Metapopulacje.

Dynamika metapopulacji.

Populacje wielu gatunków zajmują łaty, siedlisko wysokiej jakości i używają otaczającego je środowiska, tylko do przenoszenia się z jednej łaty do drugiej. Gatunki te przebywają w pewnej liczbie populacji, zarówno odizolowanych od siebie nawzajem, jak i w pewien ograniczony sposób wymieniającym między sobą pewną liczbę osobników. Taki zestaw kontaktujących się ze sobą populacji tego samego gatunku nazywamy metapopulacją.

Populacje wielu gatunków zajmują łaty siedlisk o wysokie jakości i używają otaczającego je środowiska tylko do przenoszenia. Z całej mozaiki siedlisk tylko niektóre łaty są odpowiednie, tam się osiedlają (tylko niektóre z części tej mozaiki są odpowiednie dla danego gatunku). Populacje w krajobrazie mozaikowatym nie są całkowicie od siebie odizolowane, lecz słabo powiązane przez migrujące osobniki, np. populacja wilka w Ameryce Północnej, rozmieszczenie baribali, rozmieszczenie wierzby Salix scouterii.

Populacja – grupa osobników tego samego gatunku, która żyje i rozmnażająca się w tym samym siedlisku.

Metapopulacja – grupa kilku populacji połączonych przez okresowe przemieszczanie się osobników między populacjami (imigracje i emigracje).

Demy – populacje, które są częścią metapopulacji.

Dynamiczne metapopulacje – dynamika zajmowania płatów.

Lokalne ekstynkcje – ekstynkcje demów.

Kolonizacja – puste ale odporniejsze siedliska są ponownie zajmowane przez emigrantów.

Model metapopulacji:

W tym modelu osobniki są rozmieszczone z pewnymi regułami w pustych siedliskach. Następny krok to pozwolenie na migrację między siedliskami. Takie modele nazywane są modelami metapopulacji.

Jak długo może istnieć dem bez imigracji? Przykład:

Prawdopodobieństwo lokalnej ekstynkcji wynosi 1 do 16: p_e = 1/6 = 0,1662.

Prawdopodobieństwo przetrwania pierwszego roku wynosi 5 do 6: P (t = 1) = 1 – 1/6 = 0,8333.prawdopodobieństwo przetrwania kolejnych dwóch lat: P(t = 2) = (1 – 1/6)·(1 – 1/6) = 0,6944.

Prawdopodobieństwo przetrwania n kolejnych lat: P (t = n) = (1 – 1/6)ⁿ.

Bez emigracji wszystkie demy zaznają ekstynkcji, i tym szybciej im wyższe jest prawdopodobieństwo ekstynkcji w 1 roku.

Im więcej demów tym mniejsza szansa lokalnej ekstynkcji.

Prawdopodobieństwo jednoczesnej ekstynkcji w 4 płatach: (1/6)⁴ = 0,00077.

Prawdopodobieństwo przetrwania w 4 płatach: P₄ = 1 – (1/6)⁴.

Prawdopodobieństwo przetrwania w m płatach: P_m = 1 – (p_e)^m.

Regionalna ekstynkcja jest znacznie mniej prawdopodobna niż lokalna.

Bez imigracji metapopulacje również mogą zaniknąć, ale zajmuje to znaczne więcej czasu. Duża liczba demów obniża ryzyko ekstynkcji regionalnej.

Model wyspa – ląd stały.

Prawdopodobieństwo imigracji jest stałe. Model ten zakłada stały „deszcz zarodków” pochodzących z lądu stałego. Metapopulacja jest więc siecią półizolowanych subpopulacji o pewnym poziomie regularnych lub określonych migracji i przepływie genów między nimi.

Jak można scharakteryzować dynamikę metapopulacji? 1. pytamy tylko czy płaty są zajęte czy nie:

Zmienna, która nas interesuje to frakcja zajętych płatów f: f = 4/16 = 0,25.

Prawdopodobieństwo lokalnej ekstynkcji.

Prawdopodobieństwo, że w danej jednostce czasu lokalna populacja wyginie: p_e·f. Prawdopodobieństwo lokalnej kolonizacji.

Prawdopodobieństwo, że w danej jednostce czasu płat zostanie skolonizowany: p_i · (1 – f).

Model „Wyspa – ląd”:

, kiedy p_i > równowaga jest zewnątrzdodatnia; Metapopulacje zawsze trwają.

Model wewnętrznej kolonizacji.

• Prawdopodobieństwo imigracji zależy od liczby zajętych płatów.

• Prawdopodobieństwo imigracji jest proporcjonalne do liczby zajętych płatów.

, mogą nie przetrwać, równowagę dodatnią tylko jeśli p_e < i.

Podsumowanie:

• Metapopulacje są zbiorami populacji (demów) powiązanych przez imigrację.

• Wewnętrzny model kolonizacji zakłada, że pi = if. Metapopulacje mogą regionalnie zaniknąć przy if pe> i.

• Zwykle nie wszystkie płaty w metapopulacji są zajęte.

• Model ląd – wyspa zakłada, że pi jest stałe. Metapopulacje mogą regionalnie zaniknąć i istnieje zrównoważony poziom okupacji płatów.

Oba modele zakładają, że:

• wszystkie siedliska są takie same;

• prawdopodobieństwo ekstynkcji i kolonizacji nie zmienia się w czasie;

• lokalne ekstynkcje i kolonizacje nie są powiązane;

• przestrzenny rozkład siedlisk nie ma znaczenia.

Metapopulacja składa się z populacji, które są źródłem gatunków (source) dla sąsiednich płatów i subpopulacji pochodnych (sink).

Populacja otchłani.

Demy wśród metapopulacji, w której śmiertelność jest wyższa niż temp urodzeń, siedliska zostają zajęte dzięki imigracji.

Populacje źródła.

Demy, w obrębie metapopulacji gdzie tempo urodzeń jest wyższe niż śmiertelność. Dodatkowe osobniki opuszczają te siedliska, aby osiedlić się w innych.

Nie wszystkie demy mogłyby same podtrzymać żywotne populacje:

• populacje otchłani = same nie są zdolne do trwania;

• populacje źródła = żywotne, podtrzymują imigracje;

• populacje otchłani utrzymują populacje źródła.

Ponieważ populacje otchłani są niemal zawsze wysycone:

• podwyższają liczebność metapopulacji (różnorodność genetyczna);

• obniżają ryzyko regionalnej ekstynkcji;

• mogą wspomóc odnowienie populacji źródła po lokalnej ekstynkcji.

• A więc populacje otchłani stabilizują metapopulacje.