eko wyk

background image

1

EKOLOGIA

Ekologia populacji

background image

2

Populacja – termin różnie

rozumiany

W

W

demografii

demografii

(człowieka):

(człowieka):

ludzie

ludzie

zamieszkujący określony rejon: np.

zamieszkujący określony rejon: np.

populacja Krakowa, populacja Polski

populacja Krakowa, populacja Polski

południowej, populacja Polski, populacja

południowej, populacja Polski, populacja

Europy itd.

Europy itd.

W genetyce:

W genetyce:

grupa krzyżujących się

grupa krzyżujących się

osobników tego samego gatunku,

osobników tego samego gatunku,

izolowana od innych grup tego gatunku

izolowana od innych grup tego gatunku

W ekologii:

W ekologii:

grupa osobników tego samego

grupa osobników tego samego

gatunku, zamieszkujących ten sam teren i

gatunku, zamieszkujących ten sam teren i

mogących się krzyżować

mogących się krzyżować

background image

3

Cechy osobnicze vs cechy

populacji

Cechy osobnicze:

- wiek
- stadium rozwojowe
- rozmiar
- płeć
- behawior

Cechy populacji:

- liczebność,

zagęszczenie

- struktura wiekowa
- stosunek płci
- rozmieszczenie

przestrzenne

background image

4

Procesy osobnicze i na poziomie

populacji

Procesy osobnicze:

- rozwój
- wzrost
- odżywianie
- reprodukcja
- śmierć

Procesy w

populacji:

- wzrost liczebności

lub (i) zagęszczenia

- zmiany struktury

wiekowej

- rozrodczość
- śmiertelność

background image

5

Metapopulacja – populacja –

subpopulacja

W rzeczywistości organizmy na ogół

W rzeczywistości organizmy na ogół

nie żyją w ściśle izolowanych grupach:

nie żyją w ściśle izolowanych grupach:

między lokalnymi populacjami

między lokalnymi populacjami

następuje wymiana osobników (i

następuje wymiana osobników (i

przepływ genów)

przepływ genów)

metapopulacja

metapopulacja

w obrębie populacji można często

w obrębie populacji można często

wyodrębnić odmienne genetycznie

wyodrębnić odmienne genetycznie

grupy osobników

grupy osobników

subpopulacje

subpopulacje

Populacje „źródłowe” i „ujściowe”

Populacje „źródłowe” i „ujściowe”

background image

6

Funkcjonowanie

metapopulacji

background image

7

Funkcjonowanie

metapopulacji

background image

8

Funkcjonowanie

metapopulacji

background image

9

Metapopulacje i

subpopulacje

background image

10

Co ogranicza obszar występowania

populacji?

Rozkład przestrzenny nadających się do

Rozkład przestrzenny nadających się do

zasiedlenia środowisk

zasiedlenia środowisk

Konkurenci

Konkurenci

Bariery uniemożliwiające

Bariery uniemożliwiające

rozprzestrzenianie

rozprzestrzenianie

Drapieżniki i pasożyty

Drapieżniki i pasożyty

występowanie populacji stanowi podzbiór

występowanie populacji stanowi podzbiór

całkowitego zasięgu gatunku

całkowitego zasięgu gatunku

Każdy z tych czynników determinuje także

Każdy z tych czynników determinuje także

rozmieszczenie osobników w populacji

rozmieszczenie osobników w populacji

background image

11

Struktura populacji

Zagęszczenie

Zagęszczenie

: liczba osobników przypadających

: liczba osobników przypadających

na jednostkę powierzchni lub objętości (tu

na jednostkę powierzchni lub objętości (tu

problem z ‘osobnikami modularnymi’ – w tym

problem z ‘osobnikami modularnymi’ – w tym

przypadku lepiej wyrażać zagęszczenie liczbą

przypadku lepiej wyrażać zagęszczenie liczbą

rametów na jednostkę powierzchni);

rametów na jednostkę powierzchni);

Struktura wiekowa

Struktura wiekowa

:

