POPULACJE ROŚLIN I ZWIERZĄT

POPULACJA - Populacja nazywamy grupę osobników tego samego gatunku wspólnie

zasiedlających określony obszar.

2 + 2 _ 4

CECHY POPULACJI:

• Liczebność

• Zagęszczenie

• Rozrodczość

• Śmiertelność

• Struktura wiekowa

• Struktura płciowa

• Rozmieszczenie przestrzenne

• Dynamika populacji (wzrost wykładniczy,

• logistyczny, fluktuacje, oscylacje, gradacja)

NISZA EKOLOGICZNA - Miejsce organizmu w środowisku opisane przez warunki, w jakich

gatunek występuje, zasoby, jakie wykorzystuje, i czas, w jakim jest tam

obecny.

* Nisza przestrzenna

* Nisza fizjologiczno-przystosowawcza

* Nisza pokarmowa

• Miejsce gatunku w środowisku biotycznym; wyznaczają ja interakcje gatunku z tymi, które stanowią jego pokarm, i z wrogami [Elton 1927]

• „Zawód” gatunku [Odum]

NISZA EKOLOGICZNA A SIEDLISKO:

• Siedlisko - srodowisko fizyczne, w którym organizm wystepuje

Siedlisko

Nisza ekologiczna I nisza ekologiczna II Nisza ekologiczna III Nisza ekologiczna IV Nisza ekologiczna V

• Zakres zmienności każdego z czynników (zasobów) środowiska wykorzystywanych przez organizm tworzy jeden z wymiarów jego niszy ekologicznej

• Nisza ekologiczna jest wielowymiarowa - n wymiarów

• „Wielowymiarowa bryła w hiperprzestrzeni wyznaczonej przez osie zasobów środowiska” [Hutchison 1958]

• Nisza ekologiczna podstawowa (potencjalna, fundamentalna) - Określona tylko przez warunki

środowiska abiotycznego

• Nisza ekologiczna realizowana - Określona przez warunki środowiska, w tym ograniczające oddziaływania innych gatunków

• Konkurencja:

Przytulia hercynska (Galium saxatile) Przytulia szorstko-owockowa (Galium pumilum)

gleby kwasne gleby wapienne

Drapieżnictwo : Zawężanie nisz ekologicznych !

Symbioza : Rozszerzanie nisz ekologicznych !

Mutualizm : Mikoryza: storczyki i grzyby : Nisza pojedynczego gatunku nie istnieje !!!

PRZESTRZENNE ROZMIESZCZENIE ORGANIZMÓW

• Skupiskowe

• Losowe

• Równomierne

CZYNNIKI OGRANICZAJACE ROZMIESZCZENIE ORGANIZMÓW:

1. Migracje i rozprzestrzenianie się gatunków

- Fakt niewystępowania gatunku w określonym miejscu, może wynikać po prostu z tego, _e nie jest on w

stanie tam dotrzeć i skolonizować obszaru nadającego się do zasiedlenia.

Trudności w badaniach migracji:

• Wiele przemieszczeń zostaje nie zauważonych

• Osobniki mogą imigrować na nowe tereny, lecz nie są w stanie ich skolonizować z powodu braku sprzyjających warunków biotycznych lub abiotycznych

TYPY ROZPRZESTRZENIANIA SIĘ:

1. Rozchodzenie się:

* Powolne rozprzestrzenianie się gatunku w obrębie dogodnego środowiska w przedziale czasu

trwającym kilka pokoleń

np. rozprzestrzenianie się brudnicy nieparki

2. Rozprzestrzenianie się skokowe:

* Szybkie przemieszczanie się osobników na duże odległości, związane z przekraczaniem istniejących

barier np. kolonizacja wysp, zawleczenia. Np. środkowoafrykański podgatunek pszczoły

3. Powolne rozszerzanie zasięgu :

* Odbywa się w geologicznej skali czasu, towarzysza mu przemiany ewolucyjne gatunku, może mieć

związek z dryfem genetycznym.

ZAWLECZENIA :

• Brudnica nieparka (Lymantria dispar) w USA

- 1850: pewien astronom francuski, zatrudniony w Harvard University przywiózł z Europy kilka jaj brudnicy i prowadził hodowle motyli

- 1869: z hodowli uciekło kilka gąsienic brudnicy

- początek straszliwej w skutkach inwazji, jednej z największych w całej historii USA

• Oprzednica jesienna (Hyphantria cunea)

- Ameryka

- motyl zawleczony do południowej części Europy

- gąsienice żerując uszkadzają liście wielu roślin uprawnych, a także drzew i krzewów.

