EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII. Zespół i biocenoza

Transkrypt

1 EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII Zespół i biocenoza

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

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

4 ZESPÓŁ I BIOCENOZA ZESPÓŁ: dowolnie duŝa grupa gatunków w interakcji BIOCENOZA: zbiór wszystkich gatunków ekosystemu zespół wszystkich gatunków ekosystemu, w interakcjach unikatowy, charakterystyczny zespół gatunków danego typu ekosystemu

5 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA REGUŁY SKŁADANIA SUKCESJA

6 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ZA DUśO GATUNKÓW ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA REGUŁY SKŁADANIA SUKCESJA

7 Schemat prostego ekosystemu, przedstawiający tylko sieć zaleŝności troficznych

8

9 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) DUśO RZADKICH, MAŁO POSPOLITYCH STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA REGUŁY SKŁADANIA SUKCESJA

10 WSKAŹNIKI RÓŻNORODNOŚCI H = 0,702 H = 2,485 S = 12 N = 84

11 MODELE ROZKŁADU LICZEBNOŚCI GATUNKÓW W ZESPOLE

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

13 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA DUśO MAŁYCH, MAŁO DUśYCH OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA REGUŁY SKŁADANIA SUKCESJA

14 Proporcja liczby gatunków W DANEJ GRUPIE TAKSONOMICZNEJ PRZEWAśAJĄ GATUNKI O MAŁYCH ROZMIARACH CIAŁA Masa ciała (g)

15 ZAGĘSZCZENIE POPULACJI SSAKÓW W LASACH RÓWNIKOWYCH GATUNKI MAŁE SĄ LICZEBNIEJSZE (NA OGÓŁ) log (ZAGĘSZCZENIE POPULACJI; N/km 2 ) log (MASA CIAŁA, g)

16 GATUNKI DUśE SĄ MAŁO LICZEBNE, Z MAŁYMI RÓśNIE BYWA Liczebność populacji log (zagęszczenie) Długość ciała [mm] Chrząszcze na paprociach w Brunei log (masa ciała, kg) Ryby głębinowe w Atlantyku

17 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO ZASADA HUTCHINSONA, ZASADA ELTONA NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA REGUŁY SKŁADANIA SUKCESJA

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

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

20 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA DUCH MINIONEJ KONKURENCJI? REGUŁY SKŁADANIA SUKCESJA

21 Diamond 1975 KONKURENCYJNY PODZIAŁ SIEDLISK (KONKURENCYJNE UWOLNIENIE (COMPETITIVE RELEASE)

22 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]

23 NISZA EKOLOGICZNA

24 WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ REDUNDANCJA ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA REGUŁY SKŁADANIA PRZYPADEK CZY KONIECZNOŚĆ? SUKCESJA

25 AFRYKA AMERYKA PD. KONWERGENCJA MORFOLOGICZNA GATUNKÓW W ZESPOŁACH LASÓW DESZCZOWYCH AFRYKI I AMERYKI PD.

26 PODOBIEŃSTWO MORFOLOGICZNE PTAKÓW WRÓBLOWATYCH Panama Liberia

27 DENDROGRAM PODOBIEŃSTWA SPOSOBÓW śerowania PTAKÓW

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

29 RÓśNORODNOŚĆ BIOLOGICZNA BIOSFERY CO NAS TO OBCHODZI?

30 ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ Ekologiczne ( diversity begets stability ) Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) Poznawcze ( dla nauki ) Wersja słaba ( Nauka to potęgi klucz ) Wersja mocna ( Ciekawi jesteśmy ) Estetyczno-etyczne Wersja słaba ( Naturalne środowisko człowieka ) Wersja mocna ( Tak nam się podoba )

31 RÓśNORODNOŚĆ ==> STABILNOŚĆ? [ Diversity begets stability ] Matematyczne modele układów dwu (lub niewielu) gatunków są immanentnie niestabilne Nie zawsze. Modele układów wielogatunkowych są jeszcze mniej stabilne Laboratoryjne układy eksperymentalne dwu- lub kilkugatunkowe są niestabilne Owszem, ale układy wielogatunkowe teŝ!

