Ekologia ogólna

wykład 5

Ekologia populacji

Systemy rozrodcze

wykład 5/2

panmiksja – krzyżowanie zupełnie losowe● rzadkie w świecie zwierząt● założenie wielu modeli genetyki populacyjnej

Faktyczne systemy rozrodcze

♂♀

● monogamia

nornik preriowyMicrotus ochrogaster

Systemy rozrodcze

wykład 5/3

● promiskuityzm (bez wytwarzania stałych par)

♀

♀

♀♂

♂

♂

szympansy łosoś

Systemy rozrodcze

wykład 5/4

Poligamia● poligynia

♂ ♀ ♀ ♀

haremy(słonie morskie)

sekwencyjna poligamia(słonie)

jednoczesna poligamia(pawiany)

Systemy rozrodcze

wykład 5/5

Poligamia

♂♀

● poliandria

♂ ♂

pszczoły myszy

Systemy rozrodcze

wykład 5/6

Poligamia

● poligyandria

♀ ♀♂ ♂

junko kot

Zapłodnienie poza parą (EPC)

wykład 5/7

potrzos (Emberiza schoeniclus)● system rozrodczy: monogamia socjalna● 55% piskląt EPC

gibon białoręki (Hylobates lar)● system rozrodczy: monogamia socjalna● 12% potomstwa EPC

wróbel skalny (Petronia petronia)● system rozrodczy: poligynia socjalna● 51% piskląt EPS

Badania przekrojowe - brak dobrego wsparcia hipotezy dobrych genów →potrzebna nowa hipoteza

Populacja

wykład 5/8

definicjaGrupa osobników tego samego gatunku, współwystępujących na tym samym obszarze i w tym samym czasie.

współwystępowanie oddziaływanie→

jeden gatunek w tym samym miejscu i czasie krzyżowanie→

Jak wyznaczyć granice populacji?

• kryterium krzyżowania się osobników?

• kryterium związków między osobnikami?

• kryterium przebiegu dynamiki liczebności?

Gatunek

wykład 5/9

Biologiczna koncepcja gatunku

Grupa faktycznie lub potencjalnie krzyżujących się populacji naturalnych, które są reprodukcyjnie izolowane od innych takich grup.

Nie działa w przypadku:● rozmnażania bezpłciowego● hybrydyzacji● niedostatecznej znajomości biologii

Ernst Mayr1904-2004

Gatunek

wykład 5/10

liger Salix

mewa srebrzystamewa zółtonoga

hybrydy

Heliconius

gatunki kryptyczne

Gatunek

Możliwe definicje gatunku:● morfologiczny● wyróżniany na podstawie różnic genetycznych● ewolucyjny● filogenetyczny● ekologiczny● fenotypowy● rozpoznający się jako gatunek

prof. Tomasz Umiński

Gatunek to jest to,co za gatunek

uważa kompetentnyspecjalista

Osobnik

wykład 5/12

polikormon – wieloosobnicza struktura roślinna

kormus – wieloosobnicza struktura zwierzęca

weget / ramet – potomny „osobnik” z pomnażania wegetatywnego

genet / sekstem – potomny „osobnik” z jednego nasienia

osobnik genetyczny vs osobnik strukturalny

Osobnik

wykład 5/13

Polikormon gajowca (Galeobdolon luteum)

Kolonia (kormus) rurkopława złożona z osobników pełniących różne funkcje, połączonych pniem ze wspólną jamą gastralną

Charakterystyka populacji

wykład 5/14

cecha podstawowa

cecha bezpośrednio wpływająca na liczebność

cecha wtórna

liczebność(zagęszczenie)

rozrodczość

śmiertelność

migracje

struktura wiekowa

struktura przestrzenna

struktura socjalna

strukturagenetyczna

Zagęszczenie: metody

wykład 5/15

zliczenie wszystkich osobnikówbezpośrednie

(liczenie osobników)

pośrednie(informacje o osobnikach)

bezwzględne(ocena rzeczywistego

zagęszczenia)

względne(ocena względem jakiegoś

punktu odniesienia)

liczba osobników na 1 pułapkę

mapowanie terytoriów na podstawie odgłosów ptaków

porównanie liczby tropów, odchodów

CMR (capture-mark-recapture)

metoda Petersena-Lincolna

Frakcja zwierząt znakowanych w drugim odłowie jest równa ich frakcji w całej populacji.

znakowane w 2 odłowie znakowane w 1 odłowie

wszystkie w 2 odłowie wszystkie w populacji

mieszanie znakowanych i

nie

odłów wyznakowane

16 osob.

ponowny odłów 20 osob.

