Ekologia

populacyjna i

ochrona populacji

– grupa osobników określonego gatunku
zajmujących dany teren w określonym czasie i
wchodzących ze sobą w rozmaite interakcje

Populacja

Struktura

płci

samców

liczba

samic

liczba



proporcja płci

Proporcja płci wśród osobników
wchodzących do rozrodu może
znacznie odbiegać od nominalnej
np. u słoni morskich samce tworzą
haremy złożone z 10 – 40 samic

Efektywna wielkości populacji

f

m

f

m

e

N

N

N

N

N





4

N

f

– liczba samic uczestniczących w rozrodzie

N

m

– liczba samców uczestniczących w rozrodzie

Struktura

populacji

w

ie

k

liczba osobników

Struktura

populacji

Struktura wiekowa

Aktualna liczebność oraz struktura wiekowa
populacji zależy od jej stanu poprzedniego oraz
dynamiki

Dynamika populacji

Rozrodczość

Rozrodczość organizmu regulowana jest przez
dwa podstawowe czynniki: płodność i czas
dojrzewania

w

ie

k

Płodność

Dwa podstawowe
typy zmian
płodności w życiu
osobnika

Wskaźnik reprodukcji netto - R

o

t

t

o

N

N

R

1





N

t

– liczba córek urodzonych w pokoleniu t

N

t+1

– liczba córek urodzonych w pokoleniu

Dynamika populacji

Śmiertelność

00

0

0 , 8

0 , 4

1 , 0

0 , 2

0 , 6

2 5

5

1 0

1 5

2 0

Prawdopodobieństw
o osiągnięcia
określonego wieku w
zależności od szans
dożycia kolejnego
roku (dnia, miesiąca)

75 %

50 %

25 %

Prawdopodobieństwo
śmierci w zmienia się w
okresie życia

Wiek osobnika

P

ra

w

d

o

p

o

d

o

b

ie

ń

s

tw

o

ś

m

ie

rc

i

Dynamika populacji

c z a s

w

ie

lk

oś

ć

po

pu

la

cj

i

pojemność siedliska (K)

Modele wzrostu populacji –

zachodzące w populacji procesy

powodują, że po zajeciu nowego terytorium jej liczebności mogą się zmieniać w
przewidywalny sposób. Istneją dwa podstawowe, teoretyczne modele wzrostu populacji.

Model wykładniczy

Model logistyczny

N

t

= liczebność populacji w czasie t

N

t+1

= liczebność populacji w czasie t+1

R = (bez indeksu) współczynnik przyrostu naturalnego obejmujący
różnicę między rozrodczością a śmiertelnością
K = pojemność siedliska (tylko w modelu logistycznycm

c z a s

w

ie

lk

oś

ć

po

pu

la

cj

i

R

N

N

t

t

*

1





)

*

(

*

1

K

N

K

R

N

N

t

t







Dynamika populacji

Czynniki regulujące dynamikę populacji

Rośliny żywicielskie

– ich obecność jest

niezbędna do pełnego rozwoju

Pasożyty

– mogą zwikszać

prawdopodo-
bieństwo lokalnego
wymierania,
jest regulowany
działalnością
superpasożytów

Przestrzenny układ populacji

–od

niego
uzależniona jest
przepływ
osobników pomiędzy
subpopu-
lacjami, co
determinuje zarówno
szanse rekolonizacji
pustych
siedlisk oraz istotnie
wpływa na
strukturę genetyczną
całego
systemu

Struktura przestrzenna populacji

Koncepcja optymalnego rozmieszczenia
Zakłada, że jakość siedliska różni się w przestrzeni

Las grądowy

Las mieszany

Źródła i ujścia populacji

Jeżeli R

o

> 1, źródło populacji

Może przetrwać dość długo, bez
kontaktu z innymi populacjami

Jeżeli R

o

< 1, ujście populacji

W dłuższej perspektywie czasowej
może trwać jedynie dzięki
dopływowo osobników ze źródeł
populacji

