Ekologia i ewolucja interakcji międzygatunkowych

Transkrypt

1 Ekologia i ewolucja interakcji międzygatunkowych część I. Konkurencja cześć II. Drapieżnictwo Agnieszka Kloch Barbara Pietrzak

2 Podręczniki Begon i in. (1999) Ekologia populacji J. Weiner. Życie i ewolucja biosfery Ch. J. Krebs. Ekologia Egzamin pisemny, testowy, godz. 10:15 wykład 1/2

3 Skąd się bierze konkurencja? Rodzi się więcej osobników, niż jest w stanie przetrwać. Zasoby są ograniczone wykład 1/3

4 Konkurencja wykład 1/4

5 Konkurencja a inne interakcje antagonistyczne niesymetryczne symetryczne wypieranie pasożytnictwo drapieżnictwo roślinożerność konkurencja międzygatunkowa Oddziaływania konkurencyjne nieantagonistyczne komensalizm mutualizm symbioza koegzystencja wykład 1/5

6 Zasoby są zmienne w czasie i przestrzeni okresowy wzrastający ilość zasobów okresowy krótkotrwały okresowy malejący liście w lesie zakwity planktonowe względnie stały okresowy przewidywalny kwiaty (nektar) wyrój owadów tkanki dla pasożytów trawa na sawannie okresowy nieprzewidywalny czas wykład 1/6

7 Nisza ekologiczna Nisza jednowymiarowa tolerancja roślin alpejskich Nisza dwuwymiarowa krewetka Crangon septemspinosa wykład 1/7

8 Definicje niszy Odum (1959) Miejsce bądź status organizmu w obrębie danego ekosystemu wynikające ze strukturalnych przystosowań organizmu, jego reakcji fizjologicznych, behawioru itp. Hutchinson (1957) n-wymiarowa przestrzeń zawierająca całkowity zakres warunków, w których dany organizm może funkcjonować. Nisza Hutchinsona nie istnieje bez organizmu nie może być pusta nisza abstrakcyjna koncepcja,wynika z sumy wymagań fizjologicznych i zakresu tolerancji danego gatunku siedlisko obszar, w którym żyje gatunek wykład 1/8

9 Rodzaje nisz Nisza potencjalna (podstawowa) wyznaczona przez granice tolerancji ekologicznej hipotetyczna, nigdy nie realizowana w praktyce Nisza realizowana obejmuje aktualny zestaw warunków środowiska (konkurenci, drapieżniki...) węższa od niszy potencjalnej może zajmować różne miejsca w obrębie niszy realizowanej wys. npm wys. npm temp wilgotność potencjalna wilgotność realizowana wykład 1/9

10 Konkurencja o charakterze eksploatacji konkurencja o zasoby, które są w niedomiarze bezpośrednia interakcja między konkurentami występuje, kiedy: nisze potencjalne dwóch gatunków się nakładają gatunki współwystępują w przestrzeni (są sympatryczne) wykład 1/10

11 Przykład. Okrzemki i krzemionka hodowane oddzielnie hodowane razem (2 powtórzenia) wykład 1/11

12 Konkurencja o charakterze interferencji brak bezpośrednich oddziaływań jeden gatunek uniemożliwia drugiemu korzystanie z zasobów nasilenie konkurencji nie zależy od ilości zasobów allelopatia oddziaływania chemiczne między roślinami wykład 1/12

13 Konkurencja vs. interferencja Czasem te dwa rodzaje konkurencji współwystępują Żuki Neapheanops tellkampfi odżywiają się jajami świerszczy Wzrost zagęszczenia żuków powoduje zużycie zasobów i w rezultacie spada płodność (eksploatacja) Przy wysokim zagęszczeniu żuki częściej walczą ze sobą, przez co mniej jedzą i spada płodność (interferencja) wykład 1/13

14 Odbieranie vs. ustępowanie scramble competition (odbieranie) zasób dostępny dla wszystkich konkurentów zasób jest ograniczony przekroczenie pojemności środowiska spadek dostosowania wszystkich konkurentów gra o sumie zerowej wykład 1/14

15 Odbieranie vs. ustępowanie contest competition (ustępowanie) zasoby są monopolizowane przez kilka (1-2) gatunki, które uniemożliwiają korzystanie z nich innym wykład 1/15

16 (Nie)symetryczność oddziaływań Skutki oddziaływań konkurencyjnych mogą dotykać w różnym stopniu konkurujących gatunków W oddziaływań konkurencyjnych silna asymetria jest częstsza niż symetria. wykład 1/16

17 Przykład. Koziorożce i żuki Capra ibex Timarcha lugens Gomez & Gonzalez-Megia, Ecology 2002 wykład 1/17

18 Przykład. Pąkle w Szkocji Balanus balanoides Chthamalus sterratus stan wody średni przypływ występowanie wpływ konkurencji i wysychania na rozmieszczenie średni odpływ ad juv wysychanie konkurencja ad juv wysychanie konkurencja Balanus wypiera Chthamalus z miejsc położnych wyżej wpływ Chthamalus na Balanus zaniedbywalny wykład 1/18

19 Konkurencja o jeden zasób wpływa na drugi Konkurencja o jeden zasób zwykle wpływa na zdolności konkurencyjne gatunku w odniesieniu do innego zasobu. wzrost osobno konkurencja pod ziemią konkurencja nad ziemią konkurencja nad i pod ziemią Produkcja biomasy (sucha masa) 100% 100% Semere i Froud-Williams % 57% 51% wykład 1/19