32 RÓśNORODNOŚĆ ==> STABILNOŚĆ? Wyspy (ubogie w gatunki) są podatne na inwazje Prawda, ale są teŝ spektakularne przykłady inwazji na kontynenty Monokultury są podatne na inwazje i szkodniki Problem koewolucji, a nie bioróŝnorodności. Uprawy to sztuczne stadia wczesnosukcesyjne. Naturalne monokultury są stabilne. Bogate w gatunki ekosystemy (np.lasy deszczowe) są wolne od gradacji owadów Nie prawda, tam teŝ są ogromne fluktuacje populacji. Za to klimat jest stabilny

33 ZNACZENIE FUNKCJONALNE RÓśNORODNOŚCI EKSPERYMENTY (lata 80. i 90.) Tilman (preria); 1-24 gatunków, setki powt. wzrost produktywności wzrost niezawodności lepsze wykorzystanie zasobów Lawton ekotron ; gat. 16 powt. wzrost produktywności i respiracji Nee et al.. mikrokosmosy, dziesiątki powt. wzrost niezawodności (powtarzalności)

34 EKSPERYMENT BIODEPTH STANOWISKO W PORTUGALII

35

36

37 GATUNKI ZWORNIKOWE ( KEYSTONE SPECIES )

38 GATUNKI ZWORNIKOWE ( KEYSTONE SPECIES )

39 ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ Ekologiczne ( diversity begets stability ) Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) Poznawcze ( dla nauki ) Wersja słaba ( Nauka to potęgi klucz ) Wersja mocna ( Ciekawi jesteśmy ) Estetyczno-etyczne Wersja słaba ( Naturalne środowisko człowieka ) Wersja mocna ( Tak nam się podoba )

40 ROŚLINY UPRAWNE kilkanaście gatunków, większość zapotrzebowania: pszenica kukurydza ryŝ ziemniaki

41 Zielarze, XVI wiek

42 Nadal większość leków to naturalne związki roślinne albo ich pochodne

43 ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ Ekologiczne ( diversity begets stability ) Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) Poznawcze ( dla nauki ) Wersja słaba ( Nauka to potęgi klucz ) Wersja mocna ( Ciekawi jesteśmy ) Estetyczno-etyczne Wersja słaba ( Naturalne środowisko człowieka ) Wersja mocna ( Tak nam się podoba )

44 DLA NAUKI : Poznanie naukowe jest częścią kultury, nie tylko zapleczem techniki

45 ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ Ekologiczne ( diversity begets stability ) Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) Poznawcze ( dla nauki ) Wersja słaba ( Nauka to potęgi klucz ) Wersja mocna ( Ciekawi jesteśmy ) Estetyczno-etyczne Wersja słaba ( Naturalne środowisko człowieka ) Wersja mocna ( Tak nam się podoba )

46 Albrecht Duerer, 1505

47 Stanisław Wyspiański ( )

48 Cornflower May 9/10, 1896 In the meantime, excursions to Bielany, to the meadows along Vistula, to draw flowers and to stylize them ( ) This is a whole world, shining like a rainbow, weird, I want to integrate myself into it. What a wonder! July 13, 1896

49 Pasque flower Sasanka łąkowa (Pulsatilla pratensis) Fort Bodzów, May 23, 1896 at Twardowski Cave

50 Poppy

51 Bniec biały (Melandrium album) White catchfly Silene pratensis kwiat Ŝółtawo biały/szyjka zielonkawo-biała/ osłonka bladozółto-zielona/na kantach brązowa (przy pączkach/kanty winiowe, przy maleńkich zielone ciemne; włoski białe. słupki Ŝółte ze szczotkami ciemno zółtemi (cała łodyga przy kwiecie obsadzona robaczkami czarnymi maluńkiemi połyskującemi) liście zielone ciemne omszałe /spody oliwkowo zielone Ŝyłki Ŝółte włoski białe na łodyŝce i listku (stąd kontury białe listków a wyrost blady). w wielkich lisciach u dołu rośliny Ŝyłki białe rózowe od końca a liść prawie czarny zielony. 15. ipca 1896, za Wisłą

52 Prunella grandiflora Głowienka wielkokwiatowa (Prunella grandiflora) July 14 (1896), swamps at Vistula Kostrze meadows, July11, 2002

53 Ponad wrzosem Szczygieł z kosem Powadzili się o to, kto z nich lepiej śpiewa. Koło drzewa... Ignacy Krasicki Szczygieł i Kos

54 Uciekła mi przepióreczka w proso...

55