WYKŁAD 1 9.11.2011 r.

Dr hab. Prof. UR Krzysztof Kukuła

Konsultacje p. 127, 218 D9

Literatura:

1. „Ekologia” Krebs

2. „Życie i ewolucja biosfery” Weiner

3. MacKenzie, Ball, Virdee „Ekologia krótkie wykłady”

4. Falińska „Ekologia roślin”

5. Lampert, Sommer „Ekologia wód śródlądowych”

CZYM ZAJMUJE SIĘ EKOLOGIA?

1896 r. Haeckel – termin EKOLOGIA

1927 r. Elton – „nauka o historii naturalnej”

1963 r. Odum – „nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody”

Ekologia jest nauką o zależnościach decydujących o liczebności i rozmieszczeniu organizmów.

EKOLOGIA

Nauka biologiczna o gospodarce przyrody i jej ekosystemach, o strukturze i funkcjonowaniu żywej przyrody; obejmuje całość zjawisk dotyczących wzajemnych zależności między organizmami i ich zespołami a żywym i martwym środowiskiem.

Ekologia stosuje metody obserwacji i eksperymentu w terenie i w laboratorium, posługując się m.in. metodami statystyki matematycznej.

Celem badań współczesnej ekologii jest wykrycie prawidłowości i praw rozwoju różnych ekosystemów.

Współczesna wiedza ekologiczna oparta jest na wynikach:

- badań laboratoryjnych,

- badań terenowych,

- rozważań teoretycznych.

Ekologia jest nauką zajmującą się badaniem wzajemnych oddziaływań między organizmami a środowiskiem, rozumianym jako zespół czynników abiotycznych i biotycznych.

CZYNNIKI ABIOTYCZNE:

- klimat,

- temperatura,

- wilgotność,

- prędkość wiatru,

- kwasowość środowiska,

- intensywność oświetlenia,

- dostępność tlenu,

- rzeźba terenu.

CZYNNIKI BIOTYCZNE:

- odporność / wytrzymałość na czynniki środowiska,

- oddziaływania ze wszystkimi innymi osobnikami.

ZAKRES EKOLOGII

Ekologia opisowa – opisuje gatunki w zespole.

Ekologia funkcjonalna – wzajemne relacje w zespole, poszukiwanie ogólnych zasad funkcjonowania zespołu; badanie związków bezpośrednich: reakcje populacji i zespołów wielogatunkowych na aktualne warunki środowiska.

Ekologia ewolucyjna – bada związki podstawowe; dlaczego dobór faworyzuje dane przystosowania? Jakie były przyczyny powstawania współcześnie obserwowanych przystosowań?

Dziedziny ekologii: behawioralna, fizjologiczna, ewolucyjna, molekularna, populacji itd.

Działy ekologii: autekologia (ekologia poszczególnych gatunków), synekologia (ekologia zespołów).

[rysunek] Biologiczny tort – schemat podziału biologii przedstawiający podstawowe (cięcia poziome) i taksonomiczne (cięcia pionowe) działy biologii.

Poziomy organizacji biologicznej:

1. Związki chemiczne

2. Organelle wewnątrzkomórkowe

3. Komórka

4. Tkanka

5. Narząd

6. Organizm (osobnik)

7. Populacja problemy

8. Biocenoza typowo ekologiczne

9. Ekosystem

10. Biosfera

Poziomy organizacji przyrodniczej będące obiektem zainteresowania ekologii:

1. Na poziomie osobnika badanie reakcji pojedynczych na czynniki abiotyczne i biotyczne.

2. …. [Populacja – zespół osobników jednogatunkowych występujących na danym obszarze]

3. Na poziomie biocenozy badanie czynników wpływających na skład gatunkowy. …..

4. Na poziomie ekosystemu badanie procesów przepływu energii krążenia materii oraz struktury sieci pokarmowych w ekosystemie.

[Ekosystem – obejmuje biocenozę wraz ze środowiskiem abiotycznym]

BADANIA NAUKOWE – prace wykonywane za pomocą metod naukowych (obserwacja, eksperyment, rozumowanie itd.) zmierzające do rozwiązania jakiegoś zadania teoretycznego lub praktycznego……….

Badania naukowe podstawowe – są podejmowane w celu osiągnięcia postępu wiedzy w określonej dziedzinie przez odkrycie nowych prawd (twierdzeń, wyogólnień, praw nauki) o zależnościach przyrody lun faktach społecznych (np. badania procesów metabolicznych)

Badania naukowe stosowane – zmierzają, na podstawie rezultatów badań podstawowych, do ułatwienia realizacji jakiegoś celu praktycznego w zakresie techniki lub organizacji.

JAK „DZIAŁA” NAUKA?

Gromadzenie informacji to nie nauka!

NAUKA TO WYJAŚNIANIE!

Poszukiwanie stałych związków pomiędzy zbiorem zgromadzonych danych; wyjaśnianie problemów; budowanie spójnych koncepcji.

Wnioskowanie indukcyjne

Wnioski na podstawie licznych obserwacji.

Uzyskiwanie wielu, często rozbieżnych, danych.

W badaniach przyrodniczych wynikami SA rozkłady statystyczne.

Obiekty badań prawie nigdy nie są identyczne.

Wnioskowanie statystyczne

ETAPY POZNANIA NAUKOWEGO

Czy ekologia = ochrona przyrody = ochrona środowiska? NIE!

Ochrona przyrody – działalność mająca na celu zachowanie, restytuowanie i zapewnienie trwałości użytkowania tworów i zasobów przyrody żywej i nieożywionej, podejmowana ze względów naukowych, gospodarczych, społecznych, kulturowych, estetycznych, zdrowotnych i innych.

Ochrona środowiska – działalność mająca na celu ochronę wszystkich elementów otoczenia przed niekorzystnym wpływem działalności człowieka, jak też zachowania tych obiektów przyrodniczych, które utrzymały w większym lub mniejszym stopniu swój charakter naturalny.

Sozologia – nauka zajmująca się podstawami ochrony przyrody i jej zasobów dla zapewnienia trwałości ich użytkowania. Nauka o przyczynach i następstwach przemian w naturalnych lub odkształconych w wyniku działalności człowieka……..

1. Ani ochrona przyrody, ani ochrona środowiska nie są naukami, lecz praktyczną działalnością.

2. W działalności tej jest wykorzystywania wiedza z nauk, takich jak sozologia, geografia, geologia, chemia.

3. Problemy z zakresu ochrony przyrody i ochrony środowiska w sensie naukowym wchodzą w zakres sozologii.

4. Ekologia jako nauka nie stawia sobie za cel ochrony przyrody.

5. Większość działów ekologii nie ma żadnego bezpośredniego związku z ochroną przyrody, ale antropologicznych zmian w środowisku nie można pomijać w badaniach ekologicznych. Czynniki antropologiczne są traktowane jak inne czynniki środowiska, w którym funkcjonują organizmy.

EKOLOGIA WE WSPÓŁCZESNYM ŚWIECIE

Zieloni , słowo „ekologia”, odejście od poprawnej metodologii = „nienauka” ZABOBON

1. Kryzys moralny = cywilizacyjna konsumpcja = degradacja środowiska.

2. Prądy w ekologii redukujące człowieka do roli „szczególnego gatunku”.

3. Ekoreligia.

Hipoteza GAI – planeta Ziemia jako samoregulujący się system (J. E. Lovelock), sprzeczności z teorią doboru naturalnego.

WYKŁAD 2 16.11.2011 r.

PRZYSTOSOWANIE ORGANIZMU DO ŚRODOWISKA

Selekcja naturalna

Zasady działania:

- populacja nie składa się z identycznych osobników (zmienność),

- potomstwo produkowane jest w nadmiarze,

- w danych warunkach przeżywa tylko część osobników,

- przeżywają najlepiej przystosowane do istniejących warunków,

- przeżywające przekazują swe cechy potomstwu (w kolejnych pokoleniach wzrasta liczba osobników posiadających te cechy)

Wyniki działania doboru

ADAPTACJA – wzrost przystosowania

ADAPTACJĄ (przystosowaniem) jest każda dziedziczna cecha organizmu (behawioralna, morfologiczna, fizjologiczna), która korzystnie wpływa na sukces rozrodczy lub przeżycie osobników w danym środowisku.

Te osobniki w populacji, których przystosowanie jest najlepsze będą miały największy udział w przekazywaniu swoich cech następnym pokoleniom. W kolejnych pokoleniach będzie się zmieniała struktura genetyczna populacji.

• genotyp – zespół genów osobnika,

• fenotyp – zespół cech osobnika; jest wynikiem współdziałania zespołu genów (genotypu) i środowiska.

