Ekologie populací Růst populace Global Population Growth, Surroundings, Resources, Protection PNG Transparent Image and Clipart for Free Download Osnova přednášky •Ekologická hierarchie •Co je to populace ? •Co je to jedinec ? •Populace a přírodní výběr •Vlastnosti populace •Abundance – početnost •Denzita – hustota •Disperze – rozmístění •Migrace •Metapopulace •Struktura populace •Natalita - plodnost •Mortalita – úrtnost •Růst populace: •Exponenciální •Logistický •Dynamika populace •Populace v praxi Úvod do studia ekologie populací •Jak poznáme, že druh směřuje k vyhynutí? •Které demografické údaje nám pomáhají pochopit velikost, stav a chování populací ? Tarsi banner Ekologie populací - definice •V přírodě – hierarchická úroveň: molekuly – organely – buňky – tkáně – orgány – orgánové soustavy – organismy – populace – společenstva – ekosystémy – krajina – biosféra • •Populace je soubor jedinců určitého druhu žijícího v určitém prostředí, které uspokojuje jeho požadavky na rozmnožování, přežívání a migraci. • •Ekologie populací – studuje základní životní procesy (patterns), jejich dynamiku a strukturu v populacích. • https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/38/Levels_of_Organization.svg/220px-Levels_o f_Organization.svg.png HIERARCHIE PŘÍRODY Chapter 2: Animal Ecology Notes | Knowt Co je to populace ? •Populace je definována jako skupina jedinců stejného druhu, kteří žijí a kříží se v dané oblast. Příslušníci populace: –spoléhají se na stejné zdroje, –podléhají podobným environmentálním omezením –jsou závislí na dostupnosti jiných členů, aby mohli přetrvávat v průběhu času (reprodukce) • •Vědní obor, který se zajímá o sběr a analýzu těchto čísel, se nazývá populační demografie, známá také jako demografie. Demografie populace • Demografické studie pomáhají pochopit populační dynamiku druhů, jako jsou invazivní druhy, jako např. kapr v Severní Americe nebo v Austrálii. • Kolísání populace závisí na počasí, dostupnosti potravy, přírodních katastrofách, jako jsou lesní požáry nebo sopečné erupce, predaci a biologické konkurenci. • Demografie je často označení pro statistická studia lidské populace: jejich velikost, složení (např. etnická skupina, věk) a jak se mění v důsledku souhry plodnosti (narození), úmrtnosti (úmrtí) a migrace. The Demography of the World Population from 1950 to 2100. Data source: United Nations — World Population Prospects 2017 Demografie světové populace od roku 1950 do 2100 (podle pohlaví) Muži Ženy Mapa Země podle počtu obyvatel jednotlivých států undefined Tempo růstu lidské populace ukazuje projekce pro konec tohoto století undefined Základní charakteristiky populace •Homotypická •Ontogenetická •Časově vymezená •Osídlující určitý prostor •Vlastnosti populace jsou dědičné •Integrovaná ekologickými, evolučními a genetickými faktory • •Populace je rovněž úroveň určující jaké bude mít jedinec fitness – tj. jakým směrem se bude ubírat evoluce daného druhu – vnitrodruhová kompetice Základní charakteristiky populace •Homotypická •Ontogenetická •Časově vymezená •Osídlující určitý prostor •Vlastnosti populace jsou dědičné •Integrovaná ekologickými, evolučními a genetickými faktory • •Populace je rovněž úroveň určující jaké bude mít jedinec fitness – tj. jakým směrem se bude ubírat evoluce daného druhu – vnitrodruhová kompetice Populace umožní studovat rozmístění a využití prostoru daným druhem Home range estimation of wildlife - Definition & Example Mapa ukazuje rozšíření 9 základních poddruhů levharta skvrnitého a formy P. p. tulliana. Mapa je sestavená na základě nejnovější studie publikované v roce 2016. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Stamps_of_Azerbaijan%2C_1994-278.jpg Na znaku státu Malawi je (heraldicky) vlevo stojící levhart, který podpírá spolu s vpravo umístěným lvem štít. Přibližný rozsah rozšíření poddruhů levharta skvrnitého Bark Beetles: Over 1,121 Royalty-Free Licensable Stock Illustrations & Drawings | Shutterstock Prostorová struktura populace oblast klaster globální kolonie lokalita region kontinentální skupina Pařez https://explore.research.ufl.edu/wp-content/uploads/2022/09/Fig-51-Hylesinus_small_gallery_opt-606x 1024.jpg Bark Beetle Galleries | Winter 2023 | Articles | Features BARK BEETLE Print. Bugs Illustrations. Insect Print. Entomology. Natural History. Natural Science. Home Decor Wall Art From 1960s - Etsy Hong Kong Kůrovec - lýkožrout smrkový a severský. Jak se ho zbavit? Kůrovec na větvi. https://explore.research.ufl.edu/wp-content/uploads/2022/09/Fig-09-Scolytoplatypus-pubescens_opt-10 24x856.jpg Vztah mezi velikosti geografického areálu a počtem druhů: (a) severoamerických ptáků – 1370 druhů a (b) britských cévnatých rostlin – 1499 druhů Vztah mezi velikosti stanoviště a počtem druhů (u 523 druhů severoamerických savců – (a) velikost stanoviště (b) – zeměpisná šířka) Co je to jedinec ? • Unitární organismus •Unitární organismus vzniká z jedné zygoty, tvar a forma tohoto jedince je predikovatelná (např. hmyz, ryby, ptáci savci). Jsou pohybliví. • • Modulární organismus •Modulární organismus – z jediné zygoty vzniká stavební prvek, modul, který dává vznik dalšímu modulu, tvoří se struktura,, která se rozrůstá a větví (např. většina rostlin, houby, polypi, koráli, mechovky, sumky – celkem 19 kmenů živočichů). Jsou silně proměnliví, nemají pevný tvar, jsou nepohybliví. Jak charakterizovat jedince ? •Unitární organismy •Modulární organismy Kategorie modulárních organismů • Rostliny Živočichové •rozpadající se okřehek (Lemna) nezmar (Hydra) •během života • •volně se větvící jetel (Trifolium) Pennaria sp. (Cnidaria) • •oddenky a výběžky „bizoní tráva“ (Buchloe) Camnanularia (Cnidaria) • •trsovité moduly kostřava (Festuca) Cryptosula sp (mechovka) • •mnohonásobně se dub (Quercus) Gorgonia sp. (rohovitka-korál) •větvící Příklady modulárních organismů Modulární organismy •Individuální modulární organismy – geneta – genetický jedince – produkt jedné zygoty • •Četnost modulů je často důležitější než četnost genet: • • modulypres = modulypast + vznik modulů – úhyn modulů • •Modularita vede k mimořádné proměnlivosti jedinců (stárnutí na úrovni modulů – opadávaní listů u stromů • •Modulární jedinci mají věkovou strukturu. Je dána buď stářím genet, nebo stářím modulů • Rostliny a živočichové s klonálním rozmnožováním •Mnoho rostlin a živočichů se rozmnožuje asexuálně a vytváří v podstatě klony geneticky identických jedinců. • •Příklady demonstrují: •1) Množení tzv. pučením – potomek se odškrcuje (pučí) na rodiči • •2) Apomiktické rozmnožování – potomek vzniká z neoplozeného vajíčka – partenogeneze • •3) Horizontální šíření – potomek vzniká během růstu a vývoje rodiče – modulární organismy Důležité rozdíly mezi unitárními a modulárními organismy •Taxonomické vlastnosti, podle nichž rozlišujeme druhy modulárních organismů, jsou převážně vlastnostmi modulu, nikoliv celého organismu • •Způsob interakce modulárních organismů s jejich prostředím je dán stavbou těchto organismů • • • SELEKCE – FENOTYP Populace a přírodní výběr (Darwin, 1842) •Organismy se rozmnožují, tj. potomci vypadají, chovají se, fungují atd. stejně jako jejich rodiče • •Mezi jedinci vznikají náhodné variace (rozdíly mezi rodiči), které jsou dědičné a přenášejí se na potomky • •Organismy produkují větší počet potomků, než kolik se uplatní v prostředí • •Někteří jedinci (díky svým fyziologickým etologickým vlastnostem) jsou úspěšnější než jiní a produkují více potomstva Princip teorie přírodního výběru Unit 2-3: Mechanisms of Evolution and Natural Selection – The Biology Classroom 1. Nadprodukce Každý druh produkuje více potomků , než kolik se dožije dospělosti 2. Heterogenita Jedinci tvořící populaci se vzájemně liší. 3. Selekce Někteří jedinci žijí déle a produkují více potomků než jiní. 4. Adaptace Vlastnosti jedinců, kteří přežívají a množí se, se stávají v populaci běžné. Heterogenita fenotypů - selekce Natural Selection | BioNinja Příklady plasticity fenotypu Figure 6 from What is phenotypic plasticity and why is it important | Semantic Scholar 1 Spectacular examples of phenotypic plasticity occur in organisms that... | Download Scientific Diagram Variabilita fenotypů •Barevné varianty v populaci jedinců asijských slunéček druhu Harmonia axyridis. • • •Tyto rozdíly fenotypu se dědí, jsou tedy důsledkem variability v genotypu populace. • • •Jaký bude poměr jednotlivých variant, tedy homozygotů a heterozygotů ? Hardyho–Weinbergův zákon •Hardyho–Weinbergův zákon praví, že podíl jednotlivých alel se v panmiktické populaci nemění. V případě, že pro daný gen existuje pouze systém dvou alel, znamená to (dle úzu značíme četnost dominantní alely p a recesívní q), že: 1) p + q = 1 (tj. 100 %) Pravděpodobnost vzniku: homozygota dominantního je p × p, homozygota recesívního je q × q; a heterozygota je 2pq. Celkové genotypové složení populace tedy lze vyjádřit s pomocí vzorce: 2) p² + 2pq + q² = 1 undefined Populace a přírodní výběr •Populace je základní jednotkou působení přírodního výběru • •Spolupůsobení heterogenity prostředí a variability genotypu populace • •Populace je ontogenetická – vlastnosti jedinců se v průběhu života jedinců mění a přenášejí do další generace • Přírodní versus umělý výběr •Přírodní výběr je rozdílné přežití a reprodukce jedinců v důsledku rozdílů ve fenotypu. Je to klíčový mechanismus evoluce, změna dědičných znaků charakteristických pro populaci v průběhu generací. Charles Darwin zpopularizoval termín "přírodní výběr" a postavil jej do protikladu k umělému výběru, který je záměrný, zatímco přírodní výběr není. undefined undefined Mutace Typy selekce undefined 1: Směrový výběr: jediný extrém fenotyp preferovaný. 