5 wyznakowanych

=

520 = 16

N → N = 64

CMR (capture-mark-recapture)

wykład 5/17

Założenia● Nie ma zmian liczebności między odłowami● Osobniki znakowane i nieznakowane mieszają się między odłowami● Jednakowa łowność znakowanych i nieznakowanych● Próba jest dostatecznie duża

Źródła błędów w ocenie zagęszczenia populacji:● błąd systematyczny

populacja nie spełnia wszystkich wymogów metody● błąd statystyczny

na podstawie prób wnioskujemy o całej populacji (jaka liczba prób jest wystarczająca?)

CMR (capture-mark-recapture)

wykład 5/18

Szacowanie liczebności w oparciu o statystykę Bayesowską w oparciu o maximum likelihood (ML, największa wiarygodność)

p. ponownego odłowu = p. przeżycia x p. złapania

Rozwiązanie: MARK i inne

Można to rozwijać:

p. ponownego odłowu = p. przeżycia x p. złapania x p. migracji x ….

Inne metody

wykład 5/19

Zwierzęta

różne metody pułapkowe

mapowanie głosów (ptaki), śladów i odchodów (ssaki)

pędzenia

ankiety

Rośliny:

stopień pokrycia ziemi

absorpcja światła (dla chlorofilu)

Telemetria

wykład 5/20

Zagęszczenie

wykład 5/21

=liczebność osobników przypadających na jednostkę powierzchni lub objętości

Charakterystyka populacji

wykład 5/22

cecha podstawowa

cecha bezpośrednio wpływająca na liczebność

cecha wtórna

liczebność(zagęszczenie)

rozrodczość

śmiertelność

migracje

struktura wiekowa

struktura przestrzenna

struktura socjalna

strukturagenetyczna

Demografia

wykład 5/23

Zwana też strukturą. Nie mylić ze strukturą w sensie genetycznym!

Cechy demograficzne populacji:● struktura wiekowa● przeżywalność● rozrodczość

Inne cechy struktury populacji:● przestrzenna● socjalna

Demografia

wykład 5/24

Tabele przeżywania (śledzenie losów), tabele poziome● śmiertelność w różnych grupach wiekowych / rozwojowych

jajo, larwa, poczwarka, dorosłynasiono, siewka, niedojrzałe, dorosłe

● dla osobników (trudniejsze) lub dla kohort (łatwiejsze)kohorta – grupa urodzona w jednym okresie

Tabele statyczne (1 pomiar), tabele pionowe● liczba osobników w danym wieku można odtworzyć wcześniejszy stan →

populacji

Wymyślone przez Raymona Pearla w 1921 roku na potrzeby towarzystw ubezpieczeniowych

Tabela przeżywania pozioma

wykład 5/25

postać graficzna

rok t+1

rok t

klasa wiekowa (x)

przedział wiekowy

l’x

lx

dx

qx

Lx

Tx

ex

1 0-1 500 100 20 0.20 90 180 1.80

2 1-2 400 80 40 0.50 60 90 1.13

3 2-3 200 40 30 0.75 25 30 0.75

4 3-4 50 10 10 1.00 5 5 0.50

5 4-5 0 0 0 - 0 0 -

l’x – liczba osobników dożywających do początku klasy wieku x (dane z terenu)

lx – względna przeżywalność (l0 = 100)

dx – liczba osobników umierających w klasie x

qx - śmiertelność (p-stwo śmierci w klasie wieku x)