:

stała

stała

(zrównoważona) – gdy proporcje

(zrównoważona) – gdy proporcje

między poszczególnymi klasami wieku nie

między poszczególnymi klasami wieku nie

zmieniają się;

zmieniają się;

trwała

trwała

(niezmienna) – tylko w populacjach o

(niezmienna) – tylko w populacjach o

ustabilizowanej liczebności, gdy liczebność w

ustabilizowanej liczebności, gdy liczebność w

poszczególnych klasach wieku jest stała

poszczególnych klasach wieku jest stała

background image

12

Struktura wiekowa a potencjał

wzrostu

% osobników w populacji

populacja młoda

populacja
ustabilizowana

populacja
zamierająca

background image

13

Tabele przeżywania:

kohortowe

d

x

/l

x

Siła

śmiertelno

ści

background image

14

Płodność, przeżywalność (l

x

),

śmiertelność (q

x

) i siła

śmiertelności (k

x

)

w populacji wiechliny

background image

15

Tabele przeżywania:

statyczne

background image

16

Przeżywalność (l

x

), śmiertelność

(q

x

) i siła śmiertelności (k

x

) w

populacji jelenia

background image

17

Podstawowe typy krzywych

przeżywania

background image

18

Przewidywane dalsze trwanie

życia

x

l’

x

l

x

d

x

q

x

L

x

(l

x

+l

x+1

)/

2

T

x

e

x

(T

x

/l

x

0 500 100

20

0,20

90

180

1,80

1 400

80

40

0,50

60

90

1,13

2 200

40

30

0,75

25

30

0,75

3

50

10

10

1,00

5

5

0.50

4

0

0

0

-

0

0

-

t

śr

= (d

1

t

1

+ d

2

t

2

+...+ d

n

t

n

)/(d

1

+ d

2

+...+ d

n

)

background image

19

Zadanie

Sporządzić tabelę przeżywania na

Sporządzić tabelę przeżywania na

podstawie danych dostarczonych przez

podstawie danych dostarczonych przez

prowadzącego

prowadzącego

Oszacować dalsze trwanie życia dla

Oszacować dalsze trwanie życia dla

kolejnych klas wiekowych

kolejnych klas wiekowych

Sprawdzić tabelę przez niezależne

Sprawdzić tabelę przez niezależne

obliczenie średniej długości życia

obliczenie średniej długości życia

Sporządzić wykres przeżywalności w

Sporządzić wykres przeżywalności w

latach

latach

background image

20

Historia życia osobników w

populacji

F

0

F

1

F

2

F

3

F

n

background image

21

Jak obliczyć liczebność populacji

w kolejnych klasach wieku?

N

N

0,t+1

0,t+1

= N

= N

0,t

0,t

F

F

0

0

+ N

+ N

1,t

1,t

F

F

1

1

+ ... +

+ ... +

N

N

n,t

n,t

F

F

n

n

N

N

1,t+1

1,t+1

= N

= N

0,t

0,t

P

P

0

0

N

N

2,t+1

2,t+1

= N

= N

1,t

1,t

P

P

1

1

...

...

N

N

n,t+1

n,t+1

= N

= N

n-1,t

n-1,t

P

P

n-1

n-1

n

n

n

n

n

n

P

P

P

F

F

F

...

0

0

0

0

...

0

0

...

0

...

1

0

1

0

1

0

λ – dominująca
wartość własna
macierzy

λ ≈ N

t+1

/N

t

background image

22

Dynamika liczebności

populacji

Liczebność populacji jest wypadkową śmiertelności (

Liczebność populacji jest wypadkową śmiertelności (

d

d

)

)

i rozrodczości (

i rozrodczości (

b

b

) oraz imigracji (

) oraz imigracji (

I

I

) i emigracji (

) i emigracji (

E

E

):

):

N

N

t+1

t+1

= N

= N

t

t

+ b – d + I – E

+ b – d + I – E

Tempo zmian liczebności zależy od liczby osobników

Tempo zmian liczebności zależy od liczby osobników

potomnych w pokoleniu

potomnych w pokoleniu

T+1

T+1

przypadających na

przypadających na

jednego osobnika w pokoleniu poprzednim

jednego osobnika w pokoleniu poprzednim

współczynnik reprodukcji netto:

współczynnik reprodukcji netto:

R

R

0

0

= N

= N

T+1

T+1

/N

/N

T

T

R

R

0

0

można też obliczyć sumując liczbę osobników

można też obliczyć sumując liczbę osobników

potomnych rodzonych w kolejnych klasach wieku:

potomnych rodzonych w kolejnych klasach wieku:

R

R

0

0

=

=

l

l

x

x

m

m

x

x

R

R

0

0

=

=

1

1

populacja ustabilizowana

populacja ustabilizowana

R

R

0

0

<

<

1

1

liczebność populacji maleje

liczebność populacji maleje

R

R

0

0

>

>

1

1

liczebność populacji rośnie

liczebność populacji rośnie

background image

23

Wewnętrzne tempo wzrostu

populacji

W danych warunkach środowiskowych, przy

W danych warunkach środowiskowych, przy

nieograniczonych

nieograniczonych

zasobach każda populacja realizuje maksymalne możliwe

zasobach każda populacja realizuje maksymalne możliwe

tempo wzrostu – jest to

tempo wzrostu – jest to

wewnętrzne tempo wzrostu populacji

wewnętrzne tempo wzrostu populacji

r

r

.