Plastyczność fenotypowa – zdolność fenotypu do podlegania zmianom w zależności od warunków środowiska.

EKOLOGIA A EWOLUCJONIZM

Ewolucja:

- proces biologiczny polegający na zmianie częstości alleli w populacji,

- nowe rodzaje alleli jako efekt mutacji,

- zmiana częstości występowania alleli powodowana działaniem doboru i dryfu genetycznego,

- procesy ewolucyjne są odpowiedzialne za różnorodność form biologicznych, ich rozmieszczenie geograficzne oraz ich przystosowanie (adaptacja) do środowiska.

Działanie doboru naturalnego

Dobór działa na fenotyp

Fenotyp – wynik działania czynników środowiskowych na genotyp (na osobnika).

Przykład działania doboru (melanizm przemysłowy) – krępak zbożowy, włochacz nabrzózek.

np. brak zanieczyszczeń:

jasne motyle prawie niewidoczne na jasnej korze drzewa

ptaki żerują i wybierają ciemne, widoczne motyle

efekt

przeważają jasne motyle i zdecydowanie dominują w kolejnych pokoleniach

zanieczyszczenie powietrza:

w takich warunkach na ciemnej korze jasne motyle będą bardziej widoczne (ptaki lepiej je widzą na ciemnej korze)

w kolejnych pokoleniach dominują ciemne motyle

Koewolucja – określona cecha jednego gatunku, wykształca się jako reakcja na określoną cechę drugiego gatunku.

Np. Gepard nie jest w stanie zaatakować i zabić żadnej żywej istoty jeżeli ta przed nim nie ucieka. Zabicie musi bezwzględnie poprzedzać pogoń za uciekającą z największą prędkością ofiarą. Gdy ofiara nie ucieka, wówczas łańcuch myśliwski kota zostaje przerwany, bez względu na to jak bardzo zwierzę byłoby głodne.

TYPY DZIAŁANIA DOBORU

Dobór stabilizujący – eliminuje osobniki o skrajnej intensywności cech zwężając wykres tym bardziej im bardziej stabilne jest jej środowisko.

np. długość dzioba cecha fenotypowa – rozkład cech

Dobór kierunkowy - eliminuje osobniki o skrajnie małej lub skrajnie dużej intensywności cech, powodując przesunięcie wykresu w prawo lub w lewo.

Dobór różnicujący – eliminuje osobniki o umiarkowanej intensywności cech powodując przekształcenie wykresu dzwonkokształtnego, poprzez M – kształtny w dwa osobne dzwony. Powstają dwie nowe formy (odmiany, podgatunki, gatunki).

eliminacja

Dobór nie tworzy „idealnej” populacji. „Idealną” strukturę genową populacji zaburzają:

• mutacje (większość niekorzystna),

• migracje (nowe geny, które „pochodzą” z innych warunków),

• zmienność środowiska.

OSOBNIK A ŚRODOWISKO

Warunki środowiska:

- temperatura, zasolenie, promieniowanie itp.,

- nie są zużywane,

- są zmienne,

- wpływają na procesy fizjologiczne organizmu.

Zasoby środowiska:

- pokarm, sole mineralne, miejsce kryjówki,

- są zużywane przez organizm.

Zmienność środowiska:

- zmiany krótkotrwałe,

- zmiany dobowe,

- pory roku,

- zlodowacenie,

- czas geologiczny.

Stałość warunków wewnętrznych organizmu:

• optymalne warunki dla procesów geologicznych,

• homeostaza (równowaga dynamiczna warunków środowiska wewnętrznego).

Mechanizmy regulacji homeostatycznej:

• fizjologiczny,

• behawioralny.

np. ujemne sprzężenie zwrotne - mechanizm regulacji ciśnienia osmotycznego krwi ssaka.

Zakres tolerancji organizmu

Optimum

natężenie czynnika

Wrażliwość organizmu zmienia się w miarę rozwoju – wiek.

Rozmnażanie i wzrost – znacznie węższy jest zakres kiedy organizm rośnie.

– największy zakres najbliższy optymalnemu dotyczy rozmnażania - warunki

muszą być bardzo dobre.

rozmnażanie

wzrost

przeżycie

Podział organizmów ze względu na tolerancję na czynniki środowiska:

• Eurybionty – organizmy charakteryzujące się dużą tolerancją względem danego czynnika środowiska.

• Stenobionty – organizmy charakteryzujące się mniejszą tolerancją względem danego czynnika środowiska. Np. oligostenobionty (niskie wartości), polistenobionty(wysokie wartości.

oligo eury poli

-5 zakres jakiegoś czynnika +30

np. temperatur

Zakres tolerancji organizmów dla dwóch czynników (zasolenie i temperatura):

1. organizm stenotermiczny i stenohalinowy

2. organizm eurytermiczny i euryhalinowy

3. organizm stenotermiczny i euryhalinowy

4. organizm eurytermiczny i stenohalinowy

Zakres tolerancji organizmu

Uwagi:

- może być różny dla poszczególnych stadiów rozwojowych,

- temperatura aklimatyzacji (może powodować w skrajnych warunkach wymieranie części populacji),

- zakres tolerancji na jeden czynnik może zależeć od drugiego (działanie synergiczne na czynnik np. wzrost zanieczyszczenia i wzrost temperatury może wywoływać większe szkody, czyli jeden czynnik w towarzystwie innych jest ostrzejszy),

- unikanie ekstremalnych warunków (np. ptaki rozmnażają się, bytują, ale na zimę odlatują, ponieważ na południu jest pokarm; sen zimowy w okresie niedoboru pokarmu i bardzo niskiej temperatury)

PRAWO MINIMUM LIEBIEGA

Czynnik, którego jest najmniej (jest w minimum) w stosunku do potrzeb działa ograniczająco na organizm bądź całą populację.

Zasięg gatunku jest ograniczony przez ten czynnik środowiska, w stosunku do którego osobniki mają największy zakres tolerancji lub najmniejszą odporność.

Zasada Schelforda - niedobór i nadmiar czynników jest hamujący dla rozwoju populacji (uzupełnienie prawa minimum Lebiega).

ANALIZA PRZESTRZENNEGO ROZMIESZCZENIA ORGANIZMÓW

Dlaczego dany gatunek występuje na danym obszarze a na innym nie?

Jakie są przyczyny braku gatunku na danym obszarze?

Gatunek nie występuje z powodu:

1.

2.

3.

Ad. 1. Bariery geograficzne (np. góry cieśniny między kontynentami), migracje, rozprzestrzenianie się gatunku

Np. Zasiedlanie wyspy Krakatau (wyspa w Cieśninie Sundajskiej, erupcja wulkanu w 1883 r., tsunami, huk słyszalny z odległości .)

9 miesięcy po – 1 gatunek pająka

3 lata – 25 gatunków roślin

10 lat – palmy kokosowe

25 lat – 253 gatunki zwierząt, las tropikalny

50 lat – kręgowce (ptaki, nietoperze, krokodyle, szczury)

WYKŁAD 3 23.11.2011 r.

Typy rozprzestrzeniania się gatunków

1.Rozchodzenie się:

- powolne rozszerzenie zasięgu populacji w korzystnych warunkach środowiska,

- obejmuje czas trwania wielu pokoleń,

- zjawisko powszechne.

2.Rozprzesrzenianie się skokowe:

Zaczyna się przemieszczaniem pojedynczych organizmów na dużą odległość. Osiedlanie się ich w różnych warunkach.

Początek nowej populacji lokalnej:

- odbywa się w krótkim czasie (czas trwania życia jednego pokolenia) np. kolonizacja wysp.

3. Powolne rozszerzanie zasięgu:

• odbywa się na przestrzeni wielu tysięcy lat – w czasie mierzonym tempem zmian ewolucyjnych,

• zasięgi geograficzne gatunków rozszerzają się w geologicznej skali czasu,

• część populacji na peryferiach zasięgu różnicuje się w stosunku do populacji macierzystej (efekt selekcji naturalnej).

Dyspersja

- proces przemieszczania się gatunku z miejsca jego powstania na inne miejsce

Zwierzęta osiadłe Zwierzęta zdolne

i rośliny do ruchu

brak miejsca!

Potomstwo musi się nadmiar potomstwa

„przemieścić”, gdy wywędrowuje

jego okres życia zachodzi

na okres życia rodziców.

Migracje

Migracje = „przemieszczanie się genów”

„Efekt założyciela”

Szczególny przypadek dryfu genetycznego

Występuje gdy populacja w przeszłości przeszła przez stadium z bardzo niewielką liczbą osobników np. na skutek katastrofy, bądź migracji niewielkiej liczby osobników na izolowaną wyspę.