2, stabilizační výběr: středně pokročilý upřednostňovaný před extrémy. 3: Disruptivní výběr: extrémy upřednostňované před středními. Osa x: Fenotypový znak Osa Y: počet organismů Skupina A: původní populace Skupina B: po výběru pathwayz- pathwayz- pathwayz- Výběr proti oběma extrémům Výběr proti jednomu extrémů Výběr proti průměru --- Původní populace Populace po výběru Typy selekce •Stabilizační výběr je pravděpodobně nejběžnějším typem přírodního výběru; upřednostňuje nejběžnější fenotyp jako nejlépe přizpůsobený. Stabilizační selekce snižuje variabilitu selekcí proti alelám, které produkují extrémnější fenotypy na obou koncích fenotypového rozsahu. Výsledná křivka ve tvaru zvonu je užší. •Dobrým příkladem je porodní váha. Příliš malé děti jsou často nedostatečně vyvinuté, a proto mají sníženou šanci na přežití. Příliš těžké děti jsou obvykle větší, a proto mohou představovat zvýšené riziko komplikací během porodu. • • Směrová selekce - tento typ přírodního výběru je nejběžnější v obdobích změn prostředí. Směrová selekce upřednostňuje alely, které produkují fenotypy na jednom konci fenotypového rozsahu. Výběr snižuje variace na jednom konci rozsahu a upřednostňuje varianty na druhém konci. Výsledná křivka ve tvaru zvonu se posune ve směru výběru. Například populace plžů může vykazovat určité rozdíly v barvě ulity. Směrová selekce může působit proti nejsvětlejším barevným jedincům, čímž se snižuje frekvence alel, které kódují světlejší barvy. Disruptivní selekce upřednostňuje alely, které kódují fenotypy na obou extrémech fenotypového rozsahu. Křivka ve tvaru zvonu získává dva vrcholy. Rušivá selekce může nastat, když jsou podmínky prostředí proměnlivé nebo když populace pokrývá velkou oblast. Například populace hlemýžďů může žít v oblasti, která má oblasti s bílými skalami a oblasti s černými skalami. Rušivá selekce by působila proti jedincům s přechodnými barvami (šedí nebo béžoví jedinci), čímž by se snížila frekvence alel, které tyto barvy kódují. Rušivý výběr může vyústit ve dvě odlišné skupiny, a pokud se přizpůsobí jinému způsobu života (nika), mohou se nakonec vyvinout do samostatných druhů (speciace). Průmyslový melanismus V průmyslových oblastech jsou lišejníky, kmeny stromů a keřů tmavé. Těmto podmínkám se přizpůsobila Píďalka březová, která v tmavé melanické morfě nahradila původní morfu světlou. Příčina spočívá v tom, že můry jsou vystaveny predaci ptáků orientujících se při lovu zrakem. Změna barvy nabízí lepší kamufláž na změněném pozadí, což potvrzuje vliv přirozeného výběru. . undefined Populace undefined undefined undefined Hejno ptáků Stádo pakoňů Relativní biomasa terestrickým obratlovců vůči terestrickým členovcům undefined undefined Měnící se globální distribuce terestrických savců Srovnání terestrických savců na základě biomasy – v tunách uhlíku 85% pokles volně žijících terestrických savců od objevení se člověka ! Jedna tuna C se rovná: 100 lidem (hmotnost 67kg) 110 prasatům (hmotnost 60) 20 kravám (hmotnost 300kg) 2 slonům (hmotnost 3500kg každý) Populace jako dynamický systém •Populace – jedinci seskupení do struktur podle věku, vývojového stádia, hmotnosti atd. • •Podmínky – teplota, vlhkost, proudění, pH, salinita atd. • •Zdroje – teplo, vody, kyslík, prostor atd. • •Ostatní organismy – kompetice, predace, patogenní organismy, paraziti Populace jako dynamický systém Klima, predace, kompetice, potrava nebo živiny, nemoci společenské faktory Klima, predace, kompetice, potrava nebo živiny, nemoci společenské faktory Natalita a imigrace Mortalita a emigrace Populace v čase t +1 Populace v čase t Míra růstu populace Limitující faktory - Liebigův zákon minima •Růst populace je limitován relativně nejvzácnějším zdrojem • •Zdroje mohou limitovat nejen růst a početnost konzumenta, ale také mohou regulovat populační růst • •Dynamický vztah mezi zdroji a konzumenty – tzv. regulace zdola – regulace prostřednictvím potravních zdrojů Limitující faktory ohrožených druhů Základní vlastnosti populace •Formální •Početnost (abundance) •Hustota (denzita) •Disperze (distribuce) •Struktura • • •Funkční •Plodnost (natalita) •Úmrtnost (mortalita) •Migralita •Růst a dynamika • • • ABUNDANCE Početnost a hustota populace •Početnost (abundance) a hustota (denzita) populace jsou dvě nejdůležitější charakteristiky, které používáme k popisu a pochopení populace. •Početnost populace se vztahuje k počtu jedinců (N), hustota je počet jedinců na určitou jednotku prostoru nebo objemu. •Větší populace bývají většinou stabilnější než menší populace. S menší genetickou variabilitou bude mít menší populace sníženou schopnost přizpůsobit se změnám prostředí. •Jedinci v populaci s nízkou hustotou jsou rozptýleni řídce; proto mohou mít větší potíže s hledáním partnera ve srovnání s jedinci v populaci s vyšší hustotou. •Na druhou stranu populace s vysokou hustotou často vedou ke zvýšené soutěži o potravu. Hustotu ovlivňuje mnoho faktorů, ale obecně platí, že menší organismy mají vyšší populační hustotu než větší organismy. Proč studujeme populace ? •Početnost populace – abundance – počet jedinců v populaci •Příklad 1: 1. ledna má populace N1 = 100 jedinců • 1. ledna následujícího roku má N2 = 200 jedinců • Jaký bude počet jedinců za další rok ? N3 = 400 jedinců •Počet jedinců roste jako peníze v bance ! •Každoroční růst je dán úrokovou mírou a množstvím peněz ! •Pokles počtu jedinců v populaci – analogie • •Příklad 2: čas t 1: N = 100 jedinců • čas t 2: N = 50 jedinců • čas t 3: N = 25 jedinců • •Je to stejný proces – opačný charakter •Potřebujeme tedy metodu jak měřit míru růstu populace ! •Co ovlivňuje počty jedinců v populaci ? Roje sarančat překračují nosnou kapacitu s obrovskými populacemi. Roje sarančat překračují nosnou kapacitu s obrovskými populacemi. Tyto krátkodobé výkyvy ve velikosti populace produkují hejna sarančat schopná ničit farmy, když se pohybují zemědělskou krajinou a požírají vše, co jim stojí v cestě. Národy žijící v rámci svých ekologických možností (zeleně) nebo v ekologickém přestřelení (červeně) v roce 2022. undefined Důsledky: „Klídek“ versus „Přestřelení“ undefined Pohodové léto dojnic ve švýcarských Alpách v kantonu Valais – KLÍDEK undefined Štvanice na ryby při rybolovu při západu slunce v Cochinu, Kerala,Indie - PŘESTŘELENÍ Abundance a hustota populace •Abundance je součet všech jedinců v populaci •Obvykle se stanovuje ve vztahu k nějaké jednotce plochy nebo objemu – hustota •Relativní abundance - indexy •Absolutní denzita – vztahuje se na jednotku plochy Distribuce organismů v prostoru Differences between communities in equitability of abundances Srovnání abundance člověka a některých savců Crowded mountains: Long-term effects of human outdoor recreation on a community of wild mammals monitored with systematic camera trapping | Ambio Abundance je v rámci a reálu rozšíření je často velmi variabilní A female eastern grey kangaroo undefined undefined WHERE DO KANGAROOS LIVE? Klokani v Austrálii Abundance je často velmi dynamická v čase • • HUSTOTA Hustota a disperze •Hustota a disperze jsou dvě charakteristiky populací, které mohou poskytnout vhled do procesů, jako je konkurence a teritorialita. •Jejich měření je zásadní pro naše chápání populační ekologie a biogeografie. Hustota populace •Hustota (densita) – množství jedinců určitého druhu na jednotku plochy nebo objemu • •Vyjádření: Abundance (početnost) = Nm-2, N ha -1, Nml-1, Nl-1, p/h • Biomasa (váha živé hmoty) g m-2, kg ha-1 ,mg ml-1 , g l-1 • •Hustota absolutní – konkrétní počet jedinců •Hustota relativní – různé indexy nebo v % •Hustota hrubá – jedinci na ploše bez ohledu na rozdílnost míst •Hustota specifická – počet na jednotlivé plochy • Biomasa