• Babka bycza (Neogobius melanostomus)

- Podbiła już cała Zatokę Pucka. Imigrant, który na początku lat 90-tych przywędrował do Zatoki

Puckiej z południa Europy Co przyczyniło się do jej sukcesu w nowym dla niej środowisku, tym bardziej, _e sama babka bycza jest przecie_ stosunkowo nieduża.

- Sukces zapewnia jej jednak rozmiar (25 cm długosci). Rodzime babki (4 gatunki) maja od 4

do 12 cm.

• Szrotówek kasztanowcowiaczek (Cameraria ohridella)

- Motyl ten przywędrował do nas z południa Europy

- 1996 - pojawia się w Polsce

- od 1998 - masowe występowanie

- Jeden z najgroźniejszych szkodników drzew w Europie

- Larwy szrotówka zerują w tkance liści drzewa

- Liście zaatakowanych kasztanów brązowieją i opadają czasem już w czerwcu

- Wydaje dwa do trzech pokoleń na sezon

- Wylega się bardzo licznie, na pojedynczym liściu kasztanowca znajdowano do stu larw.

- Odporny na chemie i opryski

Zdolności do rozprzestrzeniania się w skali lokalnej

- organizmy na ogół maja wiele przystosowań do migracji

• np. zasiedlenie wyspy Krakatau

1883 - wybuch wulkanu zniszczył wszelkie życie

1884 - biolodzy napotkali kilka gatunków traw

1886 - piętnaście gatunków traw i krzewów

1897 - czterdzieści dziewięć gatunków roślin

1908 - stwierdzono 263 gatunki zwierząt, wyspę porastał gesty las

1928 - 300 gatunków roślin

Gatunki pozbawione zdolności migracyjnych

- bardzo niewiele gatunków całkowicie utraciło zdolności migracyjne

* np. nielotne ptaki i owady wysp oddalonych od lądu

Gatunki o dużych zdolnościach migracyjnych

* Gatunki pionierskie

* Owady szkodniki

II. Selekcja siedlisk (behawior):

- Osobniki wybierają do życia tylko pewne siedliska, a rozmieszczenie warunkowane jest ich cechami

behawioralnymi, pomocnymi prze selekcjonowaniu siedlisk.

- Selekcja siedlisk należy do najmniej poznanych procesów ekologicznych.

- definiując świat zmysłów zwierzęcia i próbując odgadnąć mechanizmy selekcji, musimy być bardzo

ostrożni

• Prosionek szorstki (Porcelio scaber):

- osobnik porusza się dość chaotycznie a_ trafi na wilgotny strumień powietrza, wtedy zwalnia,

zatrzymuje się, pozostając w bezruchu

• Owady - ważki

- u pewnych gatunków ważek samice mogą składać jaja tylko na terytorium samca

• omacnica prosowianka (Ostrinia nubilalis)

- larwy omacnicy prosowianki zerują głównie na kukurydzy, ponieważ są przywabiane lotnymi

substancjami zapachowymi

• Ptaki

- ptaki drapieżne przy selekcji siedlisk kierują się prawdopodobnie obecnością punktów

obserwacyjnych

- świergotek drzewny (Anthus trivialis) wybiera wysokie drzewa lub słupy telegraficzne, gdzie kończy

swoja pieśń. Brak wysokich drzew okazał się przyczyna niewystępowania świergotka na terenach

pozbawionych drzew

III. Oddziaływania miedzy gatunkami:

Drapieżnictwo

• ograniczanie populacji ofiar przez drapieżniki. Drapieżniki mogą wpływać na lokalne rozmieszczenie swoich ofiar

np. glony występują obficie tylko w miejscach, gdzie jeżowce nie są licz

* Kanguroszczur (Bettongia penicillata) - np. jeden z kanguroszczurów w Australii wyginał

zupełnie na obszarze kontynentu; zachował sie tylko na 3 wyspach, gdzie nie ma lisów, ani

królików

• ograniczanie populacji drapieżników przez ofiary

Takie oddziaływanie jest milowe, gdy drapieżnik (roslinożerca) jest bardzo silnie

wyspecjalizowany w odżywianiu się tym gatunkiem ofiary

-np. owady drapieżne

Pasożyty i organizmy chorobotwórcze

• Mogą być powodem ograniczania rozmieszczenia gatunku w skali geograficznej (mało danych

terenowych)

• odgrywa role w biocenozach tropikalnych

• wiele endemicznych ptaków z wysp hawajskich wyginęło w czasach historycznych (malaria i kiła

ptasia)

Allelopatia :

Wpływ korzystny:	Wpływ niekorzystny
		Marchew i cebula Ogórki i sałata Pomidory i marchew	Marchew i buraki Ogórki i pomidory Pietruszka i sałata

• Konkurencja:

• Może zachodzić miedzy 2 gatunkami, jeśli korzystają one z tych samych zasobów i występują w tych samych typach środowisk.

