1Ekologia

Ekologia zespołów

EKOLOGIA

2Ekologia

Struktura zespołów

Jak można scharakteryzować strukturę zespołu: Jak można scharakteryzować strukturę zespołu: cechy charakterystycznecechy charakterystyczne Ile gatunków (bogactwo gatunkowe)Ile gatunków (bogactwo gatunkowe) Względna częstość występowania (dominacja, Względna częstość występowania (dominacja,

jednorodność)jednorodność) Różnorodność (bogactwo + jednorodność)Różnorodność (bogactwo + jednorodność) Jakiego rodzaju gatunki?Jakiego rodzaju gatunki?

3Ekologia

Bogactwo i jednorodność gatunkowa

NS

Dln

1

S

iii ppH

1

log'

max''

HHJ SH log'max

Indeks bogactwa gatunkowego MargalefaIndeks bogactwa gatunkowego Margalefa

Indeks Shannona-WieneraIndeks Shannona-Wienera

Indeks jednorodności gatunkowej PielouIndeks jednorodności gatunkowej Pielou

4Ekologia

Co oznacza „bioróżnorodność”?10 gatunków 4 gatunki

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80

1 2 3 4

Margalef

Shannon

Pielou

5Ekologia

Interakcje międzygatunkowe

Mutualizm (+/+)Mutualizm (+/+) np. zapylanie, mikoryza, roznoszenie nasionnp. zapylanie, mikoryza, roznoszenie nasion

Komensalizm (+/0)Komensalizm (+/0) np. kraby pustelnikinp. kraby pustelniki

Pasożytnictwo (+/-)Pasożytnictwo (+/-) drapieżnictwo, roślinożerność, ekto- i drapieżnictwo, roślinożerność, ekto- i

endopasożytnictwoendopasożytnictwo Konkurencja (-/-)Konkurencja (-/-)

np. interferencyjna, eksploatacyjnanp. interferencyjna, eksploatacyjna

6Ekologia

Historyczna debata na temat zespołów Szkoła „superorganizmalna” (Clements i Tansley)Szkoła „superorganizmalna” (Clements i Tansley)

W przyrodzie obiektywnie istnieją fundamentalne jednostki W przyrodzie obiektywnie istnieją fundamentalne jednostki organizacji organizmóworganizacji organizmów

Zespoły istnieją w postaci zintegrowanych jednostek („super-Zespoły istnieją w postaci zintegrowanych jednostek („super-organizmów”, „niby-organizmów”)organizmów”, „niby-organizmów”)

Zespoły roślin lub zwierząt da się opisywać jako wyodrębnione Zespoły roślin lub zwierząt da się opisywać jako wyodrębnione jednostkijednostki

Szkoła indywidualistyczna (Gleason)Szkoła indywidualistyczna (Gleason) Każdy gatunek ma właściwy sobie areałKażdy gatunek ma właściwy sobie areał Zespoły są ubocznym produktem poszukiwania przez gatunki Zespoły są ubocznym produktem poszukiwania przez gatunki

najlepszych warunków środowiskowych i zachodzenia na najlepszych warunków środowiskowych i zachodzenia na siebie zasięgów poszczególnych gatunkówsiebie zasięgów poszczególnych gatunków

Zespoły zmieniają się, gdy zmianie ulegają warunki Zespoły zmieniają się, gdy zmianie ulegają warunki środowiskoweśrodowiskowe

7Ekologia

Jak powinien wyglądać świat „super-organizmów”?

Zespół Zespół vs.vs. stanowisko stanowisko Granice między zespołami powinny być wyraźneGranice między zespołami powinny być wyraźne Stanowiska „przejściowe” (mieszane) powinny zdarzać Stanowiska „przejściowe” (mieszane) powinny zdarzać

się tylko wyjątkowosię tylko wyjątkowo Mozaikowatość dopuszczalna wyłącznie na granicach Mozaikowatość dopuszczalna wyłącznie na granicach

zespołów (np. tajga/tundra)zespołów (np. tajga/tundra) Zmiana warunków środowiskowych powinna pociągać Zmiana warunków środowiskowych powinna pociągać

za sobą równoczesną zmianę całych zespołówza sobą równoczesną zmianę całych zespołów Oddzielne zespoły na gradientach środowiskowych Oddzielne zespoły na gradientach środowiskowych

(przestrzennych lub czasowych)(przestrzennych lub czasowych)

8Ekologia

Świat „superorganizmów”

G radient ś rodow is kow y

Licz

ebno

ść g

atun

ku

9Ekologia

Jak powinien wyglądać świat indywidualistów?