https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/13/7_-_Itahuania_-_Ao%C3%BBt_2008.JPG/1280px -7_-_Itahuania_-_Ao%C3%BBt_2008.JPG Biomasa je hmotnost živých organismů v dané oblasti nebo ekosystému v daném čase. Biomasa může odkazovat na druhovou biomasu, což je hmotnost jednoho nebo více druhů, nebo na biomasu společenstva, což je hmotnost všech druhů ve společenství. Může se jednat o mikroorganismy, rostliny nebo živočichy. Hmotnost může být vyjádřena jako průměrná hmotnost na jednotku plochy, nebo jako celková hmotnost v komunitě. Importance of Ocean and Marine Ecosystems Pyramidy biomasy undefined undefined Život na Zemi: distribuce celkové biomasy undefined Distribuce savců na Zemi Hustota malých a velkých organismů v přirozených populacích •Hustota v běžných jednotkách (např. m2 nebo m3) •Rosivky 5 000 000/m3 •Půdní členovci 500 000/m2 •Barnacles (přílipky) 20/100cm2 •Stromy 500/ha •Myši 250/ha •Jeleni 4/km2 • •Člověk – Holandsko 395/km2 • USA 31/km2 • Kanada 3,2/km2 Hustota populace Terejové mohou přetrvávat ve velmi vysokých hustotách. Terejové mohou přetrvávat ve velmi vysokých hustotách. Vyvinulo se u nich přehnané teritoriální chování jako adaptace k udržení těchto hustě namačkaných kolonií. Velikost populace •Nejzákladnějším demografickým parametrem je počet jedinců v populace. •Velikost populace je definována jako počet jedinců přítomných v subjektivně určeném geografickém areálu. •Navzdory jednoduchosti tohoto konceptu je téměř nemožné najít všechny jedince během sčítání (plný počet každého jedince), takže ekologové obvykle odhadují velikost populace tak, že spočítají jednotlivce v rámci malého vzorku a extrapolují tento vzorek na větší populaci. Metody výzkumu populace •Sčítání všech jedinců v populaci je nejpřesnější způsob, jak určit její velikost. Tento přístup však obvykle není proveditelný, zejména u velkých populací nebo rozsáhlých stanovišť. Místo toho studujeme populace pomocí vzorkování, což zahrnuje počítání jedinců v určitém prostoru nebo objemu, který je součástí přirozeného prostředí populace. Analýza vzorových dat umožňuje vědcům odvodit velikost populace a hustotu populace o celé populaci. • • • • • • • • • • •K odběru vzorků populací lze použít různé metody, obvykle se odhaduje populace přisedlých nebo pomalu se pohybujících organismů pomocí kvadrátové metody. Kvadrat je čtverec, který uzavírá oblast uvnitř stanoviště. Oblast může být vymezena vytyčením klacky a provázkem, nebo pomocí čtverce ze dřeva, plastu nebo kovu položeného na zemi. obraz Stanovení hustoty •Hustotu lze odhadnout mnoha různými způsoby v závislosti na organismu a stanovišti, na kterém vzorkujeme. Častou metodou je tzv. čtvercový odběr. •Čtvercový odběr vzorků závisí na rozhodnutí o velikosti a tvaru plochy kde budete vzorkovat, a rozhodnutí, kolik vzorků potřebujeme odebrat. •Tento typ metody může být problematický, pokud organismy, které studujete, mají nízkou hustotu a/nebo se vyskytují ve shlucích po celé krajině. Kvadratové metody lze také použít k extrapolaci hustot z nepřímých měření (např. zvířecího trusu, stop, hnízd). Metody stanovení hustoty •Absolutní •Celkové sčítání •Vzorkování populace •Značkování populace •Relativní •Odhad •Smýkací metody •Lineární metody Metody stanovení hustoty populace •Celkové sčítání (census) – součet všech jedinců v populaci (velcí kopytníci, velryby, kolonie netopýrů •Vzorkování populace – součet jedinců v části populace - odběr reprezentativního množství vzorků – problémy se vzorkováním u nerovnoměrně distribuovaných jedinců •Určování relativní početnosti pomocí indexů – lineární versus nelineární indexy (korekce na saturaci) •CMR metody „capture-mark-recapture“, „catch-mark-release“ – stejná pravděpodobnost odchytu u všech zvířat – značení nesmí mít vliv na odlovitelnost •Sledování numerických změn se zřetelem na demografické procesy v populaci •Pro mobilní organismy se obvykle používají technika značkování a opětovného – týká se to především živočichů jako jsou savci, ptáci nebo ryby. Zvířata se chytají a značkují (štítky, pásky, barva, znaky na těle aj). Označená zvířata jsou poté vypuštěna zpět do svého prostředí, kde se smísí se zbytkem populace. Později je oderán nový vzorek, včetně některých jedinců, kteří jsou označeni (znovu zachyceni), a některých jedinců, kteří nejsou označeni. • obraz Metody značkování jedinců Metody CMR Metody CMR Abundance a hustota - souhrn • Důležité: •Velikost populace se vztahuje k počtu jedinců (N), které se v ní skládají. •Hustota populace je počet jedinců v dané oblasti nebo objemu. •Obvykle studujeme populace pomocí vzorkování, což zahrnuje počítání jedinců v určité oblasti nebo objemu, který je součástí přirozeného prostředí populace. •Kvadrátová metoda se používá k odběru vzorků přisedlých organismů pomocí čtverce, ve kterém jsou spočítáni všichni jedinci; Extrapolace dat na celé stanoviště vede k odhadu velikosti populace. •Technika značení a opětovného odchytu se používá pro mobilní organismy; Zahrnuje označení vzorku jedinců a následný odhad velikosti populace z počtu označených jedinců v následujících vzorcích. • • Trendy při stanovení hustoty •Hustota organismů se liší v závislosti na řadě faktorů. Úmrtí, narození, imigrace a emigrace, to vše jsou procesy, které mohou mít dopad na hustotu populace v daném čase. • •Například u řady druhů mají menší organismy tendenci se vyskytovat ve vyšších hustotách než větší organismy Hustota versus velikost těla obraz Hustota populace negativně koreluje s velikostí těla: Australští vačnatci vykazují typický inverzní vztah mezi hustotou populace a velikostí těla. Vztah hustoty a hmotnosti těla Velikost živočichů a hustota populace průměrná hustota populace klesá s rostoucí velikostí těla Velikost rostlin a hustota populace Hustota populace rostlin klesá s rostoucí velikostí těla a jejich areálem rozšíření • • • DISPERZE Disperze •To jak jsou jedinci dané populace uspořádáni v prostoru, nám může hodně napovědět o jejich ekologii. • • Rozlišujeme tři základní typy disperze: Nahloučený Rovnoměrný Náhodný Typy disperze obraz Důležité: • Vzorce rozptylu nebo distribuce ukazují prostorový vztah mezi členy populace v rámci stanoviště. • Jedinci v populaci mohou být rozděleni do jednoho ze tří základních vzorů: uniformní, náhodný nebo shlukovaný. • Při rovnoměrném rozložení jsou jedinci rovnoměrně rozmístěni, jak je vidět u negativní alelopatie, kde chemikálie zabíjejí rostliny obklopující šalvěje. • Při náhodném rozložení jsou jedinci rozmístěni v nepředvídatelných vzdálenostech od sebe, jak je vidět u rostlin, které mají semena rozptýlená větrem. • Ve shluknutém rozšíření jsou jedinci seskupeni dohromady, jak je vidět u slonů u napajedla. Disperze (distribuce) populace •Disperze - vyjadřuje rozmístění jedinců v prostoru, tj. na demotopu - je to tzv. vnitropopulační rozptyl na určité ploše • •Nahodilá disperze – (nepravidelná) – vzácně se vyskytující •Rovnoměrná disperze – (pravidelná) – tam, kde je silná vnitrodruhová konkurence •Nahloučená disperze – (agregovaná) - nejčastější Typy disperze populace Variabilita disperze •Rozdíly v disperzi mohou být dány geneticky (rozdílné genotypy šířících a nešířících se jedinců) •Rozdíly dané pohlavím •Sociální rozdíly – populace drobných sabvců –Sociální podřízenost –Geneticky daný polymorfismus –Rozptyl jedinců před nasycením a při nasycení populační hustoty –Sociální soudržnost Síly podporující agregaci - shlukování •Shodný výběr stanoviště • •Přitažlivost jedinců – sobecké stádo • •Přesycení predátora v čase • •Distribuce jako kompromis mezi faktory pro a proti shlukovaní Disperze populace •Alleeho princip – při agregaci se může zvyšovat vnitrodruhová kompetice, ale tento jev je kompenzován příznivým vlivem skupiny na jedince. • •Izolace jedinců – důsledek vnitrodruhové konkurence • •Disperze a isolace – se působením sezónních změn mění, např. vlivem vývoje a růstu populace Případová studie: dva vzorce rozptylu u pavouků •Agelenopsis aperta je pavouk žijící na pastvinách a polopouštích. Tito pavouci vytvářejí pavučiny, které připomínají nálevky a v malém měřítku (1–3 m) jsou pavouci rozmístěni rovnoměrně avšak v měřítku prostorově větším mají pavouci disperzi nahloučenou. Proč? Ve větším prostorovém měřítku pavouci preferují biotopy, kde se vyskytuje jejich kořist, což velké prohlubně v travnatých biotopech s vlastnostmi atraktivními pro hmyzí kořist (např. kvetoucí keře, přítomnost opadu a zvířecích výkalů). Protože prostorová distribuce těchto biotopů je nepravidelná jeví se disperze pavouků v prostoru jako nahloučená (agregovaná). Uvnitř těchto malých biotopů dochází k prostorové kompetici s dalšími pavouky (vetřelci).Rezidentní jedinci jsou vůči nim agresivní, což vede k udržování pravidelných vzdáleností a disperze se v tomto případě jeví jako rovnoměrná. 