Ekologia ogólna. wykład 9 metapopulacje, różnorodność, ochrona

Transkrypt

1 Ekologia ogólna wykład 9 metapopulacje, różnorodność, ochrona

2 Zasady zaliczania: Obowiązkowi : piszą egzamin obecność na wykładzie nie ma znaczenia OGUN / do wyboru za max. 2 nieobecności gwarantowane 3 w innych przypadkach egzamin (wersja ułatwiona)

3 Metapopulacja Metapopulacja to populacja populacji, które lokalnie zanikają i są odbudowywane na drodze rekolonizacji (Levins) wykład 9/3

4 Metapopulacja Dynamika metapopulacji Równowaga: odsetek zamieszkanych płatów nie zmienia się N - liczba płatów zasiedlony T - liczba płatów nadających się do zasiedlenia p - odsetek płatów zasiedlonych m - tempo rekolonizacji e - tempo wymierania m e wykład 9/4

5 Metapopulacja Procesy na poziomie populacji lokalnych Na poziomie metapopulacji Związane z wielkością płata: struktura i dynamika populacji lokalnych migracyjność prawdopodobieństwo wymarcia Przemieszczanie się organizmów: bariery korytarze ekologiczne, łączność płatów filtrowanie osobników Na poziomie genetycznym: wsobność dryf genetyczny efekt szyjki od butelki (bottleneck) Na poziomie genetycznym: rola migracji efekt założyciela wykład 9/5

6 MVP (minimal viable population) Liczebność, przy której prawdopodobieństwo przetrwania w określonym czasie jest rozsądnie duże. np. 95% prawdopodobieństwo utrzymania się populacji przez 100 lat owca kanadyjska wykład 9/6

7 MVP (minimal viable population) Przyczyny wymierania (zaniku) populacji: przypadkowość demograficzna przypadkowość genetyczna przypadkowość środowiskowa katastrofy naturalne Nieuchronny zanik (Schaffer, 1981) nie jest spowodowany czynnikami losowymi związany z zanikiem kluczowego zasobu (np. wycinka lasu) wykład 9/7

8 Fragmentacja siedlisk Fragmentacja siedlisk dotyczy: zmniejszenia powierzchni siedlisk podziału siedlisk na mniejsze płaty wzrostu długości krawędzi płatów wzrostu izolacji płatów od siebie spadku średniej wielkości płata wykład 9/8

9 Typy rozmieszczenia płatów płaty rozproszone płaty tworzą wyspy płaty skumulowane gatunki o dużym areale mogą traktować płaty jako heterogeniczne środowisko w dużych płatach żyje wiele osobników tworząc subpopulacje im większe odległości między płatami, tym trudniejsza (re)kolonizacja wykład 9/9

10 Fragmentacja siedlisk Wielkość płata ma znaczenie: im mniejszy, tym większe ryzyko zaniku populacji im mniejszy, tym mniej gatunków zmieści Lokalne zgrupowania gatunków Gatunek D pierwszy zaniknie w wyniku zmniejszenia płata A A A B B A C D B C wykład 9/10

11 Fragmentacja siedlisk Istotna dla ochrony gatunków Izolacja płatów zanikanie lokalnych populacji nie jest równoważone przez migracje puszczyk plamisty ciągły las las pofragmentowany Występowanie puszczyka w różnych typach lasu (Carey et al. 1992) wykład 9/11

12 Przykład: susły S.s. g u tta tu s suseł perełkowany S. s. s u s lic u s region zachodni S.s. b o r is t h e n ic u s S.s. v o lh y n e n s is S.s. o g n ie v i region wschodni Biedrzycka, 2006 wykład 9/12

13 Przykład: susły region zachodni region wschodni liczba haplotypów 6 14 liczba miejsc segregujących 9 27 różnorodność haplotypów 0,658 0,938 wykład 9/13

14 Izolacja przez dystans Im większa odległość, tym większe zróżnicowanie między lokalnymi popuacjami Wystarczy 1 migrant na pokolenie by populacje nie różnicowały się pod wpływem dryfu. heterozygotyczność w subpopulacjach Fst = Nm liczba migrantów na pokolenie heterozygotyczność w całej populacji wykład 9/14

15 Korytarze migracyjne txt. wykład 9/15

16 Bariery migracyjne skumulowany % osobników powracających txt. wracające z lasu wracające zza drogi 50% godz. wykład 9/16