Przypadek decyduje, że taka populacja może mieć wyraźnie odmienną i zubożoną pulę genetyczną w stosunku do populacji pierwotnej.

Ruchy dyspersyjne

Dyspersja konkretnych osobników, ale ekspansja populacji

„opór środowiska”

- czynniki zewnętrzne (utrudniające lub ułatwiające zasiedlenie)

- czynniki zewnętrzne (cechy gatunku ułatwiające zasiedlenie)

Bariery fizyczne:

- bariery wodne (np. rów szerokości 1,5m – bariera dla 50% znakowanych osobników)

- bariery fizyczne na lądzie (strome skarpy, łańcuchy górskie, ściana lasu itp.)

Bariery ekologiczne:

• pustynie:

- nadbrzeżne (różna szerokość)

- zimne

- ruchome (niestabilność podłoża)

- skaliste

- suche

- cywilizacyjne (tereny uprawne, tereny wylesione itd.)

Środowisko żywe jako bariera (drapieżcy, pasożyty itp.)

Strefy klimatyczne jako bariery:

- znaczna część czynników ekologicznych jest determinowana przez klimat

Bariery odległości i czasu

Trwałość barier

- działanie sił geologicznych, zlodowacenia (pomosty lądowe)

dynamika barier

Wewnętrzne predyspozycje do dyspersji

właściwości strukturalne

- struktura narządów lokomocyjnych

- struktura narządów ułatwiających dyspersję bierną

- struktura narządów ułatwiających przeżycie w nowych warunkach

właściwości fizjologiczne (tolerancja na niekorzystne czynniki)

właściwości ekologiczne:

- właściwości wynikające z biologii gatunku np. owady ……. …… w suchych gałązkach wykazują szybszą na wyspach Pacyfiku dyspersję niż …….. w żywych tkankach

- filopatria – tendencja lub instynkt stałego powrotu do miejsca urodzenia lub terenu poprzedniego rozrodu

- skłonność do migracji w przypadku nadmiaru potomstwa u niektórych gatunków

- ptaki mają dużą zdolność do dyspersji, ale nie wykazują przypadkowego rozmieszczenia. Mogą natomiast szybciej wykorzystywać „okazje” – wszystkie zmiany w środowisku.

Dyspersja aktywna

Tempo zależne od rodzaju narządów lokomocji – najszybsze latające, ale…

…szybkość i łatwość lokomocji nie wpływa bezpośrednio na szybkość dyspersji i uzdolnienia do niej

Formy poruszające się z trudem mają czasem bardzo duże zasięgi, a np. ptaki opierają się biernemu rozszerzeniu

Migracje

- czerniczka obrożna: miejsce rozrodu w północno – wschodniej części USA

Migracje na zimowisko Lorytanem (??) wzdłuż wybrzeża do Płd. Karoliny.

Dyspersja bierna

- dyspersja powietrzna

-dyspersja wodna („tratwy oceaniczne”, czy lodowe)

- dyspersja z udziałem innych organizów (forezja)

Przenoszenie przez człowieka

- introdukcje (świadome)

- zawleczenie (nieświadome)

Nie wszystkie przypadkowo przemieszczone zwierzęta mają jednakowe szanse przeżycia w nowym miejscu

Człowiek „łamie” bariery – gatunki zawleczone, gatunki introdukowane

WYKŁAD 4 30.11.2011 r.

Królik europejski (Oryctolagus cuniculus) – nieproszony (?) gość.

Dwa wieki przed Chrystusem degradacja środowiska na Balearach przez sprowadzone króliki.

1788 r. – pierwsze króliki w Australii (bez skutków dla środowiska)

1859 r. – farmer Thomas Austin (stan Victoria) wypuścił 24 króliki, jako zwierzynę łowną

Dojrzałość królika w ciągu 6 miesięcy około 64 młode rocznie 7 królików zjada tyle, co jedna owca

Stosowano siatki przeciw królikom.

Do połowy XX w. populacja osiągnęła około 600 mln. Osobników.

- myxomatoza (choroba królików) – spadek populacji o 99%

1991 r. – liczebność populacji 200 -300 mln.

1996 r. – calicivirus (choroba wirusowa) – spadek tylko o 65%

Pszczoła miodna (Apis mellifera scutellata) – sprowadzona z Afryki do Ameryki Płd. (produkuje 4 razy więcej miodu).

Agresywny gatunek.

1957 r. – próby udomowienia nie udały się, królowe uciekły i bardzo szybko zaczęły się rozprzestrzeniać. Zdarzyły się pożądlenia na śmierć.

W latach 90-tych rozprzestrzeniły się po Panamę, Teksas.

Próbowano je zahamować poprzez wprowadzenie konkurencji – pszczoły europejskiej.

Analiza przestrzennego rozmieszczenia organizmów

Dlaczego dany gatunek występuje na jednym obszarze, a na innym nie?

Przyczyny braku gatunku na danym terenie podłożu behawioralnym

Przykłady:

KOMAR (Anopheles culicifacies), jeden z komarów malarycznych. Występuje np. na polach ryżowych.

Występowanie komara.

Badania:

m.in. pobrano wodę ze stawów ryżowych, w których były komary i w których ich nie było, ale larwy wylęgały się tu i tu, wię stan wody nie był przyczyną występowania osobników.

Przyczyna okazała się wysokość ryżu (etap wzrostu). Komary odbywają gody nad ryżem na wysokości około 5, 10 cm, wykonując swego rodzaju „taniec” i następnie składają jaja. Zatem, jeżeli ryż osiagnie wyższą wysokość, wówczas komary nie mogą wykonywać swoich „tańców” i nie mogą złożyć jak, dlatego nie występują w danym miejscu. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy ryż jest mały. Cykle życiowe komara i ryżu muszą być zsynchronizowane.

MEWA SREBRZYSTA (Larus argentatus)

Wybór miejsca do lęgów półki skalne, łąki, czy zbocza z darnią?

Najkorzystniejszym miejscem do lęgów są półki skalne, mniej korzystne są łąki, a najmniej zbocza.

Nowo przybyłe mewy najpierw wybierały półki skalne, ponieważ łatwo tam założyć gniazdo i jest to miejsce bezpieczne, z dala od drapieżników.

Gdy na półkach skalnych zasiedla się zbyt dużo mew, te spóźnialskie zaczynają zasiedlać łąki, bo jest to płaski teren, ale już mniej bezpieczny.

Podczas gdy i na łąkach zaczyna się robić tłoczno, ostatnie mewy zasiedlają zbocza darniowe, jest to niewygodny, bo trochę nachylony teren i występują tam drapieżniki, jednak jest tam najwięcej miejsca, ptaki się nie przepychają i nie niszczą nawzajem swoich gniazd, więc sukces lęgowy jest praktycznie taki sam na każdym siedlisku.

Przykłady:

ROZMIESZCZENIE OMUŁKÓW (Mytillus edulis) WZDŁÓŻ ATLANTYCKICH WYBRZEŻY IRLANDII.

Są to zwierzęta osiadłe, przytwierdzają się do skał. Główni drapieżcy rozgwiazdy i kraby.

W głębi zatoki Lough Ine dużo osobników większych (3 – 7 cm), głównie w szczelinach skalnych (w miejscach nieosiągalnych dla drapieżników).

W środkowej części, w spokojnych wodach – małe omułki – eliminacja przez duże kraby.

Dolna część zatoki silne falowanie + prądy morskie, mało kryjówek, głównie małe kraby brak omułków.

Na wlocie do zatoki liczne małe omułki (2 – 2,5 cm)

Przykład:

DRAPIEZNIKI A SYTUACJA KANGUROSZCZURA (Bettongia lesueur)

Kiedyś zajmował połowę terenu Australii, teraz występuje na dwóch małych wyspach w Zachodniej Australii.

Był ofiarą dla drobnych, sprowadzonych drapieżników, np. zdziczałych kotów, lisów oraz naturalnych wrogów, czyli jaszczurek, węży.

Teraz tworzy się dla nich enklawy, gdzie wprowadza się osobniki – teren ogrodzony solidną siatką (izolacja populacji od drapieżników).

XVIII i XIX w.:

- wycinanie naturalnej roślinności pod uprawy,

- wprowadzanie obcych gatunków (w tym chorób, np. gatunki drobiu z Europy)

ALLELOPATIA

Szkodliwy lub korzystny wpływ substancji chemicznych wydzielanych przez osobniki (lub pochodzących z rozkładu) danego gatunku (głównie roślin) na inne gatunki.