126 Agelenopsis Aperta Images, Stock Photos, 3D objects, & Vectors | Shutterstock MIGRACE Migralita •Migralita (stěhování) – zahrnuje všechny pohyby nebo stěhování z jednoho místa na druhé uvnitř ekotopu i mimo něj •Tři typy migrace: migrace • emigrace • imigrace • Další pojmy: permigrace • komigrace • introdukce • invaze •Migrace – periodicky se opakující pohyb živočišných populací různého rozsahu a směru s pozdějším návratem do původního stanoviště • •Míra migrace – podíl migrantů v populaci (%) •Příklady: zajíc sněžný = 1 % • norník rudý = méně než 5% • vrabec domácí = 9% • sýkora koňadra = 36% • praví migranti = celá populace - sezónní migrace Migralita Migralita – stěhování organismů - ppt stáhnout Typy migrace Typy migrace Sezónní migrace motýlů Monarcha Monarcha stěhovavý (Danaus plexippus) Biologická expanze afrických včel z jižní do střední a severní Ameriky Afrikanizovaná včela – Wikipedie undefined Míra migrace (expanze) různých populací živočichů • •Africké včely v Americe • •Králík v Evropě • •Kůň • •Holub v Eurasii • •Pěnkava • •Ranní Homo • •Jeleni • •Los • • • • Africké včely se šíří napříč Amerikou 10x rychleji než … je míra expanze hrdličky napříč Evropou a 100x rychleji než … je míra expanze losa na Novém Zélandu • • • METAPOPULACE Co je metapopulace ? •Metapopulace se skládá ze skupiny prostorově oddělených populací stejného druhu, které se vzájemně ovlivňují na určité úrovni. • •Termín metapopulace byl vytvořen v roce 1969 k popisu modelu populační dynamiky hmyzích škůdců na zemědělských polích. • •Tento konvcept byl ale nejšířeji aplikován na druhy v přirozeně nebo uměle fragmentovaných biotopech. Struktura metapopulace ryb undefined Lze říct že metapopulace skládá populace z populací ! Co je fragmentovaný habitat ? •Fragmentace habitatu - stanoviště popisuje vznik diskontinuit (fragmentace) v preferovaném prostředí (stanovišti) organismu, které způsobují fragmentaci populace a faktický rozpad ekosystému. •Mezi příčiny fragmentace stanovišť patří geologické procesy, které pomalu mění uspořádání fyzického prostředí (podezření, že jsou jednou z hlavních příčin speciace), a lidská činnost, jako je přeměna půdy, která může měnit prostředí mnohem rychleji a způsobuje vyhynutí mnoha druhů. •Fragmentace stanovišť je proces, při kterém se velká a souvislá stanoviště dělí na menší, izolované části stanovišť. Fragmentace a destrukce habitatů primátů ve Střední Africe undefined undefined Odlesňování v Bolívii (2016) Fragmentace biotopu undefined Termín fragmentace biotopu zahrnuje pět samostatných jevů: • Zmenšení celkové rozlohy stanoviště • Zmenšení poměru mezi plochou a délkou okrajových biotopů • Izolace jednoho fragmentu stanoviště od ostatních oblastí stanoviště • Rozpad jedné části biotopu na několik menších ploch • Snížení průměrné velikosti každé části stanoviště Roztříštěnost silnicemi undefined Odlesňování v Evropě – vede Francie, zbylo jen 15% původní vegetace ! Metapopulace většina populací má fragmentovaný charakter Fragmentované habitaty - metapopulace Fragmentace vrchovišť v Dorsetu (UK) • • •Srovnání stavu z roku 1759 a z roku 1978 Vliv fragmentace na dynamiku populace Caterpillar in frontal view Lymantria dispar dispar Progressive spread across north east US from 1900 to 2007; compiled from county data by US Forest Service Larva (caterpillar) eating leaves Aerial photo showing gypsy moth defoliation of hardwood trees along the Allegheny Front near Snow Shoe, Pennsylvania, in July 2007. Some of the trees had begun refoliating by the time this picture was taken. Význam fragmentace habitatu ! •Termín fragmentace biotopu zahrnuje pět samostatných jevů: –Zmenšení celkové rozlohy stanoviště –Zmenšení poměru mezi vnitřním a vnějším prostorem stanoviště –Izolace jednoho fragmentu stanoviště od ostatních oblastí stanoviště –Rozpad jedné části biotopu na několik menších ploch –Snížení průměrné velikosti každé části stanoviště • Vnitřní a vnější prostor habitatu Habitat fragmentation and how land conservation is putting the pieces back together - The Nature Trust of British Columbia Vliv fragmentace metapopulace díky urbanizaci a krajinné ekologii Chapter 4: Metapopulations and Landscape Ecology – Applied Ecology Ukázka urbanistické fragmentace Fragmentace stanoviště a koridory Metapopulace a koridory A green forest corridor in Brazil Koridor pro zvěř v Brazílii undefined Městský zelený koridor v Lille, Francie Singapore highway Přechod v Singapuru Podchod pro velbloudy, Katar Příklady fragmentovaných stanovišť The studies on the effects of fragmentation per se conclude that its... | Download Scientific Diagram www.mezistromy.cz/images/clanky/fragmentace_krajin... Habitat fragmentation lessons from long-term, large-scale forest experiments - Conservation Corridor Ecography Special Issue highlights latest research on habitat fragmentation - Conservation Corridor Habitat encroachment, fragmentation and loss – Eco-intelligent™ Dynamika metapopulace •Mnoho druhů má strukturu metapopulací, pro kterou je charakteristický výskyt na mnoha isolovaných habitatech propojených vzájemně disperzí (migrací) • •Metapopulace jsou charakteristické opakovanou extinkcí a kolonizací. • •Dynamika početnosti metapopulací se odvozuje ze vztahu: • dp/dt = cp/1 –p - ep Populace versus Metapopulace •Lokální populace •Uzavřená populace •Skupina organismů stejného druhu žijící na stejném místě a ve stejném čase •Zde jedinci přibývají a ubývají pouze díky natalitě a mortalitě •Interakce mezi členy populace nastávají na úrovní celé lokální populace •Metapopulace •Otevřená populace •Skupina organismů stejného druhu nežijící na stejném místě ale ve stejném čase •Zde jedinci přibývají a ubývají pouze díky imigraci a emigraci •Interakce mezi členy populace nastávají pouze za základě umožnění jejich migrace • • • Význam metapopulační ekologie •Metapopulační ekologie se zabývá dynamickými důsledky migrace mezi lokálními populacemi a podmínkami regionální perzistence druhů s nestabilními lokálními populacemi. • •Dobře zavedené vlivy plochy biotopu a izolace na migraci, kolonizaci a vymírání populací se nyní staly integrovanými s klasickou metapopulační dynamikou. • •To vedlo k modelům, které lze použít k předpovídání pohybových vzorců jedinců, dynamiky druhů a vzorců rozšíření ve vícedruhových společenstvích v reálných fragmentovaných krajinách. STRUKTURA POPULACE Struktura populace •Věková struktura - vyjadřuje poměrné zastoupení jednotlivých věkových tříd populace – nejčastěji: předreprodukční • reprodukční • postreprodukční •Váhová struktura – tam, kde nelze rozpoznat věk jedinců (např. u hlodavců) • •Pohlavní struktura – poměr pohlaví (sex ratio): primární • sekundární • terciální •Sociální struktura – studuje etologie Poměr pohlaví •Pohlavně se rozmnožující organismy si musí najít partnery, aby zplodily potomstvo. Bez srovnatelného počtu samců a samic mohou být možnosti páření omezené a populační růst může zabrzdit. • •Ekologové tedy měří počet samců a samic v populaci, aby vytvořili poměr pohlaví, který může pomoci předpovědět růst nebo pokles populace. • •Podobně jako velikost populace je poměr pohlaví jednoduchý koncept se zásadními důsledky pro populační dynamiku. –Například stabilní populace si mohou udržovat poměr pohlaví 1:1, a proto si udržují konstantní rychlost růstu, –zatímco u klesajících populací se může vyvinout poměr pohlaví 3:1 ve prospěch samic, což má za následek vyšší rychlost růstu. –u druhů, kde samci významně přispívají k výchově potomstva, mohou populace místo toho udržovat poměr vychýlený směrem k samcům. Věková struktura populace •Ne všichni jednotlivci přispívají populaci stejně: •jedinci mohou být roztříděni do věkově specifických kategorií nazývaných kohorty, jako jsou "mladiství" nebo "subadultní" • •Výzkumníci pak vytvoří profil velikosti a věkové struktury kohort, aby určili reprodukční potenciál dané populace, aby mohli odhadnout současný a budoucí růst. –rychle rostoucí populace má obvykle větší reprodukční kohorty, –stabilní populace vykazují rovnoměrnější rozložení věkových tříd –rychle klesající populace mají velké starší kohorty. Věková struktura populace populace v rozvoji stálá populace vymírající populace Věkové pyramidy •Věková struktura populace – udává relativní počet jedinců v jednotlivých věkových třídách • • •Věkové třídy jsou specifické kategorie jako např. roky, měsíce, vajíčka, larvy, kukly, larvální instary • • •Věkové pyramidy – při stabilní distribuci věkových tříd je jejich tvar stabilní • Ploštice zelená (Nezara