Granice między zespołami powinny być rozmyte, Granice między zespołami powinny być rozmyte, determinowane różnymi wymogami siedliskowymi determinowane różnymi wymogami siedliskowymi gatunkówgatunków

Stanowiska mieszane i mozaikowate powinny być regułąStanowiska mieszane i mozaikowate powinny być regułą Zmiana warunków środowiskowych winna pociągać za Zmiana warunków środowiskowych winna pociągać za

sobą stopniowe zmiany składu gatunkowegosobą stopniowe zmiany składu gatunkowego

Na gradientach środowiskowych (w czasie lub Na gradientach środowiskowych (w czasie lub przestrzeni) można obserwować ciągłość zastępowania przestrzeni) można obserwować ciągłość zastępowania jednych gatunków innymi.jednych gatunków innymi.

10Ekologia

Świat indywidualistów

G radient ś rodow is kow y

Licz

ebno

ść g

atun

ku

11Ekologia

Świat konkurujących ze sobą indywidualistów:model kontinuum podziału zasobów

G radient ś rodow is kow y

Licz

ebno

ść g

atun

ku

12Ekologia

Świat konkurujących ze sobą indywidualistów:model kontinuum podziału zasobów w wielu warstwach

G radient ś rodow is kow y

Licz

ebno

ść g

atun

ku

13Ekologia

Występowanie trzech gatunków sosny w Ameryce Północnej

14Ekologia

Przestrzenne zróżnicowanie zespołów:Puszcza Niepołomicka

15Ekologia

Analiza pyłków roślinnych: ostatnie 30 tys. lat

16Ekologia

Skąd „łaciatość” zespołów?Zróżnicowanie przestrzenne warunków środowiskowych –

wyniki badań w Puszczy Niepołomickiej

PQ1PQ2

PQ3PQ4

TC1TC2

TC3TC4

TC5120

200

280

360

PQ1PQ2

PQ3PQ4

TC1TC2

TC3TC4

TC54 .4

4 .6

4 .8

5 .0

5 .2

Pino-Quercetum Tilio-Carpinetum120

200

280

360

Wat

er c

onte

nt (

% d

wt)

Pino-Quercetum Tilio-Carpinetum4 .4

4 .6

4 .8

5 .0

5 .2

Hum

us a

cidi

ty (

pH)

17Ekologia

Są jednak wyraźne różnice środowiskowe między dominującymi zespołami

PQ1PQ2

PQ3PQ4

TC1TC2

TC3TC4

TC55.7

6.7

7.7

8.7

9.7

Pino-Quercetum Tilio-Carpinetum5.7

6.7

7.7

8.7

9.7

Log

Ca

(mg

kg)

-1

nie

wie

lkie

ró

żnic

e

PQ1PQ2

PQ3PQ4

TC1TC2

TC3TC4

TC56.2

6.6

7.0

7.4

7.8

8.2

6.2

6.6

7.0

7.4

7.8

8.2

Log

K (

mg

kg)

-1

P ino-Q uerceum T ilio -C arpinetum

zna

czn

e r

óżn

ice

18Ekologia

Przestrzenne zróżnicowanie gleb wPuszczy Niepołomickiej

19Ekologia

Zatem jaki jest świat?

Stanowiska mozaikowe i mieszane występują częściej, niż Stanowiska mozaikowe i mieszane występują częściej, niż wymagałby tego model „supperorganizmalny”;wymagałby tego model „supperorganizmalny”;

Analizy pyłków roślin na przestrzeni ostatnich dziesiątek tysięcy Analizy pyłków roślin na przestrzeni ostatnich dziesiątek tysięcy lat nie wskazują na radykalne zmiany całych zespołów, lecz raczej lat nie wskazują na radykalne zmiany całych zespołów, lecz raczej na stopniową wymianę gatunków;na stopniową wymianę gatunków;

Granice między zespołami bywają zarówno rozmyte, jak i ostre;Granice między zespołami bywają zarówno rozmyte, jak i ostre; W wielu wypadkach daje się jednak wyodrębnić dość jednolite W wielu wypadkach daje się jednak wyodrębnić dość jednolite

zespoły;zespoły; „„superorganizmy” nie istnieją, jednak gdybyśmy znali superorganizmy” nie istnieją, jednak gdybyśmy znali

szczegółowo charakterystykę środowiska i gdyby to szczegółowo charakterystykę środowiska i gdyby to środowisko pozostawało niezmienne, to potrafilibyśmy środowisko pozostawało niezmienne, to potrafilibyśmy przewidzieć z jakich indywidualnych gatunków będą się przewidzieć z jakich indywidualnych gatunków będą się składały zespoły.składały zespoły.