DODATNIA

np. fiołek polny, wyka żyto

UJEMNA

np. mak polny pszenicę, jęczmień, żyto

Chaparral – zimozielona formacja roślinna, Kalifornia, Północny Meksyk, tereny suche, półpustynne.

Tworzą je głównie twardolistne rośliny krzewiaste – wawrzyny, wrzosowate, karłowate dęby, robinie, kaktusy.

Rośliny tworzące chaparral odznaczają się dużą zawartością olejków eterycznych, wokół nich występują około dwumetrowe pasy niepokryte żadną roślinnością, trochę dalej rośnie rzadka, skarlała roślinność.

Pręgowce – konkurencja tym silniejsza, im większe pokrewieństwo międzygatunkami.

Eutamias dorsalis – naziemny, agresywny w stosunku do innych gatunków

Eutamias umbrinus – nadrzewny

E. dursalis wypiera E. umbrinus tam, gdzie jest mniej drzew, tam gdzie jest większe zadrzewienie dominuje E umbrinus.

Czynniki fizyczne i chemiczne ograniczające występowanie gatunków.

Temperatura i wilgotność – główne czynniki klimatotwórcze.

KLIMAT

Rozmieszczenie roślin.

Występowanie zwierząt.

Klimat a reakcja organizmów

Warunki zbyt trudne Warunki umożliwiające przetrwanie

Gatunki nie występują Gatunki występują

Tolerowanie występujących wytwarzanie przystosowań

warunków (mieszczą się w pozwalających na pewne

zakresie tolerancji) uniezależnienie od warunków

środowiska.

ROZKŁAD TEMPERATUR NA ZIEMI

IZOTERMY STYCZNIA – najzimniej na Syberii (północ) – ekstremalnie niskie temperatury

IZOTERMY LIPCA – najcieplej w środkowej części globu

Postglacjalna migracja 4 gatunków drzew (świerk sosna wejmutka, dąb, klon) w Ameryce Płn., ekspansja na północ.

Zależność metabolizmu zwierząt od temperatury otoczenia

Gdy temperatura wzrasta lub obniża się za punkt krytyczny, to metabolizm wzrasta (organizm wytwarza dużo energii).

Zależność metabolizmu zwierząt od temperatury otoczenia

hipotermia, hypertermia organizm może nie przeżyć

REGUŁA BERGMANA – rozmiary ciała zwierząt stałocieplnych żyjących w klimacie chłodniejszym są większe niż spokrewnionych z nimi zwierząt żyjących w klimacie cieplejszym.

Zwierzęta stałocieplne chłodnego klimatu mają większe rozmiary, co zapewnie im korzystniejszy………

Stosunek powierzchni ciała do jego objętości

Dł. boku (cm): 4 2 1

Masa: 64 8 1

96 24 1

Przyrost wysokości i sredniej wagi pingwinów wraz ze wzrostem szerokości geograficznej.

Reguła Allena – tendencja zmniejszania się wysających części ciała u zwierząt stałocieplnychnw klimatach chłodniejszych

• na północy – zmniejszenie powierzchni, z której następuje utrata ciepła,

• w strefie gorącej – zwiększenie powierzchni oddawania ciepła.

Przykład: lis pustynny – duże uszy

lis europejski – średnie uszy

lis polarny – krótkie uszy

Fibik białobrzuchy (Sayornis phoebe) – rozmieszczenie zimowe zależne od s redniej minimalnej temperatury stycznia (do ok. – 4 ^oC).

Koszty energetyczne utrzymania temperatury ciała, dostępność pokarmu.

Aklimatyzacja sumika karłowatego. W lecie wytrzymuje do 30^oC i przeżywa. W zimie do +1, +2^oC, mimo to przeżywa dzięki okresowi aklimatyzacji (stopniowy spadek temperatury, nie gwałtowny)

WYKŁAD 5 7.12.2011 r.

WODA

Średnia roczna suma opadów na świecie:

- najwięcej na równiku,

- tam, gdzie główną formą opadów jest śnieg, to (raczej słabe?).

Biom – rozległy obszar o określonym klimacie, charakterystycznej szacie roślinnej i szczególnym świecie zwierzęcym (zespoły…….)

Formacja roślinna – typ zbiorowiska roślinnego.

OPADY W STREFIE MIĘDZYZWROTNIKOWEJ

- w strefie równikowej opady w każdym miesiącu powyżej 50 mm,

- półkula północna i południowa – przesunięcie okresów suchych i pory …….. o 6 miesięcy.

TEMPERATURA I WILGOTNOŚĆ – czynniki klimatotwórcze

ŚWIATŁO – czynnik ekologiczny

1. fotosynteza;

• rytmy dobowe i sezonowe roślin i zwierząt

- fotoperiodyzm (zakwitanie zależne od światła),

- symulacja rozrodu u zwierząt,

- rośliny cienio- i światłolubne itd.

Poziom aktywności fotosyntetycznej (PAR) w lesie liściastym, sezonowość:

- w zimie docierają duże ilości światła, ale są niskie temperatury,

- na wiosnę pierwsze liście, wiec zaczyna się fotosynteza.

Promieniowanie czynne fotosyntetycznie (PAR) – promieniowanie słoneczne, które może być zabsorbowane przez barwniki fotosyntetyczne na potrzeby fotosyntezy.

LAS:

Część promieniowania jest odbita (ok. 10%), 79% zabsorbowana.

ŁĄKA:

- 20% odbija się,

- 5 % najwyższe rośliny,

- 36 % ….

- 34% …..

- 5 % niższe partie.

ODCZYN – pH wpływa przede wszystkim na organizmy wodne i glebowe (7,0 optymalne).

* kwaśne deszcze (opady o niskim pH - ……)

- zanik na jeziorach, gdzie pH spadło poniżej 5,6 (… na dorosłe ryby, narybek, bezkręgowce wodne),

- świerki w Sudetach.

ZASOLENIE – ilość jonów w wodzie lub roztworze glebowym i takie też organizmy są najbardziej wrażliwe (???)

- wpływ zasolenia na grupy roślin czy zwierząt, które są w danej odległości od brzegu zbiornika.

POŻARY:

* pożary prerii – trawiaste obszary w środku kontynentu,

- utrzymanie rodzimych gatunków traw,

- zachowanie ….. siedlisk (zakrzewienie…????)

- zahamowanie rozprzestrzeniania się lasu.

Pożary ……….. – są pod koniec sezonu (po uprawach).

Chodzi o utrzymanie rodzimych gatunków traw.

SKŁAD I RODZAJ GLEBY:

- „żółte gleby” – zwietrzałe skały wulkaniczne (bardzo niskie pH, ubogie w fosfor i azot),

* płaty sosny żółtej brak innych roślin.

Reakcje organizmów na zmienność siedlisk – EKOTYP.

- w populacji jest to subpopulacja, która wyróżnia się jakimiś charakterystycznymi cechami, np. świerk istebniański Beskid Śląski, Istebna mikroklimat, właściwości gleb wpłynęły na powstanie takiego gatunku, łatwo z niego wyprodukować deski, choć dużo się nie różni.

EKOTYP (gr. oíkos - dom, týpos - treść, obraz)

- forma w obrębie gatunku roślin lub zwierząt,

- tworzy populację (lub grupę populacji) dostosowaną do danych warunków siedliskowych

- posiada zestaw cech charakterystycznych dla danego środowiska,

- cechy wyróżniające ekotyp wykształcają się w szczególności pod wpływem klinowej zmienności środowiska,

- nie jest uznany za odrębną jednostkę taksonomiczną.

Różnice między ekotypami tego samego gatunku mają przeważnie podłoże genetyczne i są dziedziczone. Część różnic morfologicznych ekotypów jest wynikiem specyficznego oddziaływania środowiska i nie podlega dziedziczenia (podłoże fenotypowe).

Różnice pomiędzy cechami fenotypowymi przy hodowli w tych samych warunkach zacierają się.

Najczęściej różnice między ekotypami maja charakter mieszany (genotypowo – fenotypowy).

Np. morfologia krwawnika z różnych stanowisk w Kalifornii.

- badano szereg populacji,

- w niskich położeniach rośliny były bardzo wysokie (70 cm), a im wyżej, tym mniejsze,

- powyżej 3500 m n.p.m. małe (kilkanaście cm),

Z trzech skrajnych stanowisk (1000, 2300, 3400 m n.p.m.) pobrano próbki nasion i wysiano je na trzech różnych poletkach (50, 1400, 3050 m n.p.m.):

- z niskiego (1000m) na niskich (50m) były najwyższe,

- z wyższego (2300m) – najwyższe były na średnich (1400m),

- z najwyższego (3400m) – największe na najwyższych (3050m).