viridula) má díky metamorfóze různé formy těla mezi jednotlivými životními fázemi. Věková struktura populace hraboše •Rostoucí populace •Stabilní populace Věková struktura populace 2 druhů jehličnanů jedle smolná jedle „alpinská“ Příklady věkové struktury populace člověka Pyramida věkové struktury z italského městečka Matelica zobrazuje dominantní středněvěkou věkovou třídu. Pyramida věkové struktury z italského městečka Matelica zobrazuje dominantní středověkou věkovou třídu. NATALITA Population Ecology - Welcome to The Frog Pad! Natalita populace Plodnost - natalita Jak naznačuje věková struktura, někteří jedinci v populaci mají větší vliv na procesy na úrovni populace, jako je růst. Plodnost popisuje počet potomků, které je jedinec nebo populace schopna vyprodukovat během daného časového období. V demografických studiích se plodnost vypočítává jako míra porodnosti specifická pro daný věk, která může být vyjádřena jako počet porodů za jednotku času, počet porodů na ženu za jednotku času nebo počet porodů na 1 000 jedinců za jednotku času. •Maximální plodnost (fyziologická) je teoretický maximální počet potomků vyprodukovaných v populaci za předpokladu, že neexistují žádná ekologická omezení. •Každý ekosystém se však vyznyčuje podmínkami omezující své populace, dávají ekologové přednost měření realizované (nebo ekologické) plodnosti, což je pozorovaný počet potomků vyprodukovaných v populaci za skutečných podmínek prostředí. Natalita populace •Natalita – je dána rozením (vznikem) nových jedinců v populaci. • •Realizovaná natalita - je dána skutečným počte vzniklých potomků na jednu samici za jednotku času • •Fyziologická natalita – maximální – biotický potenciál druhu • •Věkově specifická natalita – počet potomků narozených za jednotku času samicím určitě • věkové třídy, Společné hnízdo vajíček scinků dokládá plodnost několika jedinců. Společné hnízdo scinkových vajec ukazuje plodnost několika jedinců. Země podle porodnosti (rok 2023) undefined Zobrazení vývoje populace v Japonsku (1920–2010) a srovnání s předpokládaným počtem obyvatel (2011–2060). undefined MORTALITA Úmrtnost - mortalita •Dalším individuálním rysem, který ovlivňuje růst populace, je úmrtnost – natalita. Úmrtnost je měřítkem jednotlivých úmrtí v populaci a slouží jako protiváha plodnosti. •Stejně jako plodnost se úmrtnost měří mírami, obvykle vyjádřenými jako počet jedinců, kteří zemřou v daném období (úmrtí za jednotku času), nebo podílem populace, která zemře v daném období (procento úmrtí za jednotku času). •Populace má teoreticky minimální úmrtnost – teoreticky minimální počet úmrtí v populaci za předpokladu, že neexistují žádná ekologická omezení. •Minimální úmrtnost je vždy nižší, než realizovaná (nebo ekologická), což je pozorovaný počet ztrát v populaci za skutečných podmínek prostředí. Podobně jako realizovaná plodnost, realizovaná úmrtnost se mění v čase na základě vnitřní a vnější dynamiky populace. Mortalita populace •Mortalita – počet uhynulých jedinců v populaci za jednotku času. • •Míra mortality je dána podílem počtu uhynulých jedinců za jednotku času a průměrné početnosti populace za tuto časovou jednotku. Míra mortality může být stanovena pro celou populaci nebo pro jednotlivé věkové třídy • •Specifická mortalita - např. věkové třídy • •Fyziologická mortalita – minimální, hynou přirozenou smrtí • •Realizovaná mortalita – skutečná v přírodě Mortalita populace - příklad •Populace má na začátku N = 1000 jedinců a na konci sledovaného časového úseku N = 600 jedinců. • •Průměrná velikost populace tedy je N = 800 • •Míra mortality je dána 400/800 = 0.5 • •Pravděpodobnost úhynu jedince je dána jako počet hynoucích na počátku, což je 400/100 = 0.4 Tabulky úmrtnosti •Tabulky úmrtnosti, které poskytují důležité informace o životní historii organismu, rozdělují populaci do věkových skupin a často i pohlaví; Ukazují, jak dlouho bude člen této skupiny pravděpodobně žít. Tabulky úmrtnosti mohou zahrnovat: –pravděpodobnost úmrtí jedinců před jejich příštími narozeninami (tj. úmrtnost) –procento přeživších jedinců v určitém věkovém intervalu –předpokládaná životnost v každém intervalu • Křivky přežívání – typy I, II, III Population Structure ( Read ) | Biology | CK-12 Foundation Nízká mortalita, jedinci se dožívají velkého stáří mortalita, Střední mortalita, jedinci umírají rovnoměrně mortalita, Vysoká mortalita, jedinci se umírají v nízkém věku mortalita, Křivky přežívání – typy I, II, III Survivorship curves showing the idealized survivorship patterns of three categories of organisms Stock Photo - Alamy Křivky přežívání – natalita versus mortalita Křivky přežití pro čtyři léčebné skupiny v experimentu s kalorickou restrikcí Weindrucha et al. (1986): Kontrolní (ad libitum) a 85, 50 a 40 kcal/týden. Případová studie: Omezení kalorií u laboratorních myší Křivky přežití pro čtyři léčebné skupiny v experimentu s kalorickou restrikcí. Kontrola (ad libitum) a krmné kúry 85, 50 a 40 kcal/týden. Kontrola 40 kcal/týden Věk (měsíce) Zjištěno bylo prodloužení průměrné i maximální délky života ve všech kaloricky omezených skupinách, přičemž maximální délka života se > kontrolou řadí na 40 kcal > 5 0 kcal > 85 kcal; stejné pořadí bylo pozorováno pro střední délku života. To znamená, že čím více byly myši kaloricky omezené, tím větší byla jejich délka života. Proces stárnutí byl tedy nejpomalejší u nejvíce kaloricky omezených myší a postupně rychlejší u zvířat s postupně méně omezenou konzumací potravy !!! Mortalita podle zemí, počet úmrtí na 1000 obyvatel undefined Míra přirozeného růstu populace versus míra mortality dětí (2023) Mortalita dětí byla stanovena na základě těch kteří se dožili 5 let. Z těchto údajů je vyloučena migrace lidí a vše je založenou pouze na údajích o narození a úmrtích. Evropské státy Subsaharská Afrika RUST POPULACE World population evolution | Historic growth and causes - Iberdrola Community growth and social labor count increase tiny person concept. Nation demographic arrow or business personnel, unemployment, followers, subscribers or customers development illustration. Population Explosion Obrázky World Population Growth – procházejte fotografie, vektory a videa 20,998 | Adobe Stock 13: Human population growth since prehistoric times; an example of a... | Download Scientific Diagram Solved - What efforts can you make as an individual to | Chegg.com 5. Lokální přelidnění a špatná hygiena 4. Snížení mortality 3. Pokrok v produkci jídla vody 2. Špatné rodinné plánování 1.Chudoba Zvýšené riziko katastrof a pandemií 4.Přelidnění 3. Vyčerpání přírodních zdrojů 2. Nechtěný růst populace 1.Podvýživa a hladovění Populační růst člověka Následky Příčiny Environmentální problematika Úvod do populačního růstu •Populační ekologie je studium toho, jak se populace – rostlin, zvířat a dalších organismů – mění v čase a prostoru a interagují se svým prostředím. • •Populace jsou skupiny organismů stejného druhu žijících ve stejné oblasti ve stejnou dobu. Jsou popsány charakteristikami, které zahrnují: –Velikost populace: počet jedinců v populaci –Hustota zalidnění: kolik jedinců je v určité oblasti –Růst populace: Jak se velikost populace mění v čase. • Pokud je populační růst jen jednou z mnoha populačních charakteristik, proč je jeho studium tak důležité? Jak roste populace ? Počet v pozdějším čase t +1 Počet v dřívějším čase t Dřívější čas t Pozdější čas t +1 Míra geometrického růstu λ je poměr počtu v pozdějším čase Nt+1 k počtu v dřívějším čase Nt Růst populace Růst populace •Počet jedinců v populaci je ovlivněn těmito vlivy: • • Npres = Npast + B – D + I – E • •Počet jedinců jistého organismu, který v současné době obývá určité místo (Npres) je roven součtu organismů, které toto místo obývaly dříve (Npast), organismu nově narozených v období od daného bodu v minulosti po současnost (B) a organismů-imigrantů (I); od tohoto součtu je odečteno množství jedinců zemřelých (D) a organismů-emigrantů (E). Růst populace •Podobně pro počet jedinců v budoucnosti tedy platí: • Růst populace • Nt+1 = Nt + B – D + I – E • •B = růst populace rozmnožováním (natalita) •I = růst populací imigrací •D = pokles populace hynutím (mortalita) •E = pokles populace emigrací •Nt = početnost populace v čase t •Nt+1 početnost populace v čase t+1 • •V uzavřených populacích je růst pouze závislý na B a D • • B + I > D + E • •Růst populace může být ovlivňován její hustotou • •Za určitých okolností má každý druh okamžitou míru růstu populace = r •Hodnota r však bude různá za různých podmínek prostředí, podle toho jak na těchto zdrojích závisí B a D • Růst populace •Teoretická hodnota r je dosažena za ideálních podmínek, kdy zdroje nejsou ničím limitované • •Populace může mít positivní, negativní nebo nulovou hodnotu r, podle toho, zda její počet roste, klesá a nebo je stálý. • • r = ln Ro/ T • •ln Ro = log průměrného počtu potomků na jednoho jedince •T = generační čas • •Parametr r je obvykle používán u uzavřených populací, tj. tam kde není vliv E a I. Představuje zde rozdíl mezi B a D • • r = B - D Studium populačního růstu ! •Studium populačního růstu také pomáhá pochopit, co způsobuje změny ve velikosti populace a tempu růstu. V oblasti rybolovu víme, že některé populace lososů klesají, ale nemusíme nutně vědět proč: –Klesají populace lososů, protože jsou nadměrně loveni lidmi? –Zmizelo přirozené prostředí lososů? –Změnily se teploty oceánů a způsobily, že se dospělosti dožilo méně lososů? –Nebo, možná ještě pravděpodobněji, je to kombinace prostředí ? – •Pokud nechápeme, co je příčinou tohoto poklesu, je mnohem obtížnější s tím něco udělat. • •Důležité: učení se tomu, co pravděpodobně nemá vliv na populaci, může být stejně informativní jako učení se tomu, co vliv je ! Populace lososů na Aljašcě Divergent Responses of Western Alaska Salmon to a Changing Climate - NOAA Arctic Proč je studium populací důležité ? •Studium toho, jak a proč populace roste (nebo se zmenšuje!) pomáhá lépe předpovídat budoucí změny ve velikosti populace a tempu růstu. •To je zásadní pro odpovědi na otázky v oblastech, jako je ochrana biologické rozmanitosti (např. populace ledních medvědů klesá, ale jak rychle a kdy bude tak malá, že populaci hrozí vyhynutí?) a růst lidské populace (např. jak rychle poroste lidská populace a co to znamená pro změnu klimatu). využívání zdrojů a biodiverzity?). Příběh amerického bizona Základy populačního růstu a americký bizon •Bizon z amerických plání (Bison bison) je ikonickým symbolem amerického západu. Odhaduje se, že oblast plání Spojených států původně živila populaci 15 až 100 milionů bizonů •V průběhu 19. století lovci zdecimovali populaci divokých bizonů a v roce 1889 zůstalo jen asi tisíc bizonů •Americká vláda – od počátku 19. století ochrana bizonů – zakládání chráněných stád ! •Díky dostatku zdrojů a malému počtu predátorů – rychlý růst počtu bizonů. •Populace bizonů v severním Yellowstonském národním parku (YNP) se zvýšila z 21 bizonů v roce 1902 na 250 za pouhých 13 let !!! • Exponenciální růst populace bizona v YNP Populace amerických bizonů v severním Yellowstonském národním parku (YNP) rostla exponenciálně mezi lety 1902 a 1915. Poté, co populace v 19. století téměř vyhynula, začala opět růst díky ochranářským snahám vlád a soukromých vlastníků půdy na počátku 1900. století. Jak periodická reprodukce (mláďata jednou za rok) ovlivňuje růst populace? Exponenciální růst funguje tak, že využívá nárůstu velikosti populace, a nevyžaduje zvýšení tempa populačního růstu. Stádo bizonů na severu YNP rostlo mezi lety 1902 a 1915 relativně konstantním tempem 18 % ročně. Stádo tehdy rostlo ročně o pouze 4 až 9 jedinců, ale do roku 1914, kdy byla populace větší a více jedinců se rozmnožovalo, přibylo téměř 50 jedinců. Periodická versus neperiodická reprodukce Bizon versus člověk ! •Samice bizonů ve stádě YNP mají mláďata každý rok přibližně ve stejnou dobu – na jaře od dubna do začátku června – takže velikost populace se nezvyšuje postupně, ale v době telení vyskočí. •Tento typ periodické reprodukce je v přírodě běžný a velmi se liší od reprodukce člověka, který se množí po celý rok. •Pro popis růst populací množící se periodicky, používáme tzv. geometrický růst. •Geometrický růst je podobný exponenciálnímu růstu, protože nárůst velikosti populace závisí na velikosti populace, ale podle geometrického růstu je důležité načasování: geometrický růst závisí na počtu jedinců v populaci na začátku každé rozmnožovací sezóny. •Exponenciální růst a geometrický růst jsou si natolik podobné, že v delších časových obdobích může exponenciální růst přesně popisovat změny v populacích, které se pravidelně množí (jako bizoni), stejně jako v těch, které se množí konstantněji (jako lidé). Geometrický a exponenciální růst Geometrický růst charakterizuje série bodů tvaru J (modré body) … zatímco exponenciální růst je charakterizován křivkou tvaru J (červená linie) Když průběh křivek geometrického nebo exponenciálního růstu populace zlogaritmujeme, dostaneme funkci, jejímž vyjádřením je přímka. Geometrický versus Aritmetický Periodický versus Neperiodický Arithmetic vs Geometric Average Returns Calculations https://cbsenotes.weebly.com/uploads/1/2/5/1/12511586/176846_orig.png Geometrický = Periodický Aritmetický = Neperiodický Invazní druhy ryb Americe •Mezi několik druhů asijských kaprovitých ryb patří: karas, kapr, amur, tolstolobik. V Číně pěstují a jedí již více než 1 000 let a patří mezi nejlepší potraviny akvakultury na světě. Ve Spojených státech jsou však populace „asijských“ kaprů považovány za invazivní a narušují tam strukturu a složení původních rybích společenstev až do té míry, že ohrožují původní vodní druhy. obraz EXPONECIALNI RUST Jak populace roste? Exponenciální a logistické rovnice Changes in a population of Paramecium over a six day period Změny v populaci rodu Paramecium za období šesti dnů Co dokáže exponenciální růst ! Případ rýže na šachovnici nedefinovaný Na šachovnici je obsazeno 5 polí a na nich celkem 31 pšeničných zrn. The Legend of Sissa ben Dahir & The Creation of CHESS! - YouTube Problém pšenice a šachovnice •Pokud by šachovnice měla pšenici umístěnou na každém poli tak, že by jedno zrnko bylo umístěno na prvním poli, dvě na druhém, čtyři na třetím a tak dále (čímž by se počet zrn na každém následujícím poli zdvojnásobil), kolik zrn by bylo na šachovnici na konci? Problém lze vyřešit jednoduchým přidáním. S 64 poli na šachovnici, pokud se počet zrnek na po sobě jdoucích polích zdvojnásobí, pak součet zrnek na všech 64 polích je: 1 + 2 + 4 + 8 + ... a tak dále pro 64 polí. Celkový počet zrn lze ukázat jako 264−1 nebo 18 446 744 073 709 551 615 (osmnáct trilionů, čtyři sta čtyřicet šest biliard, sedm set čtyřicet čtyři bilionů, sedmdesát tři miliard, sedm set devět milionů, pět set padesát jedna tisíc šest set patnáct, více než 1,4 bilionu metrických tun), což je více než 2000 krát vyšší než roční celosvětová světová produkce pšenice !!! Podle legendy daroval vezír Sissa Ben Dahir indickému králi Sharimovi krásnou ručně vyrobenou šachovnici. Král se zeptal, co by si za svůj dar přál a dvořan krále překvapil tím, že požádal o jedno zrnko rýže na první čtverec, dvě zrnka na druhé, čtyři zrnka na třetí a tak dále. Král ochotně souhlasil a požádal, aby byla rýže přivezena…. Exponenciální růst •Nejlepší příklad exponenciálního růstu je vidět u bakterií. Bakterie jsou prokaryota, která se množí prokaryotickým dělením. •Toto dělení trvá u mnoha bakteriálních druhů asi hodinu. Pokud je 1000 bakterií umístěno do velké baňky s neomezeným přísunem živin (takže živiny nebudou vyčerpány), po hodině dojde k jednomu kolu dělení (přičemž každý organismus se rozdělí jednou), což vede k 2000 organismům. •Za další hodinu se každý z 2000 organismů zdvojnásobí, takže jich vznikne 4000; po třetí hodině by v baňce mělo být 8000 bakterií; a tak dále. •Důležitým konceptem exponenciálního růstu je to, že tempo růstu populace, počet organismů přidaných v každé reprodukční generaci, se zrychluje; to znamená, že roste stále větším tempem. •Po jednom dni a 24 těchto cyklech by se populace zvýšila z 1000 na více než 16 miliard. •Když se velikost populace, N, vynese v průběhu času, vytvoří se růstová křivka ve tvaru J. • Bakterie versus Bizoni •Pokud začneme s jedinou bakterií, která by se mohla zdvojnásobit každou hodinu, exponenciální růst by vám dal 281 474 977 000 000 bakterií za pouhých 48 hodin! •Populace bizonů YNP dosáhla v roce 2005 maximálně 5000 zvířat, ale pokud by pokračovala v exponenciálním růstu jako v letech 1902 až 1915 (18% tempo růstu), bylo by dnes (2022) ve stádě YNP více než 1,3 miliardy (1 300 000 000) bizonů !!! •To je více než třináctkrát více, než kolik bizonů se kdy potulovalo po všech amerických pláních! V přírodě je exponenciální růst běžný ! (Škůdci a invazní druhy se množí exponenciálně !) •Invaze do nových stanovišť – organismy využívají bohaté zdroje: •napadající zemědělští škůdci •zavlečené druhy •pečlivě řízené obnovy - (američtí bizoni) • •V případě zavlečených druhů nebo zemědělských škůdců může exponenciální růst populace vést k dramatickému zhoršení životního prostředí a značným výdajům na regulaci druhů škodlivých organismů. Exponenciální rovnice je standardní model popisující růst populace •Na jednom z předchozích, obrázků je znázorněna rostoucí populace prvoka Paramecium sp. na malém laboratorním sklíčku. V této