20Ekologia

Wpływ zespołu na funkcjonowanie ekosystemu: gatunki rzadkie, pospolite i kluczowe

L ic zebność gatunku

Wp

ływ

na

fun

kcjo

no

wan

ie e

kosy

s tem

u

21Ekologia

Biofizyka - następny wykład

22Ekologia

Stabilność ekosystemów

Stabilność jest wewnętrzną Stabilność jest wewnętrzną odpornością systemu na odpornością systemu na zewnętrzne zakłócenia;zewnętrzne zakłócenia;

Np.: roczne opady o 30% Np.: roczne opady o 30% mniejsze od średniej wieloletniej mniejsze od średniej wieloletniej redukcja produkcji o 20% redukcja produkcji o 20% redukcja liczebności redukcja liczebności roślinożerców o 10% roślinożerców o 10% brak brak wpływu na liczebność wpływu na liczebność drapieżców.drapieżców.

Więcej gatunków ofiar wększa stabilność populacji drapieżników

23Ekologia

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80

1 2 3 4

Margalef

Shannon

Pielou

Równowaga neutralna, niestabilna, stabilna

24Ekologia

Równowaga neutralna, niestabilna, stabilna

25Ekologia

Równowaga neutralna, niestabilna, stabilna

26Ekologia

Czynniki determinujące stabilność ekosystemu

Stałość środowiska (zewnętrznych warunków Stałość środowiska (zewnętrznych warunków fizykochemicznych)fizykochemicznych)

Przewidywalność środowiskaPrzewidywalność środowiska Homeostatyczne mechanizmy organizmów Homeostatyczne mechanizmy organizmów

wchodzących w skład biocenozy i dynamika ich wchodzących w skład biocenozy i dynamika ich populacjipopulacji

Struktura troficzna ekosystemuStruktura troficzna ekosystemu

27Ekologia

Środowisko zewnętrzne a stabilność ekosystemów

Trzy składowe zmienności środowiska:Trzy składowe zmienności środowiska: fluktuacje sezonowe i ich regularnośćfluktuacje sezonowe i ich regularność zmienność norm charakterystycznych dla poszczególnych sezonówzmienność norm charakterystycznych dla poszczególnych sezonów przewidywalność zmienności krótkoterminowejprzewidywalność zmienności krótkoterminowej

Tropiki: maTropiki: mała zmienność ła zmienność warunków środowiskowychwarunków środowiskowych

czy obiektywnie większa czy obiektywnie większa stabilność ekosystemów?stabilność ekosystemów?niewielkie wahania warunków niewielkie wahania warunków środowiskowych środowiskowych potencjalnie potencjalnie poważne zaburzenia (?)poważne zaburzenia (?)

28Ekologia

Wielkość organizmów a stabilność ekosystemów

Istotny czynnik stabilności ekosystemów – tempo odpowiedzi Istotny czynnik stabilności ekosystemów – tempo odpowiedzi organizmów na fluktuacje czynników środowiskowychorganizmów na fluktuacje czynników środowiskowych małe organizmy małe organizmy wysokie tempo reprodukcji wysokie tempo reprodukcji szybka szybka

reakcja na zmiany w środowisku reakcja na zmiany w środowisku szybkie zmiany szybkie zmiany duże organizmy duże organizmy niskie tempo reprodukcji niskie tempo reprodukcji powolna powolna

reakcja na zmiany środowiskowe reakcja na zmiany środowiskowe niewielkie zmiany niewielkie zmiany trudno wyrokować, które należy uznać za bardziej stabilnetrudno wyrokować, które należy uznać za bardziej stabilne Proponowane kryterium stabilności: Proponowane kryterium stabilności: stabilne są te populacje, stabilne są te populacje,

które utrzymują się jako stały składnik ekosystemu w dłuższej które utrzymują się jako stały składnik ekosystemu w dłuższej perspektywie czasowejperspektywie czasowej niezależnie od wielkości fluktuacji niezależnie od wielkości fluktuacji liczebności ich populacji.liczebności ich populacji.

29Ekologia

Różnorodność gatunkowa a stabilność ekosystemów

Najbardziej stabilne ekosystemy na Ziemi – deszczowe Najbardziej stabilne ekosystemy na Ziemi – deszczowe lasy tropikalne (?) – najdłużej istnieją na Ziemi w lasy tropikalne (?) – najdłużej istnieją na Ziemi w niezmiennej postaci; tu także największe bogactwo niezmiennej postaci; tu także największe bogactwo gatunkówgatunków

klasyczna hipoteza MacAthura „klasyczna hipoteza MacAthura „diversity makes diversity makes stability” (różnorodność sprzyja stabilności)stability” (różnorodność sprzyja stabilności)

ale:ale: dużemu bogactwu gatunkowemu lasów deszczowych dużemu bogactwu gatunkowemu lasów deszczowych towarzyszy silniejsza konkurencja towarzyszy silniejsza konkurencja wiele populacji o wiele populacji o małej liczebności małej liczebności większe prawdopodobieństwo większe prawdopodobieństwo ekstynkcjiekstynkcji

Czy więc bardziej stabilne są ekosystemy klimatu Czy więc bardziej stabilne są ekosystemy klimatu umiarkowanego i borealne?umiarkowanego i borealne?