EKOTYPY – np. Pinus contorta (sosna wydmowa)

W zależności od położenia te rośliny mogą się od siebie bardzo różnić:

- 3100 m n.p.m – 30-metrowe drzewa, jeden pień, południowy stok,

- 3230 m n.p.m – 6-metrowe drzewa, wiele pni, wschodni stok,

- 3300 m n.p.m. – 2-metrowe drzewa, forma krzewiasta, południowy stok.

POKARM JAKO EKOLOGICZNY CZYNNIK OGRANICZAJĄCY

Wszystkie heterotrofy są zależne od autotrofów, a autotrofy od obecności rozpuszczonych związków mineralnych.

Autotrofy – wykorzystują wyłącznie związki nieorganiczne.

Auksotrofy – wykorzystują związki nieorganiczne oraz niewielkie ilości związków organicznych np. witamin.

Grupy pokarmowe zwierząt

GRUPA POKARM

Fitofagi żywe rośliny lub ich wydzieliny

Saprofagi martwe szczątki roślin

Zoofagi inne zwierzęta

(pasożyty, drapieżniki)

Nekrofagi martwe zwierzęta

Koprofagi odchody innych zwierząt

Jednocześnie wiele gatunków odbiegających od prostego schematu, np. stadia rozwojowe różniące się pokarmem, odżywianie się pokarmem roślinnym i zwierzęcym.

Budżet energetyczny zwierząt

+ metabolizm podstawowy (BMR) – najmniejsza ilość energii konieczna do utrzymania przy życiu (duże zwierzęta zużywają więcej energii niż małe, ale w przeliczeniu na jednostkę masy ciała, tempo metabolizmu małych zwierząt jest znacznie wyższe);

+ koszty przetwarzania trawienia pokarmu – największe straty przy trawieniu białek do 30%, tłuszcze, węglowodany 3-5%;

+ aktywność ruchowa, w tym w trakcie pozyskiwania pokarmu (ssak w biegu – wzrost metabolizmu 3-5 razy, ptak w locie 10-15 razy);

+ koszty wzrostu i reprodukcji – energia z pokarmu wbudowywana w masę ciała;

+ wpływ temperatury na metabolizm – według reguły Arrheniusa – szybkość reakcji biochemicznych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Specjalizacja pokarmowa

- monofagi – jeden rodzaj pokarmu (np. jeden gatunek rośliny, u pasożyta związek tylko z jednym żywicielem),

- oligofagi (stenofagi) – jedna grupa pokarmu (np. rośliny z jednej rodziny – stonka psiankowata),

- polifagi (euryfagi) – pokarm z wielu grup systematycznych.

Stenofagi – częste na obszarach, gdzie występuje zróżnicowany pokarm, w dużej obfitości, bez wyraźnych skoków w ilości (dostępności) – tropikalne gatunki fauny.

Euryfagi – częste na obszarach, gdzie występuje mniejsze zróżnicowanie pokarmu, z okresami spadku (lub braku) danego typu pokarmu.

Lis jest typowym wszystkożerca i w zależności od pory roku je to, co jest w obfitości:

- wiosna – pierwsze owady, małe gryzonie, ptaki, roślinność;

- lato – więcej myszy i drobne ptaki;

- jesień - głównie gryzonie, mniej ptaków i roślinności;

- zima – malutko roślin, więcej zajęcy, kuropatw.

Sezonowe zmiany dostępności pokarmu

- gromadzenie substancji zapasowych,

- sen zimowy,

- zapasy pożywienia,

- wędrówki,

- sezonowość rozrodu.

POPULACJA

Populacja biologiczna – zespół organizmów jednego gatunku, żyjących równoczesnie w określonym środowisku i wzajemnie na siebie wpływających.

Populacja ≠ suma osobników jednego gatunku

nowa jakość!

Populacja – jedna pula genowa.

Dobór działa na pojedyncze osobniki, ale ewolucji podlegają całe populacje.

Cechy populacji

„Ekologia” jest nauką o zależnościach decydujących o liczebności i rozmieszczeniu osobników.

Najważniejsza cecha populacji – zagęszczenie.

Charakterystyka populacji:

1. cechy populacji (podstawowe) wpływające na zagęszczenie:

- rozrodczość,

- śmiertelność,

- emigracje,

- imigracje.

b) cechy wtórne (struktury) populacji:

- struktura wiekowa,

- struktura genetyczna,

- struktura przestrzenna.

Ustalanie charakterystyki populacji

Zagęszczenie populacji – liczba osobników przypadających na jednostkę powierzchni (ew. biomasa osobników na jednostkę powierzchni / na jednostkę objętości).

Metody oceny zagęszczenia populacji

BEZWZGLĘDNE WZGLĘDNE

- liczenie bezpośrednie,

- metody oparte na pobieraniu prób z populacji.

poletka „kwadraty o znanej wielkości metoda znakowania i ponownych złowień

(konieczne dokładne liczenie, (metoda Lincolna - Petersona)

Reprezentatywność kwadratów) - zwykle wielokrotne odłowy,

- możliwości:

* dynamika liczebności,

* wskaźnik ubywania (śmiertelność),

* wskaźnik przybywania (rozrodczość).

Metody względne (obarczone błędem):

- pułapkowa,

- liczenie odchodów,

- rejestracja upolowanych zwierząt,

- wielkość połowów,

- liczenie śladów,

- metoda ankietowa,

- ocena stopnia pokrycia podłoża,

- ilość zjedzonej przynęty,

- liczenie wzdłuż określonej trasy.

Zagęszczenie populacji jest zmienne

(pulsacja areału populacji)

Populacje mogą zawężać lub poszerzać swoje granice.

zmiany czynników abiotycznych zmienna presja ze strony drapieżników i konkurentów

Zasady funkcjonowania populacji

Na podstawie danych paleobiologicznych i współczesnych ………,że populacje ……….. funkcjonują w zespołach wielogatunkowych (biocenozy).

Zmiany zasięgów i liczebności gatunków w obrębie biocenoz są widoczne w różnej skali czasu.

Charakter zmian w biocenozie.

• Liczebność populacji jednego gatunku zmienia się w zależności od liczebności populacji innych gatunków.

• Liczebność populacji niektórych gatunków nie zmienia się …….. ciągłego rodzenia się i umierania osobników.

• Rozmieszczenie w przestrzeni osobników populacji zmienia się w czasie.

Zmiany zagęszczenia trzech gatunków roślin w zbiorowisku łąkowym (………………………).

Fluktuacje liczebności populacji rysia kanadyjskiego i zająca bielaka (rysia więcej, gdy zająca więcej).

WYKŁAD 6 14.12.2011 r.

EKOLOGIA WYKŁAD 6. 14.12.2011r.

Charakterystyka populacji – struktury populacji:

- struktura wiekowa,

- struktura płciowa,

- struktura genetyczna,

- struktura przestrzenna,

- struktura socjalna.

Struktura przestrzenna populacji:

- równomierny,

- skupiskowy,

- losowy.

Rozmieszczenie osobników danej populacji w obrębie przestrzeni zajętej przez populację jest charakterystyczne dla gatunku.

Struktura przestrzenna zależy od:

- wielkości osobników,

- aktywności życiowej,

- wymagań środowiskowych,

- panujących warunków środowiskowych.

Rozkład równomierny:

- podział areału (terytorium) u zwierząt,

- zasada indywidualnej odległości między osobnikami u niektórych gatunków roślin.

Rozkład skupiskowy:

- tworzenie stad u zwierząt,

- tworzenie kęp roślin.

Rozkład losowy (przypadkowy):

- u niektórych organizmów (np. niektóre pająki, pasożyty, niektóre gatunki drzew wiatropylnych w lesie mieszanym).

Terytorializm – u zwierząt związany z samotniczo – rodzinnym trybem

życia.

Areał osobniczy – obszar, na którym zwierzę spełnia wszystkie potrzeby każda

życiowe. populacja ma

Kolonie lęgowe – u ptaków, łososi (związane z rozrodem) jakiś określony

Odległość tolerancji indywidualnej – taka odległość minimalna, przedział

powyżej której osobnik reaguje „agresją” w stosunku do osobników zagęszczenia

swojego gatunku np. szkodniki magazynowe – myszy, żołek zbożowy – optymalnego

jeśli jest dużo pokarmu nie ma agresji, a jak jest mało pokarmu to jest

duża odległość tolerancji.

SKUTKI SĄSIEDZTWA OSOBNIKÓW W POPULACJI

(bliskiego sąsiedztwa)

W populacjach zwierząt

POZYTYWNE:

1.Wspólne zdobywanie pokarmu.