.

r

r

zależy od

zależy od

gatunku

gatunku

(maksymalna teoretycznie możliwa

(maksymalna teoretycznie możliwa

reprodukcja i minimalna teoretycznie możliwa śmiertelność)

reprodukcja i minimalna teoretycznie możliwa śmiertelność)

oraz od

oraz od

środowiska

środowiska

(faktycznie możliwa do zrealizowania w

(faktycznie możliwa do zrealizowania w

danych warunkach rozrodczość i śmiertelność)

danych warunkach rozrodczość i śmiertelność)

T

R

pokolenia

trwania

czas

osobnika

na

potomstwa

liczba

średnia

r

0

ln

_

_

)

_

_

_

_

log(

zmiana liczebności w czasie

zmiana liczebności w czasie

t

t

= wewnętrzne tempo wzrostu

= wewnętrzne tempo wzrostu

liczebność

liczebność

rN

t

N

background image

24

Dynamika populacji – model

wykładniczy

0

40

80

120

160

200

0

10

20

30

Czas (t)

L

ic

ze

b

n

o

ść

p

o

p

u

la

cj

i

(N

)

rN

t

N

0

40

80

120

160

200

0

10

20

30

Czas (t)

L

ic

ze

b

n

o

ść

p

o

p

u

la

cj

i

(N

)

rN

dt

dN

N

d

N

/d

t

background image

25

Populacje żyją na ogół w

środowiskach o ograniczonych

zasobach model logistyczny

Pojemność środowiska,

Pojemność środowiska,

K

K

(

(

ang.

ang.

carrying capacity

carrying capacity

) – maksymalna

) – maksymalna

liczebność populacji, jaka może istnieć

liczebność populacji, jaka może istnieć

w danym środowisku:

w danym środowisku:

wraz ze zbliżaniem się liczebności do

wraz ze zbliżaniem się liczebności do

K

K

nasila się konkurencja

nasila się konkurencja

dostępne

dostępne

do zasiedlenia środowisko jest już

do zasiedlenia środowisko jest już

pomniejszone o

pomniejszone o

N

N

t

t

osobników:

osobników:

K

N

K

rN

dt

dN

background image

26

Logistyczny model wzrostu

liczebności populacji

0

20

40

60

80

100

120

0

20

40

60

80

100

Czas (t)

L

ic

ze

b

n

o

ść

p

o

p

u

la

cj

i (

N

)

0

5

10

15

20

25

30

0

50

100

N

d

N

/d

t

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0

50

100

N

d

N

/N

d

t

background image

27

Jak faktycznie wygląda dynamika

naturalnych populacji?

background image

28

Czynniki determinujące liczebność

populacji

Niezależne od zagęszczenia (hipoteza

Niezależne od zagęszczenia (hipoteza

Andrewarthy i Bircha, 1954):

Andrewarthy i Bircha, 1954):

liczebność populacji jest wciąż redukowana

liczebność populacji jest wciąż redukowana

przez zaburzenia środowiskowe, dzięki którym

przez zaburzenia środowiskowe, dzięki którym

nigdy nie dochodzi do osiągnięcia liczebności

nigdy nie dochodzi do osiągnięcia liczebności

K

K

Zależne od zagęszczenia

Zależne od zagęszczenia

regulacja liczebności

regulacja liczebności

populacji (hipoteza Lacka, 1954)

populacji (hipoteza Lacka, 1954)

liczebność populacji wzrasta aż do osiągnięcia

liczebność populacji wzrasta aż do osiągnięcia

liczebności

liczebności

K

K

, kiedy dalszy wzrost jest

, kiedy dalszy wzrost jest

niemożliwy ze względu na ograniczone zasoby

niemożliwy ze względu na ograniczone zasoby

(wyczerpujące się zasoby pokarmowe, brak

(wyczerpujące się zasoby pokarmowe, brak

siedlisk itp.)

siedlisk itp.)

background image

29

Regulacja niezależna od

zagęszczenia

Czas

L

ic

z

e

b

n

o

ś

ć

p

o

p

u

la

c

ji

(

N

)