17 Teoria biogeografii wysp Liczba gatunków ptaków 40 Anacapa liczba gatunków 30 San Nicolas 25 Santa Catalina Los Coronados 10 5 Na lądzie 68 gatunków 0 Los Coronados 12 San Nicolas Santa Catalina Zmiana liczba gatunków 10 Anacapa ubyło przybyło Los Coronados San Nicolas Santa Catalina Anacapa wykład 9/17

18 Teoria biogeografii wysp Imigracja Ekstynkcja Tempo procesu wyspy duże wyspy małe blisko lądu daleko lądu E1 E 2 E3 E4 Liczba gatunków Tempo kolonizacji jest odwrotnie proporcjonalne do liczby gatunków już obecnych (pula gatunków kolonizujących jest skończona) Im więcej gatunków jest na wyspie, tym więcej może wymrzeć Przy pewnym stosunku liczebności te dwa procesy się równoważą wykład 9/18

19 Teoria biogeografii wysp: SLOSS SLOS Single Large or Several Small Single large Więcej gatunków Zachowanie większej naturalności siedlisk (mniejszy udział stref granicznych, mniejsze przekształcenia) Zachowanie naturalnych związków między gatunkami Several small Więcej gatunków (różne płaty, różny rozdział gatunków w przestrzeni) Mniej groźne rozprzestrzenianie chorób, pasożytów, klęsk żywiołowych (np. pożary) Możliwa ochrona gatunków o specyficznym statusie wykład 9/19

20 Różnorodność gatunkowa Miary różnorodności (Whittaker) alfa (α) - różnorodność w skali lokalnej, w obrębie jednego środowiska, wyrażona liczbą gatunków beta (β) - zróżnicowanie środowisk w większym obszarze określa, ile razy wzrośnie liczba gatunków po uwzględnieniu różnorodności wszystkich środowisk gamma (γ) - suma wszystkich gatunków, γ = α x β St. Kitts Trynidad liczba gatunków (γ) liczba środowisk gatunki / środowisko (α) zróżnicowanie środowisk (β) wykład 9/20

21 Różnorodność a stabilność Hipoteza: proste układy (laboratoryjne, teoretyczne) są niestabilne w złożonych ekosystemach (np.. lasy równikowe) brak fluktuacji, duże fluktuacje w ubogich (np. tundra) nie potwierdzono Hipotezy alternatywne hipoteza wypadających nitów (Ehrlich & Ehrlich) gatunki zwornikowe hipoteza redundancji w obrębie grupy funkcjonalnej nie ma znaczenia, który gatunek wchodzi w jej skład wykład 9/21

22 Gatunki zwornikowe (keystone species) gatunek dominujący Wpływ gatunku zwornikowego na ekosystem jest nieproporcjonalnie duży w stosunku do jego liczebności biomasa kopytnych gatunek zwornikowy średnia temperatura wykład 9/22

23 Globalna skala różnorodności Różnorodność biologiczna jest to zmienność wszystkich form życia, gdziekolwiek ono występuje, włączywszy m.in. ekosystemy lądowe, morskie i słodkowodne, oraz układy ekologiczne, których są częścią; pojęcie to obejmuje zmienność wewnątrzgatunkową, międzygatunkową i różnorodność ekosystemów Art. 2 Konwencji o Bioróżnorodności ONZ (Rio de Janeiro, 1992) Obrostka murówka kleszcz Ixodes Yersinia pestis wykład 9/23

24 Ile jest gatunków? Census of Marine Zooplankton,

25 Ile jest gatunków? saola wietnamska Pseudoryx nghetinhensis (1992) rokselana białobroda Rhinopithecus strykeri (2010) Szacunki: od 10 mln do 3 trylionów gatunków. wykład 9/25

26 Ile jest gatunków? Chapman (2005, 2009): kompilacja istniejących spisów gatunków + szacowanie liczby nieopisanych. Razem mln znanych liczba gatunków szacowanych strunowce bezkręgowce rośliny grzyby i porosty pierwotniaki Prokaryota Cyanophyta wirusy wykład 9/26

27 Jak to policzyć? Terry Erwin (1982): 30 mln gatunków stawonogów gatunków chrząszczy na 19 osobnikach drzewa Luehea seemannii (Panama) endemity (specyficzność chrząszczy wobec drzew wynosi 13.5%) gatunków drzew tropikalnych 20 mln stawonogów w koronach drzew (chrząszcze to 40% stawonogów) 30 mln stawonogów w koronach i na dnie lasu gatunków chrząszczy na tych drzewach wykład 9/27

