Ekologia
populacyjna i
ochrona populacji
Ekologia
populacyjna i
ochrona populacji
– grupa osobników określonego gatunku
zajmujących dany teren w określonym czasie i
wchodzących ze sobą w rozmaite interakcje
Populacja
Struktura
płci
samców
liczba
samic
liczba
proporcja płci
Proporcja płci wśród osobników
wchodzących do rozrodu może
znacznie odbiegać od nominalnej
np. u słoni morskich samce tworzą
haremy złożone z 10 – 40 samic
Efektywna wielkości populacji
f
m
f
m
e
N
N
N
N
N
4
N
f
– liczba samic uczestniczących w rozrodzie
N
m
– liczba samców uczestniczących w rozrodzie
Struktura
populacji
w
ie
k
liczba osobników
Struktura
populacji
Struktura wiekowa
Aktualna liczebność oraz struktura wiekowa
populacji zależy od jej stanu poprzedniego oraz
dynamiki
Dynamika populacji
Rozrodczość
Rozrodczość organizmu regulowana jest przez
dwa podstawowe czynniki: płodność i czas
dojrzewania
w
ie
k
Płodność
Dwa podstawowe
typy zmian
płodności w życiu
osobnika
Wskaźnik reprodukcji netto - R
o
t
t
o
N
N
R
1
N
t
– liczba córek urodzonych w pokoleniu t
N
t+1
– liczba córek urodzonych w pokoleniu
Dynamika populacji
Śmiertelność
00
0
0 , 8
0 , 4
1 , 0
0 , 2
0 , 6
2 5
5
1 0
1 5
2 0
Prawdopodobieństw
o osiągnięcia
określonego wieku w
zależności od szans
dożycia kolejnego
roku (dnia, miesiąca)
75 %
50 %
25 %
Prawdopodobieństwo
śmierci w zmienia się w
okresie życia
Wiek osobnika
P
ra
w
d
o
p
o
d
o
b
ie
ń
s
tw
o
ś
m
ie
rc
i
Dynamika populacji
c z a s
w
ie
lk
oś
ć
po
pu
la
cj
i
pojemność siedliska (K)
Modele wzrostu populacji –
zachodzące w populacji procesy
powodują, że po zajeciu nowego terytorium jej liczebności mogą się zmieniać w
przewidywalny sposób. Istneją dwa podstawowe, teoretyczne modele wzrostu populacji.
Model wykładniczy
Model logistyczny
N
t
= liczebność populacji w czasie t
N
t+1
= liczebność populacji w czasie t+1
R = (bez indeksu) współczynnik przyrostu naturalnego obejmujący
różnicę między rozrodczością a śmiertelnością
K = pojemność siedliska (tylko w modelu logistycznycm
c z a s
w
ie
lk
oś
ć
po
pu
la
cj
i
R
N
N
t
t
*
1
)
*
(
*
1
K
N
K
R
N
N
t
t
Dynamika populacji
Czynniki regulujące dynamikę populacji
Rośliny żywicielskie
– ich obecność jest
niezbędna do pełnego rozwoju
Pasożyty
– mogą zwikszać
prawdopodo-
bieństwo lokalnego
wymierania,
jest regulowany
działalnością
superpasożytów
Przestrzenny układ populacji
–od
niego
uzależniona jest
przepływ
osobników pomiędzy
subpopu-
lacjami, co
determinuje zarówno
szanse rekolonizacji
pustych
siedlisk oraz istotnie
wpływa na
strukturę genetyczną
całego
systemu
Struktura przestrzenna populacji
Koncepcja optymalnego rozmieszczenia
Zakłada, że jakość siedliska różni się w przestrzeni
Las grądowy
Las mieszany
Źródła i ujścia populacji
Jeżeli R
o
> 1, źródło populacji
Może przetrwać dość długo, bez
kontaktu z innymi populacjami
Jeżeli R
o
< 1, ujście populacji
W dłuższej perspektywie czasowej
może trwać jedynie dzięki
dopływowo osobników ze źródeł
populacji
Czasami
większość populacji może
zajmować ujście
R =1
0
Jakość siedliska decyduje o sukcesie
reprodukcyjnym, a w konsekwencji o lokalnym
współczynniku przyrostu naturalnego
Struktura przestrzenna populacji
Teoria metapopulacji
Metapopulacja —
termin wprowadzony przez Levins'a w
1969 roku, zdefiniowany jako „populacja lokalnych populacji,
których wymieranie i kolonizacja jest związane z lokalnymi
współczynnikami rozrodczości oraz śmiertelności”. Układ taki
może utrzymywać się pomimo małej trwałości poszczególnych
jego elementów
siedlisko zajęte przez
lokalną populację
puste siedlisko
możliwe do
skolonizowania
kierunek kolonizacj
I tak w koło Macieju....