K

background image

30

Regulacja zależna od

zagęszczenia

background image

31

Zależność od zagęszczenia może być

różnie realizowana

a

c

b

d

background image

32

Regulacja liczebności przez nierówny podział

zasobów

- konkurencja „przez odbieranie” i „przez

ustępowanie”

odbieranie
(scramble)

ustępowanie
(contest)

background image

33

Tribolium confusum – ustępowanie pozwala na

przeżycie większej populacji w tych samych

warunkach środowiskowych

background image

34

Liczebność i biomasa w populacjach

T. confusum z migracją i bez

Zasada „stałego plonu”

background image

35

Konkurencja

wewnątrzgatunkowa

Przedmiotem konkurencji mogą być rozmaite

Przedmiotem konkurencji mogą być rozmaite

zasoby, ale tylko wówczas, gdy ich ilość dostępna

zasoby, ale tylko wówczas, gdy ich ilość dostępna

dla danej populacji jest ograniczona;

dla danej populacji jest ograniczona;

W oddziaływaniach konkurencyjnych obowiązuje

W oddziaływaniach konkurencyjnych obowiązuje

zasada wzajemności;

zasada wzajemności;

Wskutek konkurencji osobników wewnątrz

Wskutek konkurencji osobników wewnątrz

populacji następuje zmniejszenie udziału

populacji następuje zmniejszenie udziału

poszczególnych osobników w tworzeniu

poszczególnych osobników w tworzeniu

następnych pokoleń;

następnych pokoleń;

Sukces reprodukcyjny osobnika w warunkach

Sukces reprodukcyjny osobnika w warunkach

konkurencji zależy od jego dostosowania;

konkurencji zależy od jego dostosowania;

Nacisk konkurencji rośnie wraz ze wzrostem

Nacisk konkurencji rośnie wraz ze wzrostem

zagęszczenia populacji.

zagęszczenia populacji.

background image

36

Ekstynkcje populacji

Prawdopodobieństwo ekstynkcji

Prawdopodobieństwo ekstynkcji

maleje

maleje

ze

ze

wzrostem

wzrostem

:

:

wewnętrznego tempa wzrostu

wewnętrznego tempa wzrostu

r

r

pojemności środowiska (wielkości stałej

pojemności środowiska (wielkości stałej

K

K

)

)

Prawdopodobieństwo ekstynkcji

Prawdopodobieństwo ekstynkcji

rośnie

rośnie

ze wzrostem

ze wzrostem

tempa zmian środowiskowych

tempa zmian środowiskowych

Czynniki stochastyczne (losowe) mogące wpływać

Czynniki stochastyczne (losowe) mogące wpływać

na dynamikę populacji i prawdopodobieństwo

na dynamikę populacji i prawdopodobieństwo

ekstynkcji:

ekstynkcji:

Demograficzne

Demograficzne

(stałe wartości

(stałe wartości

F

F

i

i

i

i

P

P

i

i

, ale różne faktycznie

, ale różne faktycznie

realizowane);

realizowane);

Środowiskowe

Środowiskowe

(losowe zmiany

(losowe zmiany

F

F

i

i

i

i

P

P

i

i

);

);

Genetyczne

Genetyczne

(losowe zmiany

(losowe zmiany

F

F

i

i

i

i

P

P

i

i

).

).

background image

37

Dopuszczalna eksploatacja

populacji

Przykład

Przykład

: obliczyć dopuszczalną

: obliczyć dopuszczalną

eksploatację populacji płetwala błękitnego

eksploatację populacji płetwala błękitnego

78

,

0

77

,

0

0

0

0

0

0

0

0

77

,

0

0

0

0

0

0

0

0

77

,

0

0

0

0

0

0

0

0

77

,

0

0

0

0

0

0

0

0

77

,

0

0

0

0

0

0

0

0

77

,

0

45

,

0

5

,

0

5

,

0

44

,

0

19

,

0

0

0

Klasy wieku:

0-1 2-3

4-5

6-7

8-9

10-11 12+

 λ = 1,0072

 maksymalna eksploatacja: 100  (λ-

1)/ λ = 0,71%

background image

38

Konkurencja

międzygatunkowa

Zasada „jedna nisza - jeden gatunek” – trzy

Zasada „jedna nisza - jeden gatunek” – trzy

możliwości rozwiązania konfliktu:

możliwości rozwiązania konfliktu:

Konkurencyjne wypieranie (np.

Konkurencyjne wypieranie (np.

