie życia 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, wiek dożywających M:15,3 19,7 K: 17,7 24,3 mężczyźni kobiety

61 OSIĄGANY WIEK przewidywany wiek śmierci 105,00 100,00 95,00 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 65,00 60, wiek dożywających mężczyźni kobiety

62 OSIĄGANY WIEK przewidywany wiek śmierci 105,00 100,00 95,00 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 65,00 60, wiek dożywających mężczyźni kobiety

63

64

65 Prognoza średniej długości życia w Polsce

66 Prognoza średniej długości życia w Polsce 1955 M 55,6 K 61,5

67 ŚREDNIA DŁUGOŚĆ ŻYCIA (Lata) DOCHÓD NA GŁOWĘ ($ / rok, z popr. na inflację) log

68 SYMULACJA POGLĄDOWA ZMIAN DEMOGRAFICZNYCH mężczyźni

69 KRZYWA PRZEŻYWANIA l x w latach 1955 i

70 Prognoza zmiany struktury wiekowej populacji Polski tys.

71 PROGNOZA LICZBY LUDNOŚCI W POLSCE a tys tys. Mężczyźni Kobiety

72 ALOKACJA ZASOBÓW METABOLIZM I SYNTEZA WZROST REZERWY REPRODUKCJA ZDOBYCIE ZASOBÓW NAPRAWY OBRONA organizm neodarwinowski

73 Weiner 1992

74 Weiner 1992

75

76 POKARM OBJĘTOŚCIOWY NISKOSTRAWNY OBFICIE DOSTĘPNY

77

78 POKARM SKONCENTROWANY ŁATWOPRZYSWAJALNY TRUDNY DO ZDOBYCIA JW

79 żerowanie trawienie wchłanianie CIEPŁO PRACA TKANKI Weiner 1992

80 Jak dzięcioł czarny rozwiązał dylemat: być dużym czy szybko rosnąć?

81 ZMIANA STRATEGII POKARMOWEJ W CIĄGU ŻYCIA JW GĄSIENICA: POKARM OBJĘTOŚCIOWY, NISKOSTRAWNY

82 MOTYL: POKARM SKONCENTROWANY STRATEGIA ROZRODCZA: LICZNE POTOMSTWO NISKIE INWESTYCJE INDYWIDUALNE JW

83 Corymbia rubra LARWA DREWNOJADA: POKARM NISKOWARTOŚCIOWY MAŁA ŚMIERTELNOŚĆ; DŁUGI CZAS ROZWOJU JW

84 Corymbia rubra IMAGO: POKARM SKONCENTROWANY (MAŁO ISTOTNY) JW

85 BŁONKÓWKI: POKARM SKONCENTROWANY SPOŁECZNA OPIEKA NAD POTOMSTWEM SZYBKI ROZWÓJ JW

86