• Gatunki konkurujące nie musza być blisko spokrewnione.

- np. ptaki, gryzonie i mrówki na obszarach pustynnych mogą konkurować o nasiona roślin

• np. rośliny zielone i krzewy mogą konkurować o wodę w suchym chaparraku

IV. Czynniki fizyczne i chemiczne:

Temperatura i wilgotność:

• Organizmy mogą przystosować się w dwojaki sposób do warunków klimatycznych panujących w strefie ich występowania

1. Mogą tolerować takie warunki temperatury i wilgotności jakie „oferuje” im środowisko

2. Mogą wykształcić odpowiednie przystosowania.

• Czynniki te mogą oddziaływać bezpośrednio, wpływając na przeżywalność, rozrodczość lub tempo wzrostu.

• Czynniki te mogą oddziaływać pośrednio na zasięgi występowania przez wpływ na przebieg oddziaływań konkurencyjnych, na rozprzestrzenianie się chorób, pasożytów, kształtowanie oddziaływań drapieżnik-ofiara.

Ocieplenie klimatu: Będzie miało ogromny wpływ na rozmieszczenie geograficzne wielu gatunków roślin i zwierząt. Wiele gatunków nie będzie w stanie „nadążyć” ze zmiana rozmieszczenia za szybkimi zmianami klimatu.

Światło :

• Ważny czynnik środowiska warunkujący sezonowe rytmy u zwierząt i roślin.

- możliwość „odmierzania” czasu: prawidłowego realizowania się organizmów

- długość dnia: znakomity sygnał rozpoczęcia sezonu rozrodczego

• Przystosowanie dające możliwie największe rozwoju, wydania potomstwa itp.

Chemizm wód, pH, zasolenie:

• Zasolenie w otwartym oceanie: względnie stałe, nie jest czynnikiem wpływającym na występowanie organizmów planktonowych

• Zasolenie w pobliżu brzegów: może podlegać zmianom, efekt rozcieńczenia wodami słodkimi (ścieki) spływającymi do morza

KWASNE DESZCZE - Zakwaszenie wód jeziornych - poważne zagrożenie dla populacji ryb

Obniża przeżywalność narybku

niskie pH

obniża liczebność wielu gatunków bezkręgowców,

pokarmu ryb

PODSUMOWANIE :

Zasada w ekologii ewolucyjnej - Osobniki określonego gatunku nie mogą być przystosowane w najdoskonalszy z możliwych sposobów równocześnie do wszystkich warunków środowiska.

Obserwujemy kompromis miedzy korzyściami i tratami wynikającymi z życia w określonych

warunkach środowiska

Nie może być ani superzwierząt ani superroślin!!!

NATURA BIOCENOZY :

• BIOCENOZA - Zbiór populacji organizmów wszystkich gatunków żyjących w określonej

przestrzeni, czyli biotopie

NATURA BIOCENOZY:

Właściwości biocenozy:

1. Formy wzrostu i struktura

np. obecność drzew, krzewów, roślinności zielnej, mszaków

np. biocenoza (zespół) pionierski, klimaksowy

np. struktura przestrzenna pozioma, pionowa,

2. Zróżnicowanie

- jakie gatunki zwierząt i roślin żyją w biocenozie

3. Dominacja

- gatunki dominujące to te, które osiągnęły „sukces ekologiczny” i w znacznym stopniu określają

warunki, w jakich musza żyć pozostałe

4. Wzgledna liczebnosc

5. Struktura troficzna

• SZKOŁA ORGANIZMALNA [Clements, Tansley]

* Biocenoza jest zintegrowana jednostka o ostrych granicach

* Biocenoza jako superorganizm lub quasi-organizm Realnie istnieje pewna, naturalna, wielogatunkowa

„podstawowa jednostka”. Nie jest ona produktem systemu klasyfikacji stworzonego przez człowieka