20 Tolerancja ekologiczna Zdolność adaptacji do określonych czynników środowiska np. temperatury. hipertermia temp. ciała hipotermia temp. otoczenia Prawo minimum (Liebig) czynnik środowiska o wartości najbliższej granicy tolerancji jest czynnikiem ograniczającym. Prawo tolerancji ekologicznej występowanie organizmów w danym środowisku zależy od zespołu czynników, których wartości muszą się mieścić w zakresie tolerancji ekologicznej tych organizmów. Amplituda ekologiczna - zakres warunków środowiskowych, w jakich dana populacja (gatunek) występuje lub może występować wykład 2/20

21 Tolerancja ekologiczna Jeżeli rośnie szerokość krzywej tolerancji, spada jej wartość (zasada alokacji) można znać się trochę na wszystkim lub być wybitnym specjalistą w wąskiej dziedzinie Zasada alokacji Lewinsa zakres tolerancji miara dostosowania optimum stenobiont eurybiont czynnik ekologiczny wykład 2/21

22 Specjalizacja Stenobiont/eurybiont zakres tolerancji w stosunku do czynników środowiska specjalista / generalista spektrum wykorzystywanych zasobów Kto wygra? Stenobiont jest silniejszy konkurencyjnie, bo ma wyższe maksymalne dostosowanie Specjalista jest silniejszy, bo skuteczniej wykorzystuje dostępne zasoby ale tylko jeśli trafią na idealne dla siebie warunki miara dostosowania stenobiont eurybiont czynnik ekologiczny

23 Konkurencja a warunki środowiska Wołek silniejszy w 29ºC, kapturnik w 32ºC Niewielka (?) zmiana warunków środowiska diametralnie zmienia wynik konkurencji. wilgotność 14%, temp. 32ºC Liczba dorosłych chrząszczy temp, 29ºC czas (tygodnie) czas (tygodnie) Calandra, wołek ryżowy Rhizopertha, kapturnik zbożowiec (Birch 1953)

24 Konkurencja a warunki środowiska Planktonowe okrzemki potrzebują krzemionki Zapotrzebowanie zmienia się z temperaturą. Dobowe wahania temperatury umożliwiają współwystępowanie Asterionella formosa Synedra ulna wykład 1/24

25 efektywność wykorzystania zasobów Różnicowanie nisz wąskie nisze nakładają się w niewielkim stopniu słaba konkurencja szerokie nisze nakładają się w znacznym stopniu silna konkurencja Nasilenie konkurencji zależy od tego, jak bardzo konkurencji się różnią Zróżnicowanie niszy osłabia konkurencję wykład 1/25

26 Kiedy koegzystencja jest możliwa? Model MacArthura i Lewinsa (1967) niestabilna stabilna koegzystencja niestabilna K1, K2 pojemność środowiska dla gatunku 1 i 2 Koegzystencja jest możliwa, jeśli: d/w jest małe (wąskie i odległe nisze), pod warunkiem, że warunki środowiska sprzyjają obu gatunkom (K1 K2) Jeżeli jeden gatunek wykorzystuje środowisko bardziej efektywnie, układ jest niestabilny wykład 1/26

27 Przykład rozszczepienia nisz: Lasówki Robert MacArthur: Wykorzystanie drzew przez lasówki lasówka rdzawolica lasówka czarnogardla lasówka kasztanowata lasówka rudogardła lasówka pstra wykład 7/27

28 Rozwiązania w praktyce 1. Zróżnicowane wykorzystanie zasobów wykształcenie wybiórczości pokarmowej / specjalizacji jeśli występowanie gatunku jest ograniczane innym rodzajem zasobu (patrz: okrzemki) Przykład: Roraima, nizinny las tropikalny (Caldwell & Vitt, Oikos, 1999) 9 gatunków żab i 7 gatunków jaszczurek żywiących się bezkręgowcami Wielkość ofiar zależy od wielkości drapieżnika wykład 1/28

29 Rozwiązania w praktyce Przykład: Roraima, nizinny las tropikalny (Caldwell & Vitt, Oikos, 1999) 9 gatunków żab i 7 gatunków jaszczurek żywiących się bezkręgowcami Wielkość ofiar zależy od wielkości drapieżnika Różnice wielkości ciała między konkurentami Wielkość ciała wybieranych ofiar wykład 1/29

30 Rozwiązania w praktyce 2. Wybiórczy drapieżnik Gatunki mogą współwystępować, jeśli każdy z nich ma swojego drapieżnika Korniki (Scolytinae) są wybiórcze względem gatunków drzew, na których żerują. wykład 1/30

31 Rozwiązania w praktyce 3. Rozdzielenie w czasie unikanie konkurencji poprzez ograniczenie aktywności do czasu, gdy konkurent jest nieaktywny Białowieski Park Narodowy las gospodarczy liczba złowień 24 myszarka leśna nornica ruda godzina Buchalczyk, Acta Theriologica 1964

32 Rozwiązania 3. Rozdzielenie w czasie Angert et al., PNAS 2009 Na pustyni niektóre gatunki mają wyższą płodność w latach suchych, a inne w wilgotnych wykład 1/32

33 Duch minionej konkurencji W wyniku konkurencji zmniejsza się dostosowanie jednego lub obu gatunków. Najskuteczniejsze unikanie konkurencji skutkuje najwyższym dostosowaniem dobór faworyzuje osłabianie konkurencji wykład 1/33

34 Duch minionej konkurencji A może jej nigdy nie było?? Trzeba starannie odróżnić ekologiczne i ewolucyjne efekty konkurencji. ekologiczne: jeden gatunek wypierany z danego siedliska przez drugi można zaobserwować spadek dostosowania (niższa płodność, przeżywalność itp.) ewolucyjne: cdn... konkurujące gatunki różnią się bardziej, niż różniłyby się w przypadku braku konkurencji wykład 1/34