Czasami

większość populacji może

zajmować ujście

R =1

0

Jakość siedliska decyduje o sukcesie
reprodukcyjnym, a w konsekwencji o lokalnym
współczynniku przyrostu naturalnego

Struktura przestrzenna populacji

Teoria metapopulacji

Metapopulacja —

termin wprowadzony przez Levins'a w

1969 roku, zdefiniowany jako „populacja lokalnych populacji,
których wymieranie i kolonizacja jest związane z lokalnymi
współczynnikami rozrodczości oraz śmiertelności”. Układ taki
może utrzymywać się pomimo małej trwałości poszczególnych
jego elementów

siedlisko zajęte przez
lokalną populację

puste siedlisko
możliwe do
skolonizowania

kierunek kolonizacj

I tak w koło Macieju....

Struktura przestrzenna populacji

Teoria metapopulacji - pojęcia

siedlisko (patch, habitat patch, island, site, locality)

—

homogenna jednostka przestrzeni, zawierająca wszystkie

elementy niezbędne do utrzymania lokalnej populacj i
oddzielona od innych siedlisk.

subpopulacja, lokalna populacja (subpopulation,
local population, deme)

—

grupa osobników tego samego

gatunku zajmujących to samo

siedlisko

wchodzących z sobą w

rozmaite interakcje

!

metapopulacja (composite population, assemblage
of populations)

–

zespół subpopulacji rozlokowanych na

jakimś

większym

terenie,

gdzie

istnieje

możliwość

przemieszczania się osobników pomiędzy poszczególnymi
subpopulacjami.

dyspersja, migracja

—

przemieszczanie się osobników

pomiędzy subpopulacjami, a także pomiędzy subpopulacjami a
niezajętymi siedliskami.
Mimo, że pojęcia te używane są zamiennie, jednak migracja
zakłada działanie celowe, podczas gdy terminem "dyspersja"
zwykle określa się losowe przemieszczanie osobników poza
teren siedliska macierzystego.

!

DYSPERSJA

MIGRACJA

wymiana (turnover, colonization - extinction event)

— proces polegający na wymieraniu

lokalnych

populacji

oraz

tworzeniu

nowych

poprzez

kolonizację pustych

siedlisk

?

struktura metapopulacji

— przestrzenny układ

subpopulacji,

oraz

siedlisk

o

danych

powierzchniach, rozmieszczeniu oraz możliwościach
przepływu osobników.

Struktura przestrzenna populacji

Teoria metapopulacji - typy metapopulacji

Klasyczna (Levinsowska)

„Kontynent i wyspy”

Populacja „łatkowa ” metapopulacja niezrównoważona

Ekologia populacji a

ochrona

przyrody

PVA (Population

Vulnerability

Analysis)

— analiza

zagrożenia populacji

MVP (Minimal Viable Population)

— najmniejsza żywotna

populacja

Stara się oszacować jak długi okres może dana populacja
przetrwać, biorąc pod uwagę jej liczebność i dynamikę
(rozrodczość, śmiertelność).
Z PVA oraz znajomości procesów genetycznych
zachodzących w populacjach prowadzi do kolejnego
popularnego skrótu:

Ze względu na ścisłe powiązanie z procesami genetyki
populacji, podawane wartości MVP dotyczą zwykle
Efektywnej Wielkości Populacji – która np.. u niektórych
owadów może być nawet o rząd wielkości niższa od liczby
osobników należących do populacji

Skala i fragmentacja

Od kilkudziesięciu lat zwraca się coraz większą
uwagę na zjawisko fragmentacji siedlisk

teren o niskim stopniu
fragmentacji

teren o wysokim
stopniu fragmentacji

W tym miejscu pojawia się problem jak opisać
„rozczłonkowanie” płatu siedliska. Dotychczas jedyną w
miarę obiektywną metodą jest podanie stosunku obwodu
płatu do obwodu koła o tej samej powierzchni

Skala i fragmentacja

W populacjach o niewielkich rozmiarach obserwuje
się zjawisko określane jako

„efekt wielkości płatu

siedliska” (patch size effect)

polega on na tym, że

wraz ze spadkiem powierzacni siedliska liczebność
zamieszkujących

je

osobnikówi

spada

nieproporcjonalnie szybko

100/2

<

50

wielkość siedliska

w

ie

lk

o

ść

p

o

p

u

la

cj

i

Co się dzieje w małych populacjach ?