2. Obrona przed wrogami naturalnymi.

3. Zasiedlanie opuszczonych nor, wykorzystywanie ścieżek i śladów.

4. Wspólna opieka i obrona potomstwa.

5. Wytwarzanie mikroklimatu.

NEGATYWNE:

1. Niekorzystne zmiany fizyczne i chemiczne środowiska.

2. Powstawanie sytuacji stresowych.

3. Ograniczenie aktywności w środowisku, a w rezultacie ograniczenie dostępu do pożywienia.

4. Konkurencja.

W populacjach roślin

POZYTYWNE:

1. Korzystne zmiany fizyczne i chemiczne środowiska (osłona przed wiatrem, lotnymi piaskami, nasłonecznieniem).

2. Eliminacja gatunków konkurencyjnych.

NEGATYWNE:

1. Odbieranie sobie pokarmu.

2. Niekorzystne zmiany składu chemicznego podłoża.

3. Ocienianie.

Zależność między areałem osobniczym a masą ciała ssaków w Ameryce Północnej.

- im większa masa ciała tym większy areał,

- areał osobniczy drapieżników jest większy niż roślinożerców,

- drapieżniki jednocześnie w porównaniu z roślinożercami o podobnych masach ciała zajmują większe terytorium.

Areał osobniczy drapieżników jest duży

Populacje ofiar mają szansę się utrzymać

(przetrwać)

Struktura płciowa

• liczba samic przypadająca na określoną liczbę samców

• udział samic (samców) w populacji

….. ale są gatunki (populacje), w których występuje

• obupłciowość = hermafrodytyzm (wiele gatunków roślin, płazińce pasożytnicze, ryby)

• partenogeneza (rozwój z niezapłodnionych jaj wyłącznie samic, mszyce, wioślarki)

• pszczoła miodna – samce (trutnie) tylko okresowo

• termity – w gnieździe kilka samic i jeden samiec

Struktura wiekowa populacji

Modele struktury wiekowej populacji.

Populacja rozwijająca się

(młoda)

Populacja ustabilizowana

Populacja zamierająca

Typy demograficzne społeczeństw:

- młode – osoby do 19 roku życia ponad 35%, ludność w wieku 20 – 64 lat poniżej 50%, powyżej 65 roku życia mniej niż 5%.

- dojrzałe – (stacjonarne, zastojowe) – osoby do 19 roku życia 25 – 35%, w wieku 20 – 64 w granicach 50 – 60%, powyżej 65 roku życia 5 – 15%.

- stare – (regresywne, zamierające) – osoby do 19 roku życia mniej niż 25%, 20 – 64 >60%, powyżej 65 roku życia ponad 15%.

Piramidy wieku ludności – młode (Meksyk), stare (Szwecja).

Sytuacja demograficzna Polski:

- w końcu 2004r – liczba ludności 38 175tys. osób (o 16 tys. mniej niż w 2003r.)

- przyczyna zmniejszenia – spadek liczby urodzeń

Prognoza na 2030 – 35,5 mln

Struktura przeżycia populacji

Populacja:

- wspólna pula genowa

- każdy osobnik posiada indywidualny zestaw genów (genotyp) - zmienność genotypowa

- zmienne warunki środowiska modyfikują genotypy – zmienność fenotypowa (cechy nie dziedziczne)

- selekcji podlegają fenotypy konkretnych osobników – selekcja konkretnych genotypów.

Poszczególne populacje gatunku różnią się pod względem frekwencji fenotypów i genotypów. Różna struktura genetyczna populacji.

Struktura socjalna populacji

Tworzenie stad

Korzyści życia w grupach:

- zwiększenie szans na przeżycie, wydanie potomstwa, lepsze wykorzystanie zasobów

PROCESY POPULACYJNE

Zmiany liczebności populacji w czasie

- wzrost liczebności populacji – rozrodczość i imigracja

- spadek liczebności populacji – śmiertelność i emigracja

Równanie opisujące zmiany liczebności populacji między dwoma punktami w czasie:

N_t+1 =N_t + B – D + I – E

N_t - liczebność populacji w czasie t

N_t+1 - liczebność populacji w czasie t+1

B – liczba osobników urodzonych w czasie między t a t+1

D – liczba osobników zmarłych w czasie między t a t+1

I – liczba osobników imigrujących w czasie między t a t+1

E – liczba osobników emigrujących w czasie między t a t+1

Tabele przeżywania – opis realnie istniejącej populacji za pomocą zmodyfikowanego równania:

N_t+1 =N_t + B – D + I – E

Równanie zmodyfikowane:

przeżywające z rozrodu

N_t+1 = N_t - N_t (1-p) + N_t *F*g*e

Umierające

N_t – liczebność kolejnego stadium

F - liczba wytworzonych nasion

g – prawdopodobieństwo wykiełkowania nasion [0,1]

e – prawdopodobieństwo przeżycia siewki w postaci dorosłej [0,1]

p – prawdopodobieństwo przeżycia dorosłej rośliny [0,1]

1-p – wskaźnik śmiertelności

- pominięta emigracja i imigracja dla uproszczenia

Tabele przeżywania pozwalają na:

- porównanie ze sobą różnych populacji pod względem wskaźników śmiertelności i rozrodczości,

- poszukiwanie ogólnych prawidłowości dotyczących dynamiki liczebności populacji.

Graficzna forma tabeli przeżycia – gatunek jednoroczny:

osobniki dorosłe

7,3 2,52,8

liczba pakietów

na samicę

Populacja izolowana

zagęszczenie na 10 m²

- prawdopodobieństwo

przeżycia

Gatunek wieloletni:

Rok

Rok t+1

Tabele kohort (generacji pokoleń) – osobniki rodzą się w jednym czasie.

Siła śmiertelności wzrasta wraz z wiekiem, wartość ma wymiar względny , dlatego nadaje się do porównywania różnych populacji – oddaje najlepiej ………. jego śmiertelności.

W warunkach naturalnych śledzenie losów kohort jest bardzo trudne!

Statyczne tabele przezywania – oparte na analizie struktury wiekowej populacji. W danym momencie (lub w odpowiednio krótkim czasie).

Jak zebrano dane?

Cel – ustalenie struktury wiekowej populacji w konkretnym roku (1957).

Najprostsza metoda – „pobranie próby”, czyli odstrzał dużej liczby jeleni w 1957 roku i ustalenie ich wieku.

Rozwiązanie alternatywne:

Od 1957 roku przez 16 lat określono na podstawie uzębienia wiek każdego odstrzelonego i padłego jelenia. Na tej podstawie ustalono ile lat miał znaleziony osobnik w 1957 roku.

Zbieranie danych do tabel przeżywania trwa długo!

Statyczne tabele przeżywania mogą być tak wiarygodne jak tabele kohort tylko wtedy, gdy zależne od wieku tempo śmiertelności jest stałe.

…jednak wskaźnik rozrodczości i wskaźnik śmiertelności są zmienne:

• zależą od wieku

• mogą być różne w różnych latach (kalendarzowych).

Porównanie krzywych przeżywania kohort ze statyczną krzywą przeżywania

Różnice wynikają z postępu medycyny, higieny wzrostu przeciętnego poziomu życia.

Zależna od wieku rozrodczość

Koszty reprodukcji łań (śmiertelność zimowa) w populacji.

Jest to liczone dla każdego rocznika, np. w jednym roku samica nie przystąpiła do rozrodu, ale w następnym przystąpiła. Ta, która przystąpiła do rozrodu, przechodząc do zimy była słabsza niż ta, która nie przystąpiła.

Krzywe przeżywania

Krzywe przeżywania powstają na podstawie tabel przeżywania jeśli dokonamy analizy tempa zmian per capita, a nie analizy zmian bezwzględnych liczebności populacji.

Pierwszy etap w życiu ptaka to krzywa typu c, później to typ b.

Tworzenie krzywych przeżywania i ocena śmiertelności w populacjach „dzikich”.

…na podstawie bezpośredniej obserwacji przeżywania (tabela kohort) [bezpośrednie liczenie pąkli na stanowiskach].

… poprzez określenie wieku osobników umierających założenie: populacja jest niezmienna w czasie, tempo umierania i rodzenia w każdej klasie niezmienne (określenie wieku na podstawie czaszki).

… na podstawie znajomości struktury wiekowej populacji (tabela statyczna) założenie: struktura wiekowa populacji jest zmienna w czasie.

WYKŁAD 7 21.12.2011 r.

DYNAMIKA POPULACJI

Wzrost liczebności populacji to efekt bilansu śmiertelności i rozrodczości.

REPRODUKCJA = ROZRODCZOŚĆ – ŚMIERTELNOŚĆ

Wrodzone tempo wzrostu populacji (wskaźnik wrodzony wzrostu populacji).

