wykład 2 - biol.uw.edu.pl · wykład 2/33 Prawo minimum (Liebig)– czynnik środowiska o wartości najbliższej granicy tolerancji jest czynnikiem ograniczającym. Prawo tolerancji

Ekologia ogólna

wykład 2

Ewolucja strategii życiowych

Cechy strategii życiowej (life history traits)● masa urodzeniowa

● rozmiar ciała

● wiek i wielkość w momencie osiągnięcia dojrzałości

● liczba, wielkość i proporcja płci u potomstwa

● inwestycja w potomstwo zależna od wieku i wielkości ciała

● długość życia

wykład 2/2

Trade-off (kompromis)

wykład 2/3

SEN

ŻYCIE TOWARZYSKIE

DOBRE OCENY

Ewolucja strategii życiowych

wykład 2/4

płodnośćdł

. ży

cia

wzrost vs rozmnażanie

45 trade-offów między 10 cechami historii życiowych (Stearns, 1992)

Ewolucja strategii życiowych

wykład 2/5

Demon Darwina

● Dlaczego utrzymuje się zmienność?● Jak zależy od warunków środowiska?● Jakie strategie wiążą się z najwyższym dostosowaniem?

Trade-off na poziomie genetycznym

wykład 2/6

● antagonistyczna plejotropia● sprzęgnięcie loci (linkage disequilibrium)

Drosophila (Zwaan et al. 1995, Flatt 2011)

długość życia wczesna reprodukcja

cecha środowiska (np. temperatura)

Plastyczność fenotypowa interakcja genotyp x środowisko (G x E)

feno

typ

G x E

G x E

brak

Strategie są powiązane

Przykład● Osobniki rozwijające się w efemerycznych stawach przeobrażają

się wcześniej i są wtedy mniejsze (cechy te są pozytywnie skorelowane)

● Osobniki żyjące w trwałych stawach przeobrażają się później i są większe (cechy te są pozytywnie skorelowane)

(Newman 1988, Stearns et al. 1991)

wykład 2/7Scaphiophus couchii

Krzywa logistyczna (Verhulsta)

wykład 2/8

N(t) – liczba osobników w czasie t

r – współczynnik wzrostu

K –pojemność środowiska

Superkrótki kurs równań różniczkowych

wykład 2/9

Superkrótki kurs równań różniczkowych

wykład 2/10

czas t0 t

1 t

2 t

3 t

4

droga s0 s

1 s

2 s

3 s

4

t

s

( )Superkrótki kurs równań różniczkowych

wykład 2/11

v=ds (t)dt

=s(t+Δ t)−s (t )

t+Δ t−t

t

x

dxdt

t

v

Jakie jest położenie w czasie

Jak się zmienia położenie w czasie

Superkrótki kurs równań różniczkowych

wykład 2/12

dNdt

=rN (1−NK

)

równanie rozwiązanie

N (t )=KN 0 e

rt

K+P0(ert−1)

w szkole

równanie rozwiązanie

0=ax2+bx+c

Superkrótki kurs równań różniczkowych

wykład 2/13

dNdt

=rN (1−NK

)N t x+1

−N t x

t x +1−t x

=rN t x(1−

N t x

K)

zmiana liczebności populacji między czasem t

x a t

x+1

równanie Verhulsta

Jak się zmienia liczebność w czasie

N (t )=KN 0 e

rt

K+P0(ert−1)

rozwiązanie równania Verhulsta

Jaka jest liczebność w danym momencie

Krzywa logistyczna (Verhulsta)

wykład 2/14

N – liczba osobników w czasie t

r – współczynnik wzrostu populacji

K –pojemność środowiska

dNdt

=rN (1−NK

)

K

czas (t)

licze

bnoś

ć po

pula

cji,

N

Strategia r

● szybkie dojrzewanie, wczesny rozród

● krótsze życie

● liczne potomstwo

● mniej epizodów rozrodu lub semelparyczność

● wysoka śmiertelność

● niska przeżywalność potomstwa

● brak opieki rodzicielskiej

Strategia K

wykład 2/16

● dojrzewanie wolniejsze, rozród w późniejszym wieku

● długowieczne

● mniej potomstwa

● długi okres reprodukcji (w ciągu życia)

● niższa śmiertelność

● wyższa przeżywalność potomstwa

● opieka nad potomstwem

Strategia r i K

Krytyka● Wiele prac nie potwierdzających podziału na strategie r i K.● Spadek zainteresowania z 40 do 16 cytowań rocznie między 1982

a 1989.

wykład 2/17

Semelparyczność vs iteroparycznośćsemelparyczne / monokarpiczne

wykład 2/18

iteroparyczne /polikarpiczne

Semelparyczność vs iteroparyczność

potomstwo wyprodukowane = zysk

potomstwo utracone = koszt

optymalna strategia = max (zysk - koszt)

wykład 2/19

iteroparycznośćsemelparyczność

0% 100% wysiłek reprodukcyjny

0% 100% wysiłek reprodukcyjny

liczb

a po

tom

stw

a

liczb

a po

tom

stw

a

Semelparyczność vs iteroparyczność

Paradoks Cole'a

wykład 2/20

Nawet mała przewaga w płodności (np. jeden potomek więcej) sprzyja ewolucji semelparyczości. Dlaczego utrzymuje się iteroparyczność?

Rozwiązanie (Charnov i Schaffer 1973) :

● Młodociane i dorosłe mają zróżnicowaną przeżywalność.