Ekologia populacji a

ochrona

przyrody

Spadek zagęszczenia

Zmniejszenie

zajmowanego

areału

Stwierdzono empirycznie, że populacje małe, znajdujące się
na

granicy

wymarcia,

charakteryzują

się

niższymi

zagęszczeniami niż populacje liczne. Nawet jeżeli znajdują się
w korzystnym dla siebie siedlisku.

Zaobserwowano, że małe populacje zmniejszają swój areał i
bardzo rzadko udaje im się przeprowadzić skuteczną
rekolonizację obszarów, na których występowały w
przeszłości. Zjawisko to jednak, podobnie jak wiele innych
zjawisk z dotyczących dynamiki małych populacji, nie
doczekało się jeszcze porządnego opisu. Mimo to wiązane
jest z postulowanym przez niektórych autorów ze spadkiem
potencjału migracyjnego populacji

Co się dzieje w małych populacjach ?

Ekologia populacji a

ochrona

przyrody

Obniżenie rozrodczości

(efekt Allego)

c z a s

w

ie

lk

oś

ć

po

pu

la

cj

i

c z a s

pr

zy

ro

st

n

a

gł

ow

e

pojemność siedliska

wydolność fizjologiczna

Model wzrostu populacji
opisany

krzywą

logistyczną nie wymaga
dla

biologów

komentarza (pomimo, że
jest czysto teoretyczny i
często nieadekwatny).

Zaproponowany

przez

Allego, model, oparty o
empiryczne dane dotyczące
zmian

rozrodczości

populacji,

wskazuje,

że

przyrost

osobników

"na

głowę" spada w populacjach
dużych

–

logiczna

konsekwencja

krzywej

logistycznej – oraz małych,
co nie jest już oczywiste.

Wnioski dla praktyki

ŹLE

DOBRZE

jedna
subpopulacja

kilka
subpopulacji

ochrona subpopulacji
marginalnych

ochrona subpopulacji
centralnych

ochrona subpopulacji w
strukturze liniowej

ochrona subpopulacji w
strukturze sieci

ochrona izolowanych
stanowisk (subpopulacji)

ochrona stanowisk
(subpopulacji) wraz z
korytarzami oraz "steping
stones"*

*steping stone — niekiedy tłumaczone jako
"kładka",

stanowisko

zbyt

małe,

lub

nieodpowiednie

do

utrzymania

żywotnej

subpopulacji, które jednak ułatwia przepływ
osobników pomiędzy innymi zajętymi stanowiskami

ochrona stanowisk
(subpopulacji) stanowiących
"ujścia" (sink)

ochrona stanowisk
(subpopulacji) stanowiących
"źródła" (source)

mały populacja

duża populacji

Wnioski dla praktyki

W praktyce ochrony przyrody egzystują "magiczne liczby"
wskazujące jaka populacja rzeczywiście może uchodzić, za
żywotną.
Liczby te nie mają często, odpowiedniego uzasadnienia
teoretycznego, ale dość dobrze opierają się na doświadczeniach
praktycznych.

Według najbardziej skrajnych oszacowań za bezpieczne uważa się
populacje o liczebnościach większych niż 10 000

Jednak za bardziej realistyczne można przyjąć oszacowania, wg
których w miarę bezpieczna jest populacja o efektywnej
liczebności ok. 500 osobników (ornitolodzy mówią o 200 parach).
Z kolei populacje, których liczebność spadła poniżej 50
osobników, należy uznawać za skrajnie zagrożone. Nie znaczy to
jednak, że populacja nie może odrodzić się także z mniejszych
liczebności.

Praktyka wykazuje także, ze w przypadku metapopulacji za
minimum należy uwazać 10 - 13 subpopulacji