„SIEĆ ŻYCIA” - Jeśli zespół jest naturalna jednostka, to populacje różnych gatunków powinny być wzajemnie ze sobą powiązane w siec obligatoryjnych współzależności

SZKOŁA INDYWIDUALISTYCZNA [Ramensky, Gleason, Lenoble]

* Biocenozy nie są zintegrowanymi jednostkami, lecz zbiorami populacji o tych samych wymaganiach

środowiskowych

* Biocenozy mogą być wyróżniane i klasyfikowane, ale wszelkie klasyfikacje służą wygodzie człowieka

obserwatora i nie opisują podstawowej struktury przyrody

Dyskusja na temat zespołów roślinnych

* miedzy zespołami roślinnymi jest / nie ma ciągłości

* gatunki roślin są / nie są zorganizowane w odrębne grupy odpowiadające zespołom

Miedzy fitocenozami mogą występować 3 typy granic:

1. ostra

2. nieostra

3. mozaikowa

W przyrodzie występują wszystkie trzy

Możliwa częstość występowania w biocenozie różnych typów zależności miedzy gatunkami

- Częściowa zależność wydaje się w przyrodzie najbardziej powszechna

• Obligatoryjna eliminacja jednego gatunku

• Obligatoryjny związek gatunków

• brak zależności między gatunkami

RÓŻNORODNOŚĆ A STABILNOŚĆ

W jaki sposób organizuje się bioróżnorodnosci przy tworzeniu się biocenozy?

1. ZUPEŁNY NIEPORZADEK. Gatunki przychodzą i odchodzą jak wolne ptaki.

2. DOSKONAŁY PORZADEK. Gatunki są tak ściśle od siebie uzależnione, sieci pokarmowe tak sztywne, symbiozy powiązane tak ciasno, _e biocenoza to jeden wielki „superorganizm”.

3. Ekolodzy wyobrażają sobie pośrednia formę organizacji biocenozy.

RÓŻNORODNOSC BIOLOGICZNA PROWADZI DO STABILNOSCI

[dogmat ekologii biocenoz i uświęcona zasada ochrony przyrody] Diversity makes stability

MacArthur 1955, Elton 1958

1. Proste eksperymentalne układy są niestabilne

2. Modele matematyczne prostych układów ekologicznych są niestabilne

3. Małe wyspy są znacznie bardziej podatne na inwazje gatunków niż kontynenty

4. Monokultury są podatne na gradacje szkodników

5. W wilgotnych lasach tropikalnych nie ma gradacji owadów

6. Pestycydy powodują gradacje przez eliminacje drapieżników i pasożytów

Różnorodność biologiczna prowadzi do stabilności - to stwierdzenie musi być odrzucone jako ogólne prawo [Pimm 1984]

1. Proste eksperymentalne układy w laboratoriach mogą być stabilne

2. May (1973) wykazał, że zwiększona złożoność zmniejsza stabilność w ogólnych modelach

matematycznych

- May przestrzegł ekologów, że jeśli w rzeczywistym świecie zróżnicowanie powoduje stabilność, to nie jest to automatyczna, matematyczna konsekwencja interakcji międzygatunkowych

3. Fauna i flora kontynentów może być równie wrażliwa na zaburzenia jak fauna i flora wysp

4. Monokultury jako sztucznie utrzymywane wczesne stadia sukcesji nie pozwalają wnioskować

o stabilności naturalnych biocenoz

5. Rzekoma stabilność lasów równikowych jest iluzja

! Naturalne ekosystemy o małej różnorodności mogą być stabilne (np. słone bagna)

Biocenozy naturalne sa produktami ewolucji, a ewolucja mo_e tworzyc nielosowe zbiory oddziałujacych na siebie gatunków, w których ró_norodnosc i stabilnosc sa od siebie uzale_nione

- w teoretycznych sieciach pokarmowych jednym ze sposobów zachowania stabilnosci składu

gatunkowego jest ustawienie gatunków w grupy czy bloki (interakcje miedzy gatunkami w obrebie

bloków sa silniejsze ni_ miedzy blokami)

- istnieja pewne dowody, _e bloki takie istnieja w naturalnych sieciach pokarmowych i mo_e to

sprzyjac zachowaniu stabilnosci

* Hipoteza wypadających nitów Paul R. i Anne H. Ehrlich (1981)

* Gatunki zwornikowe (kluczowe) R.T. Paine (1969)

* Hipoteza redundancji Brian Walker (1992)

* Hipoteza idiosynkrazji Lawton (1994)

2

---