Ekologia ogólna - Wydział Biologii UW

Ekologia ogólna
wykład 5
Ekologia populacji
Systemy rozrodcze
panmiksja – krzyżowanie zupełnie losowe
●
rzadkie w świecie zwierząt
●
założenie wielu modeli genetyki populacyjnej
Faktyczne systemy rozrodcze
●
monogamia
♀
♂
nornik preriowy
Microtus ochrogaster
wykład 5/2
Systemy rozrodcze
●
promiskuityzm (bez wytwarzania stałych par)
♂
♀
♂
szympansy
♂
♀
♀
łosoś
wykład 5/3
Systemy rozrodcze
Poligamia
●
poligynia
♂
haremy
(słonie morskie)
♀
♀
jednoczesna poligamia
(pawiany)
♀
sekwencyjna poligamia
(słonie)
wykład 5/4
Systemy rozrodcze
Poligamia
●
poliandria
♀
♂
pszczoły
♂
♂
myszy
wykład 5/5
Systemy rozrodcze
Poligamia
●
poligyandria
♀
♂
junko
♀
♂
kot
wykład 5/6
Zapłodnienie poza parą (EPC)
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
wykład 5/7
Populacja
definicja
Grupa 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?
wykład 5/8
Gatunek
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 Mayr
1904-2004
wykład 5/9
Gatunek
hybrydy
liger
Salix
gatunki kryptyczne
Heliconius
mewa srebrzysta
mewa zółtonoga
wykład 5/10
Gatunek
Możliwe definicje gatunku:
●
morfologiczny
●
wyróżniany na podstawie różnic genetycznych
●
ewolucyjny
●
filogenetyczny
●
ekologiczny
Gatunek to jest to,
●
fenotypowy
co za gatunek
●
uważa kompetentny
rozpoznający się jako gatunek
specjalista
prof. Tomasz Umiński
Osobnik
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
wykład 5/12
Osobnik
Polikormon gajowca
(Galeobdolon luteum)
Kolonia (kormus) rurkopława
złożona z osobników
pełniących różne funkcje,
połączonych pniem ze
wspólną jamą gastralną
wykład 5/13
Charakterystyka populacji
rozrodczość
liczebność
(zagęszczenie)
struktura
wiekowa
migracje
śmiertelność
struktura
przestrzenna
struktura
socjalna
struktura
genetyczna
cecha podstawowa
cecha bezpośrednio wpływająca na liczebność
cecha wtórna
wykład 5/14
Zagęszczenie: metody
bezpośrednie
(liczenie osobników)
pośrednie
(informacje o osobnikach)
bezwzględne
względne
(ocena rzeczywistego
zagęszczenia)
(ocena względem jakiegoś
punktu odniesienia)
zliczenie wszystkich
osobników
liczba osobników na 1
pułapkę
mapowanie terytoriów
na podstawie odgłosów
ptaków
porównanie liczby
tropów, odchodów
wykład 5/15
CMR (capture-mark-recapture)
metoda Petersena-Lincolna
Frakcja zwierząt znakowanych w drugim odłowie jest równa ich frakcji
w całej populacji.
znakowane w 2 odłowie
wszystkie w 2 odłowie
5
16
=
20
N
odłów
wyznakowane
16 osob.
=
znakowane w 1 odłowie
wszystkie w populacji
→ N = 64
mieszanie
znakowanych i
nie
ponowny odłów
20 osob.
5 wyznakowanych
CMR (capture-mark-recapture)
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?)
wykład 5/17
CMR (capture-mark-recapture)
Rozwiązanie: MARK i inne
Szacowanie liczebności w oparciu o statystykę Bayesowską w oparciu
o maximum likelihood (ML, największa wiarygodność)
p. ponownego odłowu = p. przeżycia x p. złapania
Można to rozwijać:
p. ponownego odłowu =
p. przeżycia x p. złapania x p. migracji x ….
wykład 5/18
Inne metody
Zwierzęta
różne metody pułapkowe
mapowanie głosów (ptaki), śladów i odchodów
(ssaki)
pędzenia
ankiety
Rośliny:
stopień pokrycia ziemi
absorpcja światła (dla chlorofilu)
wykład 5/19
Telemetria
wykład 5/20
Zagęszczenie
=liczebność osobników przypadających na jednostkę powierzchni
lub objętości
wykład 5/21
Charakterystyka populacji
rozrodczość
liczebność
(zagęszczenie)
struktura
wiekowa
migracje