Cechy populacji żyjącej w konkretnym (zmiennym) środowisku:

- średnia przeżywalność osobników (średnia długość życia),

- średnie tempo rozrodu (wskaźnik rozrodczości),

- średnie tempo wzrostu (szybkość dojrzewania osobników).

Mierzymy ujawnianie się tych cech w określonych warunkach środowiska.

Zależą od:

- warunków środowiska,

- wrodzonych cech osobnika.

Wrodzone tempo wzrostu populacji a warunki środowiska.

Zmienność dobowa, sezonowa itd. Warunków środowiska

Dobre warunki środowiska liczebność wzrasta.

Złe warunki środowiska liczebność maleje.

Żadna populacja nie może wzrastać w nieskończoność.

Potencjalne tempo wzrostu ≠ realizowane tempo wzrostu.

Cechy osobnika wpływające na tempo wzrostu populacji:

• płodność,

• długość życia,

• tempo dojrzewania.

Ich odzwierciedleniem są wskaźnik rozrodczości i śmiertelności.

Przedstawienie tempa wzrostu populacji w sposób ilościowy wymaga:

Określenia tempa zmian rozrodczości i śmiertelności wraz z wiekiem osobnika.

Współczynnik (wskaźnik) reprodukcji netto:

$$\mathbf{R}_{\mathbf{0 = \ }\sum_{}^{}{\mathbf{l}_{\mathbf{z}}\mathbf{\text{\ bx}}}}$$

(Tabela przeżywania i płodności kobiet w USA dane 1989 r.)

Współczynnik reprodukcji netto – R₀ dla danych z tabeli wyniósł 0,9069. To oznacza, ze jeśli wskaźnik się nie zmieni, populacja będzie wzrastać o 0,91 w każdym pokoleniu, czyli będzie następował spadek o 9% w każdym pokoleniu.

R₀ < 1 – liczebność populacji spada!

Współczynnika reprodukcji R₀……..

Liczba młodych (jaj, nasion) wyprodukowanych……….

Wewnętrzne tempo wzrostu populacji

Współczynnik r (wewnętrzne tempo wzrostu populacji) określa maksymalne teoretyczne tempo wzrostu populacji w danych warunkach środowiska, przy założeniu jego nieograniczonych zasobów.

r – zależy od:

• gatunku – maksymalna teoretyczna możliwa reprodukcja i minimalna teoretyczna możliwa śmiertelność;

oraz od

• środowiska (faktycznie możliwa do zrealizowania w danych warunkach rozrodczość i śmiertelność).

Dynamika populacji – model wykładniczy (wykres).

Populacje żyją w środowisku o ograniczonych zasobach.

Pojemność środowiska – maksymalna liczebność populacji, jaka może istnieć w danym środowisku.

Logistyczny model wzrostu liczebności populacji

Pojemność środowiska – K

Zmiany liczebności populacji jako wynik działania czynników zależnych od zagęszczenia (hipoteza Lack’a)

Sprzężenie zwrotne: im większe zagęszczenie, tym……………….

Zmiany liczebności populacji jako wynik działania czynników niezależnych od zagęszczenia (hipoteza Andrewarthy i Bircha)

N

K

t

Liczebność populacji wzrasta wykładniczo, ale jest hamowana przez czynniki zewnętrzne:

- np. mała ilość zasobów (np. pokarmu),

- mała dostępność do zasobów,

- czynniki klimatyczne.

Okres między zaburzeniami jest zbyt krótki, żeby mogły dojść do głosu czynniki zależne od zagęszczenia.

K (obj. naczynia)

Czas (t)

Populacje naturalne nie wykazują stabilizacji liczebności na poziomie górnej asymptoty.

Zmiany liczebności populacji w warunkach naturalnych w czasie:

- oscylacje – stały okres i amplituda wahań

- fluktuacje – amplituda wahań zmienna.

• fluktuacje sezonowe,

• fluktuacje cykliczne:

• Wieloletnie:

• 4-letnie (nornik zwyczajny, lis, leming),

• 10-letnie (zając bielak, ryś kanadyjski, szarańcza).

- nieregularne eksplozje populacji (gradacje)

Wzrost liczebności populacji reniferów na dwóch wyspach na Morzu Bering (populacja introdukowana).

Brak drapieżników na wyspach, brak polowań.

Pierwsza wyspa: St. Paul – przeeksploatowanie zasobów, spadek do 8 osobników (za mało pokarmu).

Druga wyspa:: George’a – stała mała liczebność (kilkadziesiąt osobników).

Fluktuacje sezonowe

Fluktuacje liczebności populacji sikory bogatki w lasach Anglii na tle wieloletniego wzrostu.

Po zimie niska liczebność, skok liczebności po lęgach, potem znowu spadek – presja drapieżników do końca lata, potem jesień, zima – presje czynników środowiska, do następnej wiosny przetrwa niewiele osobników.

Fluktuacje cykliczne – wieloletnie

Cykle masowych pojawów pustynnej szarańczy w Azji.

STRATEGIE ROZRODU

Strategia oparta na selekcji typu „K”

- gatunki przystosowane do maksymalizacji zdolności konkurencyjnych,

- wolne tempo wzrostu osobników,

- raczej duże rozmiary ciała,

- wytwarzanie małej liczby potomstwa,

- długi czas trwania życia.

Strategia oparta na selekcji typu „r”

- gatunki przystosowane do maksymalizacji tempa wzrostu populacji,

- szybkie tempo wzrostu osobników,

- raczej małe rozmiary ciała,

- wywarzanie dużej ilości potomstwa,

- krótki czas trwania życia.

UWAGA! Wiele gatunków nie pasuje do tego schematu………….

Strategia typu „r” - gatunki typu „r” rozwijają się w środowisku niestabilnym, nieprzewidywalnym (np. tundra).

Liczebność populacji:

- zmienna,

- znacznie poniżej pojemności środowiska,

- mała różnorodność gatunkowa biocenozy.

Śmiertelność:

- często katastrofalna,

- losowa,

- niezależna od zagęszczenia.

Klimat:

- zmienny i/lub nieprzewidywalny.

Konkurencja wewnątrzgatunkowa i międzygatunkowa:

- zmienna,

- często słaba.

Dobór faworyzuje:

- szybki rozwój,

- szybkie rozmnażanie,

- wczesną reprodukcję,

- małą masę ciała,

- reprodukcję jednorazową.

Czas życia:

- krótki, często mniej niż rok.

Strategia typu „K” – gatunki typu „K” rozwijają się w środowisku stabilnym, przewidywalnym (np. tropikalny las deszczowy).

Liczebność populacji:

- stała,

- równowaga dynamiczna w pobliżu pojemności środowiska,

- duża różnorodność gatunkowa biocenozy.

Śmiertelność:

- często nielosowa,

- zależna od zagęszczenia.

Klimat:

- stały i/lub przewidywalny.

Konkurencja wewnątrz gatunkowa i międzygatunkowa:

- zwykle silna.

Dobór faworyzuje:

- wolny rozwój,

- większą zdolność konkurencyjną,

- opóźnioną reprodukcję,

- duża masę ciała,

- wielokrotną reprodukcję.

……………..

Rozmnażanie jedno- i wielokrotne.

Jednorazowe rozmnażanie (raz w życiu)

Strategia „wielkiego wybuchu”

Dobór faworyzuje wtedy, gdy koszty przeżycia dorosłych są bardzo duże

Wielokrotne rozmnażanie

Dobór faworyzuje, gdy wartości środowiska są zmienne, w sposób nieprzewidywalny………..

Zmienne warunki środowiskowe

Niepewność dotrwania potomstwa do dojrzałości

Selekcja w kierunku zwielokrotnienia szans na przystąpienie do rozrodu

Strategia reprodukcji wielokrotnej

Mniej potomstwa jednorazowo

Więcej energii na wzrost i utrzymanie przy życiu

Populacja szeda z atlantyckich wybrzeży Ameryki Północnej.

Eksploatacja populacji sardeli peruwiańskiej z wód Chile i Peru.

Prąd Humboldta (Peruwiański):

- zimny, płynie na północny-zachód wzdłuż zachodniego wybrzeża Ameryki Południowej,

- upwelling: oddolny prąd wznoszący, podnoszenie się zimnych wód oceanicznych zawierających substancje ożywcze,

- najbardziej produktywny ekosystem na świecie,

- ok. 18-20% światowych połowów ryb,

- najczęściej gatunki pelagiczne (sardynki, sardele, makrele),

- okresowo upwelling zakłócony przez El Niño (zjawisko napływu ciepłej wody z zachodu najczęściej w okresie Świąt Bożego Narodzenia).