● Gatunki semelparyczne mają większą spodziewaną śmiertelność, opłaca się się wydać wszystko na reprodukcję.

=

Strategie a cechy środowiska

wykład 2/21

strategia r strategia K - środowisko nieprzewidywalne - środowisko stabilne - pierwsze stadia sukcesji - późniejsze stadia

Siedliska HCR (high costs of reproduction)● silna konkurencja / presja na małe dorosłe● ograniczanie wzrostu na rzecz reprodukcji się nie opłaca

→ długie dojrzewanie, wolny wzrost

Siedliska LCR (low costs of reproduction)● mała konkurencja● największa presja na osobniki duże

→ szybkie dojrzewanie, szybka reprodukcja

Strategie a środowisko

wykład 2/22

Koncepcja bet-hedging (korzystnego lokowania)zmniejszone dostosowanie w „normalnych” warunkach w zamian za zwiększone w warunkach stresowych

Strategie a środowisko

osiadłość,rozród

wykład 2/23

TERAZ KIEDYŚT

UTA

JTA

M

przeczekanie(rozród)

migracja (przeczekanie

rozród)

migracja(rozród)

CZASP

RZ

EST

RZ

EŃ

Strategie a środowisko

Trójkąt CRS (competitive – ruderal – stress tolerant) Grime'a

wykład 2/24

stab

ilnoś

ć śr

odow

iska

duża

mała

dużamała nieprzyjazność środowiska

strategia na rozrodczość

strategia na konkurencyjność

strategia na wytrzymałość

nie nadaje się do życia

Zniesienie Lacka (Lack's clutch)

wykład 2/25

Dlaczego różne gatunki ptaków

znoszą różną liczbę jaj?

David Lack

Hipoteza 2: Bo tyle mogą wygrzać→ Eksperyment z dodawaniem.

2 jaja 5 jaj2 jaja 5 jaj

50 jaj16 jaj

wysiedziały więcej niż zwykle

Hipoteza 1: Bo taka jest norma fizjologiczna. → Eksperyment z odbieraniem

Zniesienie Lacka (Lack's clutch)

Hipoteza 3. Bo tak jest optymalnie

wykład 2/26

Maksymalizacja wysiłku reprodukcyjnego

0% 100% wysiłek reprodukcyjny

liczb

a po

tom

stw

a

Czynniki bezpośrednie i ultymatywne

wykład 2/27

np. dobowe wędrówki zooplanktonu ● czynnik bezpośredni – dobowe zmiany temperatury i

światła,● czynnik ultymatywny – adaptacja pozwalająca uniknąć

drapieżnika

np. sezonowe wędrówki ptaków ● czynnik bezpośredni – zmiany fizjologiczne pod

wpływem zmiany fotoperiodu ● czynnik ultymatywny – adaptacja pozwalająca przeżyć

okres zimy

Ekofizjologia

Ekofizjologia

Chcesz wiedzieć więcej? Ekofizjologia 1400-228EKOF sem letni→

Tolerancja ekologiczna

temp. otoczenia

temp. otoczenia

tem

p. c

iała

met

abol

izm

hipo-termia

hiper-termia

BMR

termo-neutralna

Tolerancja ekologiczna

wykład 2/31

zakres tolerancji

optimum

Zasada alokacji (Levinsa)

wykład 2/32

Jeżeli rośnie szerokość krzywej tolerancji, spada jej wartość.

czynnik ekologiczny

mia

ra d

opas

owan

ia stenobiont

eurybiont

Tolerancja ekologiczna

wykład 2/33

Prawo minimum (Liebig)– czynnik środowiska o wartości najbliższej granicy tolerancji jest czynnikiem ograniczającym.

Prawo tolerancji ekologicznej – występowanie organizmów w danym środowisku zależy od zespołu czynników, których wartości muszą się mieścić w zakresie tolerancji ekologicznej tych organizmów (Shelford)

Amplituda ekologiczna - zakres warunków środowiskowych, w jakich dana populacja (gatunek) występuje lub może występować

Tolerancja ekologiczna

wykład 2/34

Zasięg lipy w Europie Pn

tu rosną lipy

tu nie

Ekotyp

wykład 2/35

Grupa populacji jednego gatunku, które przystosowane są do określonych warunków klimatycznych i siedliskowych i mogą się w tych warunkach rozmnażać.

Ekotyp

wykład 2/36

Rana pipiens

Ekotyp

wykład 2/37

Cornus stolonifera

Nisza ekologiczna

wykład 2/38

Nisza - definicje

wykład 2/39

Odum (1959) Miejsce bądź status organizmu w obrębie danego ekosystemu wynikające ze strukturalnych przystosowań organizmu, jego reakcji fizjologicznych, behawioru itp.

Hutchinson (1957) n-wymiarowa przestrzeń zawierająca całkowity zakres warunków, w których dany organizm może funkcjonować.

Nisza Hutchinsona nie istnieje bez organizmu – nie może być „pusta”

Nisza potencjalna i realizowana

wykład 2/40

Nisza potencjalna (podstawowa)● wyznaczona przez granice tolerancji ekologicznej● hipotetyczna, nigdy nie realizowana w praktyce

Nisza realizowana● obejmuje aktualny zestaw warunków środowiska (konkurenci, drapieżniki...)● węższa od niszy potencjalnej● może zajmować różne miejsca w obrębie niszy realizowanej

temp

wys. npm

wilgotność

wys. npm

wilgotność

potencjalna realizowana

wykład 2/41

Różnicowanie niszy

nisza realizowana

nisza potencjalna