28 Globalna skala różnorodności Wzorce geograficzne więcej gatunków blisko równika, mniej na biegunach więcej gatunków na lądzie niż w morzu mniej gatunków wyżej n.p.m. Gatunki ssaków w Ameryce Północnej liczba gatunków Gatunki ssaków w Ameryce Środkowej i Południowej szerokość geograficzna

29 Globalna skala różnorodności warunki fizyczne wyjaśniają zmienność w 91-97% liczba gatunków Możliwe mechanizmy (Currie 1991): klimat i jego zmienność zróżnicowanie siedlisk historia kolonizacji ilość zasobów konkurencja, drapieżnictwo zaburzenia ewapotranspiracja potencjalnie dostępna energia dla produkcji pierwotnej wykład 9/29

30 Globalna skala różnorodności Reguła Rapaporta Zasięg gatunku jest tym większy, im dalej jego centrum leży od równika. drzewa ryby płazy i gady wykład 9/30

31 Globalna skala różnorodności Reguła Rapaporta Zasięg gatunku jest tym większy, im dalej jego centrum leży od równika. Wyjaśnienie dalej od równika warunki mniej korzystne i bardziej zmienne (np. pory roku) przeżycie w takich warunkach wymaga szerszych przystosowań fizjologicznych w strefie równikowej izolacja geograficzna jest szczelniejsza (trudniejsza do pokonania) wykład 9/31

32 Wymierania % wymarłych gatunków Wymarło >99.9% gatunków, które kiedykolwiek żyły. Średnio gatunek trwa 10 mln lat mln lat temu wykład 9/32

33 Wymierania i człowiek

34 Wymierania i człowiek Patagonia lat temu - wzrost temp. o 2 C przez 1000 lat dodatkowo działalność człowieka spowodowała wymierania Karaiby Po przybyciu człowieka 6000 lat temu wyginęło wiele gatunków np. leniwiec olbrzymi Nowa Zelandia Polinezyjczycy wytępili 4 gatunki moa.

35 Gatunki zagrożone Kategorie wg Czerwonej Księgi: EX wymarłe EW wymarłe na wolności CR krytycznie zagrożone EN zagrożone VU narażone NT bliskie narażenia LC mniejszej troski wykład 9/35

36 Gatunki zagrożone Zagrożone gatunki ssaków zagrożonych opisanych liczba gatunków liczba gatunków VU EN CR EW EX Ssaki Ptaki Gady Płazy Ryby 0 Ssaki Ptaki Gady Płazy Ryby wykład 9/36

37 Parasole, statki... gatunki osłonowe (umbrella species) Poprzez ich ochronę chroni się także liczne mniej medialne gatunki zamieszkujące ten sam ekosystem. gatunki flagowe (flagship species) Ich ochrona zwraca uwagę na problem ochrony innych gatunków, medialne. modraszek telejus i łąki trzęślicowe wykład 9/37

38 Co powinniśmy chronić? Konieczna jest ochrona na wszystkich poziomach! ekosystemy gatunki geny populacje wyróżniane przez IUCN prawdopodobnie najważniejsze dla przetrwania gatunku nosorożce: chronione w zoo i małych rezerwatach brak odpowiednich środowisk w naturze (kłusownictwo) wykład 9/38

39 Genetyka i gatunki... Afrykańskie słonie z sawann są dalej spokrewnione ze słoniami leśnymi niż ze słoniami indyjskimi. wykład 9/39

40 Evolutionary significant unit (ESU) Grupa organizmów (np. populacja) wyróżniająca się od innych pod względem genetycznym i ekologicznym. Kryteria wyróżniania izolacja geograficzna (obecnie) zróżnicowanie genetyczne w loci neutralnych od innych, podobnych ESU obecność cech fenotypowych spowodowanych lokalnym działaniem doboru wykład 9/40

41 Gatunki inwazyjne hiacynt wodny barszcz Sosnowskiego lates ( okoń ) nilowy wykład 9/41

42 Gatunki inwazyjne norka amerykańska Wpływ norki na mazurskie ptaki wodne spadek liczebności łyski unikanie brzegów zalesionych zmiana behawioru perkoza (gniazdowanie w grupach) wykład 9/42