Lx – przybliżona liczba osobników dożywających do połowy klasy wiekowej x

Tx – kolumna pomocnicza, zsumowana od dołu kolumna Lx

ex – przewidywane dalsze życie

Kohorty

wykład 5/26

kohorta – przydatna dla populacji o pokoleniach zachodzących na siebie

maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień

Tabela przeżywania statyczna (pionowa)

wykład 5/27

klasa wieku (lata)

liczebność w klasie wieku

zgony

0-1 183 400 1 345

1-4 710 784 234

5-9 984 999 175

10-14 994 837 193

…

Piramida demograficzna

wykład 5/28

Rodzaje piramid● ekspansywna (szybki wzrost)● konstruktywna (powolny wzrost)● stabilna (zahamowanie wzrostu)

Piramida wieku

wykład 5/29

Krzywe przeżywania

wykład 5/30

log

(licz

ba p

rzeż

ywaj

ącyc

h)

wiek

typ I

typ II

typ III

Krzywe przeżywania

wykład 5/31

Krzywa przeżywania może być różna dla tego samego gatunku w różnych warunkach.

% p

rzeż

ywaj

ącyc

h

marzec kwiecień maj wiosnówka pospolita

Zagęszczeniaa) 1-2 x 103 os/m2

b) 5-10 x 103 os/m2

c) 15-20 x 103 os/m2

d) 35-50 x 103 os/m2

e) 50 x 103 os/m2

Pojęcia demograficzne

Rozrodczość (pojęcie ekologiczne) – liczba potomstwa produkowanego w określonym czasie

Płodność (pojęcie fizjologiczne) – zdolność osobnika do wydawania na świat potomstwa

Śmiertelność – liczba osobników umierająca w określonym czasie

Pojęcia demograficzne

rozrodczość

dł. życia

potencjalna (fizjologiczna)

realizowana (ekologiczna)

potencjalna (fizjologiczna)

realizowana (ekologiczna)

noworodek co 10-11 miesięcy

noworodek 1.3 razy w życiu kobiety

około 100-120 lat

Monako 89 latPolska 77 latHaiti 63 lataCzad 49 lat

Rozrodczość

wykład 5/34

Może zmieniać się w czasie – różnice między grupami wiekowymi

liczb

a na

sion

na

osob

nika

wiek (mies)

500

250

wierzchlina (Poa annua)

mulak(Odocoileus hemionus )

liczb

a ur

odze

ń na

oso

bnik

a

Śmiertelność

wykład 5/35

Śmiertelność i rozrodczość zależne od zagęszczenia to wynik konkurencji wewnątrzgatunkowej

Tribolium

1 śmiertelność niezależna od zagęszczenia2 śmiertelność zależna od zagęszczenia (niepełna kompensacja)3 śmiertelność zależna od zagęszczenia (nadkompensacja)

śmie

rtel

ność

liczb

a pr

zeży

waj

ącyc

h

Proporcja płci w populacjipierwotna proporcja płci – w momencie zapłodnienia

wtórna – w momencie narodzin

trzeciorzędowa – po narodzinach

Proporcja płci 1:1 jest ESS (Fisher). Wyjątki?

więcej kobietwięcej kobietwięcej mężczyznwięcej mężczyzn

Proporcja płci w populacji

wykład 5/37

sekwencyjny hermafrodytyzm

Papugoryby (Scaridae), wargaczowate (Labridae), garbikowate (Pomacentridae)

● Selektywna śmiertelność jednej płci Wolbachia zabija samce stawonogów haremowe ssaki migracje zależne od płci

● złożony cykl rozrodczy, haplo/diploidalność

Daphnia, pszczoły

Proporcja płci w populacji

wykład 5/38

● specyficzny behawior rozrodczy

polyandria i opieka sprawowana przez samce u niektórych siewek nadmiar →samców

● płeć determinowana niegenetycznie temp. inkubacji u gadów możliwość wpływania przez samicę (pawie)

Alligator mississippiensis27.7 - 30 °C samice→32.2 - 33.8 °C samce→

Proporcja płci w populacji

wykład 5/39

Nicienie u nornic: ● przewaga samic● infekcje jednopłciowe

H. mixtum H. glareoli0

200

400

600

800

1000

♀♂

n o

sobn

ików

ratio 0.58 ***CI 0.556-0.606

ratio 0.56 **CI 0.518-0.593