śmiertelność
struktura
przestrzenna
struktura
socjalna
struktura
genetyczna
cecha podstawowa
cecha bezpośrednio wpływająca na liczebność
cecha wtórna
wykład 5/22
Demografia
Zwana też strukturą. Nie mylić ze strukturą w sensie genetycznym!
Cechy demograficzne populacji:
●
struktura wiekowa
●
przeżywalność
●
rozrodczość
Inne cechy struktury populacji:
●
przestrzenna
●
socjalna
wykład 5/23
Demografia
Tabele przeżywania (śledzenie losów), tabele poziome
●
śmiertelność w różnych grupach wiekowych / rozwojowych
jajo, larwa, poczwarka, dorosły
nasiono, 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
wykład 5/24
Tabela przeżywania pozioma
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
-
rok t
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
rok t+1
Tx – kolumna pomocnicza, zsumowana od dołu kolumna Lx
ex – przewidywane dalsze życie
postać graficzna
wykład 5/25
Kohorty
kohorta – przydatna dla populacji o pokoleniach zachodzących na
siebie
maj
czerwiec
lipiec
sierpień
wrzesień
wykład 5/26
Tabela przeżywania statyczna (pionowa)
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
…
wykład 5/27
Piramida demograficzna
Rodzaje piramid
●
ekspansywna (szybki wzrost)
●
konstruktywna (powolny wzrost)
●
stabilna (zahamowanie wzrostu)
wykład 5/28
Piramida wieku
wykład 5/29
log (liczba przeżywających)
Krzywe przeżywania
typ I
typ II
typ III
wiek
wykład 5/30
Krzywe przeżywania
% przeżywających
Krzywa przeżywania może być różna dla tego samego gatunku w
różnych warunkach.
marzec
kwiecień
maj
wiosnówka pospolita
Zagęszczenia
a) 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
wykład 5/31
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
potencjalna
(fizjologiczna)
noworodek co 10-11 miesięcy
realizowana
(ekologiczna)
noworodek 1.3 razy w życiu kobiety
potencjalna
(fizjologiczna)
około 100-120 lat
rozrodczość
dł. życia
realizowana
(ekologiczna)
Monako 89 lat
Polska 77 lat
Haiti 63 lata
Czad 49 lat
Rozrodczość
500
liczba urodzeń na osobnika
liczba nasion na osobnika
Może zmieniać się w czasie – różnice między grupami wiekowymi
250
wiek (mies)
wierzchlina
(Poa annua)
mulak
(Odocoileus hemionus )
wykład 5/34
Śmiertelność
Śmiertelność i rozrodczość zależne od zagęszczenia to wynik
konkurencji wewnątrzgatunkowej
liczba przeżywających
śmiertelność
Tribolium
1 śmiertelność niezależna od zagęszczenia
2 śmiertelność zależna od zagęszczenia (niepełna kompensacja)
3 śmiertelność zależna od zagęszczenia (nadkompensacja)
wykład 5/35
Proporcja płci w populacji
pierwotna proporcja płci – w momencie zapłodnienia
wtórna – w momencie narodzin
trzeciorzędowa – po narodzinach
Proporcja płci 1:1 jest ESS (Fisher). Wyjątki?
więcej kobiet
więcej mężczyzn
Proporcja płci w populacji
●

Selektywna śmiertelność jednej płci

Wolbachia zabija samce stawonogów

haremowe ssaki

migracje zależne od płci
sekwencyjny hermafrodytyzm
Papugoryby (Scaridae), wargaczowate
(Labridae), garbikowate (Pomacentridae)
●
złożony cykl rozrodczy, haplo/diploidalność
Daphnia, pszczoły
wykład 5/37
Proporcja płci w populacji
●
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 mississippiensis
27.7 - 30 °C → samice
32.2 - 33.8 °C → samce
wykład 5/38
Proporcja płci w populacji
Nicienie u nornic:
●
przewaga samic
●
infekcje jednopłciowe
1000
ratio 0.58 ***
CI 0.556-0.606
ratio 0.56 **
CI 0.518-0.593
n osobników
800
600
400
200
0
H. mixtum
H. glareoli
♀
♂
wykład 5/39