Eksploatacja populacji sardeli peruwiańskiej z wód Chile i Peru.

- krótko żyjące (do 3 lat),

- długość maksymalnie do 20cm,

- odłów osobników o długości do 8cm (5 miesięcy życia).

Bardzo szybko widać zmiany w populacji.

Największy trwały zbiór (rybacy + ptaki) około 11 mln. – trwałe funkcjonowanie populacji.

Maksymalna wielkość połowów 9 mln. ton.

El Niño 1972 r. ~ pogorszenie warunków:

- obniżenie produktywności,

- bardzo niskie efekty rozwojowe,

- bardzo mało młodych ryb.

Po 1972 r. nie pojawiło się wystarczająco dużo młodych, a rybacy łowili dalej dorosłe osobniki – załamanie populacji.

Koncepcja największego zbioru

Tempo rekrutacji netto (tempo wzrostu populacji)

- różnica między rozrodczością a śmiertelnością.

Największe tempo wzrostu populacji przy średniej liczebności (N_śr):

- jeszcze dość małe zagęszczenie – słabe oddziaływania konkurencyjne między osobnikami,

- udział osobników uczestniczących w rozrodzie jest znaczny.

N_śr – liczebność, przy której możliwy jest największy zbiór przy eksploatacji populacji.

Możliwe odpowiedzi populacji na różna intensywność eksploatacji.

WYKŁAD 8 4.01.2012 r.

ODDZIAŁYWANIA MIĘDZY OSOBNIKAMI W POPULACJACH

ODDIZŁYWANIA ODDZIAŁYWANIA

WEWNĄTRZGATUNKOWE MIĘDZYGATUNKOWE

Zasady odnoszące się do konkurencji wewnątrzgatunkowej:

1. Ostatecznym wynikiem oddziaływań konkurencyjnych jest zwiększenie udziału poszczególnych osobników w przekazywaniu ich cech do następnego pokolenia.

2. Zasoby, o które współzawodniczą osobniki, muszą występować w niedostatecznej ilości.

3. Wzajemność oddziaływań.

4. Prawdopodobieństwo, ze dowolne osobniki……

Procesy populacyjne zależące od zagęszczenia uczestniczą w regulacji liczebności populacji.

Regulacja = zdolność populacji do zmniejszenia lub zwiększenia liczebności w stosunku do poziomu równowagi.

Pozom równowagi = pojemność środowiska (dla danej populacji).

Regulacja liczebności = zdolność do utrzymywania jak najmniejszej zmienności zagęszczenia w naturalnych warunkach.

Zagęszczenie równowagi

Mechanizmy osłabiające skutki konkurencji wewnątrzgatunkowej.

Przegęszczenie populacji – silna konkurencja między osobnikami.

Obniżenie przeżywalności i rozrodczości osobników.

Obniżenie siły konkurencji przez:

- zachowania migracyjne,

- zachowania terytorialne,

- różne nisze pokarmowe u poszczególnych stadiów rozwojowych grup wiekowych (np. narybek – dorosłe ryby), płci (np. samce i samice ptaków drapieżnych).

Sposób rozdziału zasobów między osobnikami.

Konkurencja o charakterze odbierania i ustępowania.

Równy podział zasobów.

Konkurencja o charakterze odbierania.

1. Liczebność populacji poniżej wartości progowej:

- wszystkie osobniki mają pod dostatkiem wszystkich zasobów,

- wszystkie wydają maksymalna liczbę potomstwa.

2. Liczebność populacji wzrasta powyżej wartości progowej:

- każdy osobnik otrzymuje tyle co inne, ale jest to mniej niż potrzebuje,

- przy wzrastającym zagęszczeniu zasoby dzielone są na coraz większe części osobników.

Nierówny podział zasobów.

Konkurencja o charakterze ustępowania.

1.

- wszystkie osobniki mają pod dostatkiem wszystkich zasobów,

- wszystkie wydają maksymalną liczbę potomstwa.

2.

Dwie kategorie osobników:

- osobniki z pierwszej (liczba równa wartości progowej) otrzymują wystarczającą ilość zasobów i produkują potomstwo,

- osobniki z drugiej dostają za mało albo nie dostają w ogóle zasobów

Przeżywa tyle, ile wynosi wartość progowa!

Efekt Allego

Efekt Allego

Spadek liczebności populacji do bardzo niskiego poziomu (Nmax) powoduje pojawienie się odwrotnej zależności między indywidualnym tempem wzrostu a zgęszczeniem, „spirala wymierania”.

ODDZIAŁYWANIA MIĘDZYGATUNKOWE

Kalsyfikacja oddziaływań międzygatunkowych z uwagi na ich efekty

	Gatunek A	Gatunek B
konkurencja	-	-
drapieżnictwo	+	-
pasożytnictwo	+	-
amensalizm	0	-
komensalizm	+	0
mutualizm	+	+

Mechanizm rozdziału zasobów między osobniki.

Konkurencja o charakterze eksploatacji i interferencji.

Zasoby

Konkurencja o charakterze Konkurencja o charakterze

eksploatacji interferencji

Oddziaływanie pośrednie przez Oddziaływanie bezpośrednie

wzajemne wyczerpywanie zasobów (pokarm, terytorium)

Nisza ekologiczna

Siedlisko – zakres (zasięg) środowisk, w których dany gatunek występuje.

Nisza ekologiczna – wymiarowa przestrzeń zawierająca całkowity zakres warunków, w których dany organizm może się pomyślnie rozwijać.

Nisza podstawowa (potencjalna) – nisza, którą zajmowałyby gatunki w warunkach optymalnych (przy braku konkurencji innych gatunków).

Nisza realizowana – nisza, której wymiary są ograniczone przez inne gatunki.

Konkurencja między gatunkami:

1. Konkurencyjne wypieranie.

2. Podział zasobów.

3. Rozchodzenie się cech.

Zasada konkurencyjnego wypierania.

Jeżeli brak jest zróżnicowania nisz między dwoma konkurującymi gatunkami, lub jeżeli takie zróżnicowanie jest niemożliwe ze względu na warunki środowiska, wtedy niemożliwa jest koegzystencja gatunków.

WYKŁAD 9 11.01.2012 r.

Gildia – grupa gatunków o podobnym sposobie odżywiania się oraz korzystających z podobnych lub tych samych zasobów siedliska.

Konkurencyjne rozszczepienie cech

gatunek A

gatunek B

DRAPIEŻNICTWO

Model Lotki – Volterry oddziaływań drapieżnik – ofiara.

Izolinia wzrostu zerowego populacji ofiar

Izolinia ………

Założenia upraszczające złożoność działań drapieżnik - ofiara według modelu Lotki – Volterry:

- dotyczy oddziaływań w najprostszym układzie składający się z 1 gatunku drapieżników i jednego gatunku ofiar;

- zakłada, ze liczebność populacji ofiar:

* wzrasta, jeśli liczebność drapieżników spadnie poniżej wartości progowej,

* obniża się przy wzroście liczebności drapieżników.

- ……

Heterogenność środowiska może być czynnikiem umożliwiającym trwałe współwystępowanie populacji drapieżników i ich ofiar.

Budżet energetyczny zwierząt:

- metabolizm podstawowy,

- koszty przetwarzania trawienia pokarmu,

- aktywność ruchowa, w tym w trakcie pozyskiwania pokarmu,

- koszty wzrostu i reprodukcji,

- wpływ temperatury na metabolizm.

Jaka może być reakcja drapieżnika na wzrost zagęszczenia ofiar?

1. Reakcja liczebnościowa – szybsze tempo reprodukcji drapieżnika i wzrost jego liczebności.

2. Reakcja funkcjonalna – zmiana liczby ofiar zjadanych przez jednego drapieżnika.

3. Reakcja skupi skowa – poszczególne osobniki koncentrują swoją aktywność w określonych miejscach.

4. Reakcja rozwojowa.

ROŚLINOŻERNOŚĆ

Obrona roślin przed roślinożercami:

1. Szczyt wegetacji przesunięty w stosunku d szczytu roślinożercy.

2. Roślina wytwarza tkanki, które uniemożliwiają rozgryzanie przez roślinożercę.

3. Roślina może wytwarzać substancje trujące uniemożliwiające jej zjedzenie.

Roślinożerca jako czynnik ograniczający występowanie roślin.

MUTUALIZM

Korzyści czerpią obydwie strony.

Np. relacja pomiędzy akacją a mrówkami.

W kolcach akacji, które są puste w środku tworzą mrowiska, roślina na kocach liści tworzy ciałka B…, które są zjadane przez mrówki, do tego mrówki atakują wszystkie osobniki pojawiające się na roślinie.