Struktura przestrzenna populacji
Teoria metapopulacji - pojęcia
siedlisko (patch, habitat patch, island, site, locality)
—
homogenna jednostka przestrzeni, zawierająca wszystkie
elementy niezbędne do utrzymania lokalnej populacj i
oddzielona od innych siedlisk.
subpopulacja, lokalna populacja (subpopulation,
local population, deme)
—
grupa osobników tego samego
gatunku zajmujących to samo
siedlisko
wchodzących z sobą w
rozmaite interakcje
!
metapopulacja (composite population, assemblage
of populations)
–
zespół subpopulacji rozlokowanych na
jakimś
większym
terenie,
gdzie
istnieje
możliwość
przemieszczania się osobników pomiędzy poszczególnymi
subpopulacjami.
dyspersja, migracja
—
przemieszczanie się osobników
pomiędzy subpopulacjami, a także pomiędzy subpopulacjami a
niezajętymi siedliskami.
Mimo, że pojęcia te używane są zamiennie, jednak migracja
zakłada działanie celowe, podczas gdy terminem "dyspersja"
zwykle określa się losowe przemieszczanie osobników poza
teren siedliska macierzystego.
!
DYSPERSJA
MIGRACJA
wymiana (turnover, colonization - extinction event)
— proces polegający na wymieraniu
lokalnych
populacji
oraz
tworzeniu
nowych
poprzez
kolonizację pustych
siedlisk
?
struktura metapopulacji
— przestrzenny układ
subpopulacji,
oraz
siedlisk
o
danych
powierzchniach, rozmieszczeniu oraz możliwościach
przepływu osobników.
Struktura przestrzenna populacji
Teoria metapopulacji - typy metapopulacji
Klasyczna (Levinsowska)
„Kontynent i wyspy”
Populacja „łatkowa ” metapopulacja niezrównoważona
Ekologia populacji a
ochrona
przyrody
PVA (Population
Vulnerability
Analysis)
— analiza
zagrożenia populacji
MVP (Minimal Viable Population)
— najmniejsza żywotna
populacja
Stara się oszacować jak długi okres może dana populacja
przetrwać, biorąc pod uwagę jej liczebność i dynamikę
(rozrodczość, śmiertelność).
Z PVA oraz znajomości procesów genetycznych
zachodzących w populacjach prowadzi do kolejnego
popularnego skrótu:
Ze względu na ścisłe powiązanie z procesami genetyki
populacji, podawane wartości MVP dotyczą zwykle
Efektywnej Wielkości Populacji – która np.. u niektórych
owadów może być nawet o rząd wielkości niższa od liczby
osobników należących do populacji
Skala i fragmentacja
Od kilkudziesięciu lat zwraca się coraz większą
uwagę na zjawisko fragmentacji siedlisk
teren o niskim stopniu
fragmentacji
teren o wysokim
stopniu fragmentacji
W tym miejscu pojawia się problem jak opisać
„rozczłonkowanie” płatu siedliska. Dotychczas jedyną w
miarę obiektywną metodą jest podanie stosunku obwodu
płatu do obwodu koła o tej samej powierzchni
Skala i fragmentacja
W populacjach o niewielkich rozmiarach obserwuje
się zjawisko określane jako
„efekt wielkości płatu
siedliska” (patch size effect)
polega on na tym, że
wraz ze spadkiem powierzacni siedliska liczebność
zamieszkujących
je
osobnikówi
spada
nieproporcjonalnie szybko
100/2
<
50
wielkość siedliska
w
ie
lk
o
ść
p
o
p
u
la
cj
i
Co się dzieje w małych populacjach ?