populaci se jedinci dělí jednou denně. •Když začneme s jedním jedincem v den 0, očekáváme, že v následujících dnech budou v populaci 2, 4, 8, 16, 32 a 64 jedinců. •Kterýkoli další den je počet jedinců v populaci dvojnásobný oproti počtu včera, takže dnešní číslo, říkejme mu N (dnes), se rovná dvojnásobku čísla včera, říkejme mu N (včera), které můžeme kompaktněji zapsat jako N (dnes) = 2N (včera). Jak vzniká exponenciální růst ? •Exponenciální růst nastává, když množství roste rychlostí přímou úměrnou jeho současné velikosti. Například, když bude 3 krát větší než nyní, bude růst 3 krát rychleji než nyní. undefined Bakterie vykazují exponenciální růst za optimálních podmínek. undefined undefined Anatomie rovnice pro exponenciální růst populace Tento tvar rovnice pro exponenciální růst populace vypočítá míru růstu populace jako důsledek rmax a N Tento tvar rovnice pro exponenciální růst populace umožní vypočítat velikost populace v čase t … se rovná per capita míře růstu krát počet jedinců Počet jedinců Okamžitá míra růstu Změna v čase Změna v počtu Míra změny velikosti populace … se rovná počátečnímu počtu krát e umocněnému rmaxt Počet časových intervalů v hodinách, dnech, rocích atd. Okamžitá míra růstu potomků za časový interval Základ přirozeného logaritmu Počet v čase t … Jak míra růstu populace r ovlivňuje velikost/růst populace ? Když je λ < 1 nebo r < 0, velikost populace klesá Když je λ > 1 nebo r > 0, velikost populace klesá Když je λ = 1 nebo r = 0, velikost populace klesá Srovnání závislosti a nezávislosti r na hustotě Každý bod představuje jednu populaci Při nezávislosti na hustotě není míra růstu populace funkcí hustoty Při závislosti na hustotě se míra růstu populace mění v závislosti na změně hustoty Hustota populace Míra populačního růstu ƛ může být ovlivněna vysokou hustotou populace •(A) Geometrická míra růstu populace ƛ trávy druhu Poa annua je negativně závislá na hustotě • •(B) Totéž platí pro populační růst jedinců druhu Dafnia pulex Opak růstu je exponenciální pokles undefined Vlevo: obecná forma exponenciálního růstu populace (rovnice 2). Vpravo: skutečný počet Paramecium ve vzorku o objemu 1 cc laboratorní kultury. Left: general form of exponential growth of a population (equation 2). Right: actual numbers of Paramecium in a 1 cc sample of a laboratory culture. Vandermeer Equation 2 Znázornění vnitřní míry nárůstu jako funkce populační hustoty pro laboratorní populaci Paramecium sp. Representing the intrinsic rate of increase as a function of population density for a laboratory population of Paramecium Znázornění vnitřní míry nárůstu jako funkce populační hustoty popět pro laboratorní populaci Paramecium sp. Čím vyšší je hustota populace, tím nižší je vnitřní míra jejího růstu. Tento trend růstu vykazuje řada dalších druhů organismů. Файл:Paramecium.jpg — Wikipedia Hypotetický případ populace škodlivého organismu v agroekosystému Hypothetical case of a pest population in an agroecosystem Podle modelu 1 (který má poměrně velký odhad R) musí zemědělec přemýšlet o aplikaci kontrolního postupu zhruba v polovině sezóny. Podle modelu 2 (který má relativně malý odhad R) se zemědělec nemusí o hubení škůdce vůbec starat, protože jeho populace překračuje ekonomický práh až po sklizni. Je zřejmé, že je důležité vědět, který model je správný, protože v případě 2 zemědělec nemusí investovat do hubení škůdců, protože tito dosáhnou nebezpečné hustoty až v době po sklizni. Závislost růstu populace na hustotě modifikuje exponenciální rovnici Growth of the human population of the United States of America during the nineteenth century (blue curve), and estimates of the intrinsic rates of increase during that period (red data points) Růst lidské populace Spojených států amerických během devatenáctého století (modrá křivka) a odhady vnitřních temp růstu během tohoto období (červené datové body). Všimněte si obecné tendence r klesat v průběhu století, i když celková populace roste. Interakce organismů mezi sebou •Studium populačního růstu poskytuje vhled do toho, jak organismy interagují mezi sebou a se svým prostředím. • •To je zvláště důležité při zvažování potenciálních dopadů změny klimatu a dalších změn environmentálních faktorů: –Jak bude populace reagovat na měnící se teploty? –Na sucho? –Bude jedna populace prosperovat poté, co druhá klesne?. LOGISTICKY RUST Populace nemůže růst bez omezení Růst populace Žádná populace se nemůže zvětšovat bez omezení. Místo toho se populace v přírodních ekosystémech početně zvyšují nebo snižují v reakci na změny faktorů, které omezují růst. Hustotu a růst populace ovlivňuje mnoho faktorů a tyto faktory mohou vést k oscilacím velikosti populace v průběhu času. Často je také obtížné určit přesný faktor omezující růst. Mnoho různých faktorů se může kombinovat a vést k neočekávaným výsledkům. Populační limitující faktory Úvod do omezování růstu populace •Populace rostou geometrickou nebo exponenciální rychlostí za přítomnosti neomezených zdrojů. • •Geometrické populace rostou prostřednictvím pulzního rozmnožování (např. roční reprodukce jelenů, kteří mají omezené období páření a rozmnožování). • •Exponenciální populace neustále rostou a k reprodukci dochází kdykoli, například mezi lidmi. • •Všechny populace začínají exponenciální růst v příznivém prostředí a při nízkých hustotách jedinců. • Logistický růst populace •Logistický růst populace nastává, když per capita růst populace klesá jak se početnost populace blíží limitům daným kapacitou prostředí. Vztah je reprezentován následující rovnicí: d N/d T = r m a x ( K − N )/K N ‍ undefined Typický tvar logistické funkce často využívané v epidemiologii undefined Logistická funkce nachází uplatnění v řadě oborů, včetně biologie (zejména ekologie), biomatematiky, chemie, demografie, ekonomie, geověd, matematické psychologie, pravděpodobnosti, sociologie, politologie, lingvistiky, statistiky a umělých neuronových sítí. Po vymknutí se kontrole: Limity růstu •Pro každý organismus – ať už rostlinu, zvíře, virus nebo bakterii – existuje ideální soubor podmínek, které by umožnily populaci tohoto organismu růst bez zábran nejvyšším možným tempem. • •Přesto, že organismy dočasně dosáhnou maximální rychlosti neomezeného růstu, populace v přírodě nakonec tohoto stavu nikdy nedosáhnou. A proč ? • •Růst populace v reálném prostředí narazí na limity dané kapacitou prostředí ! A laboratory population of Paramecium Hustota nejprve roste exponenciálně (ve skutečnosti se jedná o stejná data uvedená předchozím případě), ale v delším časovém rámci aa později. Když populace protistů dosáhne hustoty cca 300 buněk na cm3, dosáhne populace kapacity prostředí a růst se ustálí. Výsledkem je klasická logistická křivka. Experimentální populace Paramecium sp. Файл:Paramecium.jpg — Wikipedia Dosažení kapacity prostředí Logistický charakter růstu populace Dafnie (A) a tuleně (B) Křivka popisující logistický růst Velikost populace po určitou dobu exponenciálně roste, ale pak se růst zpomalí a ustálí se, když se přiblíží nosné kapacitě (K). Anatomie logistické rovnice pro sigmoidní křivku populačního růstu Logistická rovnice určuje míru populačního růstu jako funkci rmax, N a K Jak poměr N/K roste, růst populace zpomaluje Velikost populace Změna v čase Změna v počtu Kapacita prostředí Míra populačního růstu Vztah mezi velikostí populace N a realizovaným per capita růstem r – logistický model populačního růstu U logistického modelu, r realizovaný per capita růst klesá, jak roste N Maximální míra růstu, rmax nastává při velice malé velikosti populace Pokud je N = K, r = 0 a populace stagnuje Pokud je N > K, r je negativní populace klesá Pokud je N < K, r je pozitivní a populace stagnuje Srovnání exponenciálního a logistického růstu populace Na počátku se logistická křivka podobá exponenciálnímu růstu Později, logistická křivka roste do hodnoty dané velikosti kapacity prostředí, K Regulační vliv hustoty populace •Faktory, které zvyšují nebo omezují růst populace, lze rozdělit do dvou kategorií: –Hustota populace - je ovlivněna počtem jedinců obývajících danou oblast. –Nosná kapacita prostředí - zvyšuje intenzita faktorů závislých na hustotě (například konkurence o zdroje, predace a míra infekce se zvyšují s hustotou populace a nakonec mohou omezit velikost populace). •Další faktory - znečištění, sezónní extrémy počasí a přírodní katastrofy – hurikány, požáry, sucha, záplavy a sopečné erupce – ovlivňují populaci bez ohledu na její hustotu a mohou omezit populační růst jednoduše tím, že výrazně sníží počet jedinců v populaci. •Nosná kapacita prostředí je maximální velikost populace biologického druhu, která může být udržována tímto specifickým