Tribolium

Tribolium

)

)

Podział zasobów (np. kraby, lasówki)

Podział zasobów (np. kraby, lasówki)

Rozchodzenie się cech (np. zięby

Rozchodzenie się cech (np. zięby

Darwina)

Darwina)

W jakich warunkach możliwa jest

W jakich warunkach możliwa jest

koegzystencja gatunków konkurujących o te

koegzystencja gatunków konkurujących o te

same zasoby?

same zasoby?

model Lotki-Volterry

model Lotki-Volterry

background image

39

Konkurencyjne wypieranie: dwa gatunki

Tribolium

Procentowy udział

gatunku

Mikroklimat

T.

confusum

T.

castaneu

m

Gorący i wilgotny

0

100

Umiarkowany i

wilgotny

14

86

Chłodny i wilgotny

71

29

Gorący i suchy

90

10

Umiarkowany i suchy

87

13

Chłodny i suchy

100

0

background image

40

Podział zasobów: trzy gatunki krabów

pustelników –

liczba osobników w zależności od cech

środowiska

Siedlisko

Pagarus

hirsutiusculu

s

Pagarus

beringanus

Pagarus

granosimanu

s

muszle ślimaka Littorina sitkana

Wyższe partie litoralu z

udziałem brunatnicy

Hedophyllum sessile

20

0

0

Głębsze partie litoralu

10

16

2

Duże głazy w środkowej

części litoralu

6

0

2

muszle ślimaka Searlesia dira

Głębsze partie litoralu

0

18

1

Płytsze części

środkowego litoralu

0

0

26

background image

41

Podział zasobów: pięć gatunków

północnoamerykańskich lasówek na

świerku

MacArthur, 1958, Ecology.

lasówka rdzawolica

lasówka
rudogardła

lasówka
czarno-
gardła

lasówka
kasztanowata

lasówka
pstra

background image

42

Rozchodzenie się cech: zięby na wyspach

Galapagos

Grant i Grant, 2002, Pearson Education, Inc. (Benjamin Cummings)

Szerokość dzioba

P

ro

c

e

n

t

o

so

b

n

ik

ó

w

w

p

o

sz

c

ze

g

ó

ln

yc

h

k

la

sa

c

h

Szerokość dzioba

Populacje

sympatryczne

G. fortis

populacja

allopatryczna

G. fuliginosa

populacja

allopatryczna

background image

43

Konkurencja międzygatunkowa

– model Lotki-Volterry

1

2

2,

1

1

1

1

1

1

K

N

N

K

N

r

d t

d N

2

1

1,

2

2

2

2

2

2

K

N

N

K

N

r

d t

d N

0

0

1

2

2,

1

1

1

1

1

1

K

N

N

K

N

r

d t

d N

0

0

1

2

2,

1

1

1

1

1

1

K

N

N

K

N

r

d t

d N

1. r

1

= 0

2. N

1

= 0

3. K

1

-N

1

-

1,2

N

2

= 0

 N

1

= K

1

-

1,2

N

2

1. r

2

= 0

2. N

2

= 0

3. K

2

-N

2

-

2,1

N

1

= 0

 N

2

= K

2

-

2,1

N

1

background image

44

Izolinie dN/dt = 0 dla

konkurujących populacji wg

modelu Lotki-Volterry

background image

45

Poszukiwanie punktów równowagi

stabilnej dla dwugatunkowego

układu

background image

46

Inne układy wielogatunkowe i ich

konsekwencje

Drapieżnictwo – model Lotki-Volterry:

Drapieżnictwo – model Lotki-Volterry:

m N

n N

d t

d N

n N

r n

d t

d n

 

Parazytoidy: specjalny przypadek
drapieżnictwa

Pasożytnictwo (hipoteza Hamiltona: ewolucja
płci)

Roślinożerność („wyścig zbrojeń” –
substancje toksyczne/detoksykacja)

 Koewolucja (hipoteza Czerwonej Królowej)

background image

47

Mutualizm

Mutualizm

symbiozy metaboliczne

symbiozy metaboliczne

powstanie Eucaryota z

powstanie Eucaryota z

Proteobacteria i Cyanobacteria

Proteobacteria i Cyanobacteria

porosty – symbioza glonów z

porosty – symbioza glonów z

grzybami

grzybami

mikoryza (endo- i ekto-)

mikoryza (endo- i ekto-)

Zoogamia i zoochoria

Zoogamia i zoochoria

Komensalizm

Komensalizm


Document Outline


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
rol eko wyk 1 14
rol eko wyk 1 14
EDI wyk
Wyk ad 5 6(1)
zaaw wyk ad5a 11 12
Wyk 02 Pneumatyczne elementy
Automatyka (wyk 3i4) Przel zawory reg
Wyk ECiUL#1 2013
wyk II
Wyk 07 Osprz t Koparki
budownictwo stany skupenia wyk 3
6 wykˆad WiĄzania chemiczne[F]
Wyk ECiUL#9S 2013
Wyk ad II

więcej podobnych podstron