Ekologia populacji a
ochrona
przyrody
Spadek zagęszczenia
Zmniejszenie
zajmowanego
areału
Stwierdzono empirycznie, że populacje małe, znajdujące się
na
granicy
wymarcia,
charakteryzują
się
niższymi
zagęszczeniami niż populacje liczne. Nawet jeżeli znajdują się
w korzystnym dla siebie siedlisku.
Zaobserwowano, że małe populacje zmniejszają swój areał i
bardzo rzadko udaje im się przeprowadzić skuteczną
rekolonizację obszarów, na których występowały w
przeszłości. Zjawisko to jednak, podobnie jak wiele innych
zjawisk z dotyczących dynamiki małych populacji, nie
doczekało się jeszcze porządnego opisu. Mimo to wiązane
jest z postulowanym przez niektórych autorów ze spadkiem
potencjału migracyjnego populacji
Co się dzieje w małych populacjach ?
Ekologia populacji a
ochrona
przyrody
Obniżenie rozrodczości
(efekt Allego)
c z a s
w
ie
lk
oś
ć
po
pu
la
cj
i
c z a s
pr
zy
ro
st
n
a
gł
ow
e
pojemność siedliska
wydolność fizjologiczna
Model wzrostu populacji
opisany
krzywą
logistyczną nie wymaga
dla
biologów
komentarza (pomimo, że
jest czysto teoretyczny i
często nieadekwatny).
Zaproponowany
przez
Allego, model, oparty o
empiryczne dane dotyczące
zmian
rozrodczości
populacji,
wskazuje,
że
przyrost
osobników
"na
głowę" spada w populacjach
dużych
–
logiczna
konsekwencja
krzywej
logistycznej – oraz małych,
co nie jest już oczywiste.
Wnioski dla praktyki
ŹLE
DOBRZE
jedna
subpopulacja
kilka
subpopulacji
ochrona subpopulacji
marginalnych
ochrona subpopulacji
centralnych
ochrona subpopulacji w
strukturze liniowej
ochrona subpopulacji w
strukturze sieci
ochrona izolowanych
stanowisk (subpopulacji)
ochrona stanowisk
(subpopulacji) wraz z
korytarzami oraz "steping
stones"*
*steping stone — niekiedy tłumaczone jako
"kładka",
stanowisko
zbyt
małe,
lub
nieodpowiednie
do
utrzymania
żywotnej
subpopulacji, które jednak ułatwia przepływ
osobników pomiędzy innymi zajętymi stanowiskami
ochrona stanowisk
(subpopulacji) stanowiących
"ujścia" (sink)
ochrona stanowisk
(subpopulacji) stanowiących
"źródła" (source)
mały populacja
duża populacji
Wnioski dla praktyki
W praktyce ochrony przyrody egzystują "magiczne liczby"
wskazujące jaka populacja rzeczywiście może uchodzić, za
żywotną.
Liczby te nie mają często, odpowiedniego uzasadnienia
teoretycznego, ale dość dobrze opierają się na doświadczeniach
praktycznych.
Według najbardziej skrajnych oszacowań za bezpieczne uważa się
populacje o liczebnościach większych niż 10 000
Jednak za bardziej realistyczne można przyjąć oszacowania, wg
których w miarę bezpieczna jest populacja o efektywnej
liczebności ok. 500 osobników (ornitolodzy mówią o 200 parach).
Z kolei populacje, których liczebność spadła poniżej 50
osobników, należy uznawać za skrajnie zagrożone. Nie znaczy to
jednak, że populacja nie może odrodzić się także z mniejszych
liczebności.
Praktyka wykazuje także, ze w przypadku metapopulacji za
minimum należy uwazać 10 - 13 subpopulacji