prostředím, vzhledem k potravě, stanovišti, vodě a dalším dostupným zdrojům. •Nosná kapacita je definována jako maximální zatížení prostředí, což v populační ekologii odpovídá populační rovnováze, když se počet úmrtí v populaci rovná počtu narozených (stejně jako imigrace a emigrace). • • • Co je kapacita prostředí ? Limity růstu – kapacita prostředí What determines carrying capacity in an ecosystem? | Socratic Limity dané kapacitou prostředí: •Klesající koncentrace O2 •Nedostatek potravy •Nemoci •Predace •Limitovaný prostor Carrying capacity as maximum population size for population outline diagram. Labeled educational explanation for sustainable balance between nature and society annual reproduction vector illustration. เวกเตอร์สต็อก | Adobe Stock Můžeme si kapacitu prostředí představit jako kýbl? Hladověni a nehody Nemoci a paraziti Predace a lov Rozvoj a tlak lidské společnosti a počasí Ztráta habitatu Stárnutí a smrt Roční úhrn reprodukce Kapacita prostředí How do you carrying capacity on a graph? Faktory ovlivňující růst populace •Celkový počet bizonů ve stádě YNP se mohl změnit v důsledku: –narození - natalita –úmrtí - mortalita –imigrace - imigrace jsou jednotlivci přicházející zvenčí –emigrace - jsou jednotlivci odcházející jinam •Pokud je populace izolovaná nedochází k žádné imigraci ani emigraci, což znamenalo, že velikost populace měnila pouze narození a úmrtí. Kapacita prostředí = udržitelná populace •Nosná kapacita životního prostředí znamená, že těžba/využívání zdrojů není vyšší než rychlost regenerace zdrojů a produkovaných odpadů v rámci asimilační kapacity životního prostředí. •Z počátku byl pojem aplikován pouze na některé procesy v ekologii, zemědelství a rybolovu. Pro lidi pojem nosné kapacity odpovídá pojmu udržitelné populace. • • undefined undefined Toto je graf změny populace v čase s využitím modelu logistické křivky. Když je populace nad nosnou kapacitou, klesá, a když je pod nosnou kapacitou, zvyšuje se. Vliv nosné kapacity na populační dynamiku je modelován pomocí logistické funkce – křivka logistického růstu Omezení závislé na hustotě Úmrtnost mladých jelenů od nuly do 24 měsíců věku (duté kruhy) a úmrtnost dospělých ve věku 5–10 let (Clutton-Brock et al. 2002). Úmrtnost mladých jelenů lesních ve věku od nuly do 24 měsíců a úmrtnost dospělých jedinců ve věku 5–10 let. Omezení růstu populace jsou buď závislá na hustotě, nebo na hustotě nezávislá. Mezi faktory závislé na hustotě patří nemoci, konkurence a predace. Faktory závislé na hustotě mohou mít buď pozitivní, nebo negativní korelaci s velikostí populace. Při pozitivním vztahu se tyto limitující faktory zvyšují s velikostí populace a omezují růst s rostoucí velikostí populace. S negativním vztahem je růst populace omezen při nízkých hustotách a stává se méně omezeným, jak roste. Logistický růst populace •Růst logistické populace: • •(a) Kvasinky pěstované v ideálních podmínkách ve zkumavce vykazují klasickou křivku logistického růstu ve tvaru písmene S, zatímco • • • •(b) přirozená populace tuleňů vykazuje fluktuaci v reálném světě. • • • obraz Tropická americká housenka s parazitickými vosami, které se vynořují a vytvářejí kokony na zádech housenky. Tropical American caterpillar with parasitic wasps emerging and forming cocoons on the caterpillar's back Bílé útvary na povrchu těla housenky jsou kukly parasitoidních vos, které nakladly vajíčka do této housenky. Na housence je patrno 80 kukel parasitoida. Při počtu 100 housenek na daném biotopu je kapacita tohoto prostředí 800 parazitoidů. Vliv populační hustoty na plodnost ! obraz Plodnost samic škrkavek plodnost (počet vajíček) v této populaci klesala s populační hustotou. Příklad regulace závislé na hustotě - střevní škrkavka (Ascaris lumbricoides), parazit člověka a dalších savců. Populace parazita s větší hustotou vykazovaly nižší plodnost, než populace v nižší hustotou. obsahovaly méně vajíček ! Počty populací lumíků v období 1988–2002 Počty populací lumíků v období 1988–2002 (Gilg et al. 2003). Lumíci byli odchytáváni po jarním tání sněhu odchytem živých odchytů a během zimního sčítání hnízd. Jedním z organismů, který zažívá rychlé oscilace v populační hustotě v reakci na faktory omezující růst, jsou lumíci. Lumíci jsou malí hlodavci, kteří žijí ve vysokoarktické tundře Grónska a v dalších arktických prostředích po celém světě. Jsou potravou pro řadu predátorů - obratlovců, včetně lasice lasice krátkoocasé), polární lišky, sovy sněžné a chaluhy dlouhoocasé (mořského ptáka). Cyklické přemnožování lumíků norských (Lemmus lemmus) •Nejdůležitějším faktorem omezujícím velikost populace lumíků byl predační tlak ovlivňující jejich populace. Sova, liška a chaluha přešly na predaci lumíků, když se jejich počty zvýšily, což zabránilo rychlému růstu populace. alternativní popis obrázku chybí Les cycles biologiques et la croissance de la population | Secondaire | Alloprof Cyklus populace lumíků (kořisti) a hranostaje (predátora) Populace lumíků Populace hranostaje Populace jelena evropského (Cervus elaphus) •Faktory závislé na hustotě mohou také ovlivnit úmrtnost a migraci populace jelena evropského (Cervus elaphus) na Skotské vysočině. • •Mortalita mláďat i dospělých byla významně ovlivněna hustotou populace, přičemž úmrtnost mláďat byla ovlivněna silněji než úmrtnost dospělých. Red deer - Wikipedia TOP 10 Skotska: zavítejte k příšeře, na horu se třemi vrcholy nebo zámek, kde naposledy vydechla Alžběta II. | Cestovinky Příklad: Populace veverek •Když byla hustota veverek vysoká, teritorialita odsunula některé samice do nekvalitního teritoria, což zase snížilo jejich reprodukční úspěch. • Když byla hustota veverek nízká, žádné samice neobsazovaly území nízké kvality. Nebyli tu tedy jedinci trpící sníženou schopností reprodukce (např. plodností) v důsledku zvýšení hustoty. Nosná kapacita prostředí Souhrn: • Nosná kapacita konkrétního prostředí je maximální velikost populace, kterou může uživit. • Nosná kapacita působí jako zmírňující síla v tempu růstu tím, že jej zpomaluje, když jsou zdroje omezené, a zastavuje růst, jakmile je ho dosaženo • Jak se velikost populace zvyšuje a zdroje se stávají omezenějšími, dochází k vnitrodruhové soutěži: jedinci v rámci populace, kteří jsou více či méně lépe přizpůsobeni prostředí, soutěží o přežití. Omezení nezávislé na hustotě •Faktory, které snižují růst populace, lze definovat jako environmentální stres včetně omezení potravy, predace a dalších faktorů závislých na hustotě . •Mnoho zdrojů environmentálního stresu však ovlivňuje růst populace, bez ohledu na hustotu jedinců. •Faktory nezávislé na hustotě, jako jsou environmentální stresory a katastrofy, nejsou změnou hustoty populace ovlivněny. •Zatímco výše zmíněné faktory závislé na hustotě jsou často biotické, faktory nezávislé na hustotě jsou často abiotické. •Mezi tyto faktory nezávislé na hustotě patří omezení potravin nebo živin, znečišťující látky v životním prostředí a klimatické extrémy, včetně sezónních cyklů, jako jsou monzuny. Kromě toho mohou růst populace ovlivnit také katastrofické faktory, jako jsou požáry a hurikány. Kontroly růstu populace nezávislé na hustotě •Jsou to především tyto: –sucho –silné mrazy –hurikány –záplavy –Lesní požáry – – •Tyto faktory jsou popisovány jako nezávislé na hustotě, protože uplatňují svůj účinek bez ohledu na velikost populace v době, kdy případná katastrofa udeřila. • •Katastrofický úbytek je obzvláště riskantní pro populace žijící na ostrovech. Čím menší je ostrov, tím menší je populace každého druhu na něm a tím větší je riziko, že katastrofa zdecimuje populaci natolik, že vyhyne. Regulace nezávislá na hustotě a interakce s faktory závislými na hustotě Shrnutí: •Hustota populace může být regulována různými faktory, včetně biotických a abiotických faktorů a velikosti populace •Regulace závislá na hustotě může být ovlivněna faktory, které ovlivňují porodnost a úmrtnost, jako je konkurence a predace. • Regulace nezávislá na hustotě může být ovlivněna faktory, které ovlivňují porodnost a úmrtnost, jako jsou abiotické faktory a faktory životního prostředí, tj. nepříznivé počasí a podmínky, jako je požár • Nové modely životní historie zahrnují ekologické koncepty, které jsou typicky zahrnuty v teorii r- a K-selekce v kombinaci s věkovou strukturou populace a faktory úmrtnosti. Časová dynamika ročního zatížení celkovým fosforem na jezeře Erie . (A) Zatížení fosforem se snížilo směrem k cílovému ročnímu zatížení (11 ktun). (B) Sezónní průměrná biomasa fytoplanktonu jezera Erie (mg/L-1) jako funkce odhadovaného ročního celkového zatížení fosforem v celém jezeře (ktun) pro centrální pánev (sklon = 0,0972, r2 = 0,49, p = 0,007). (C) Změna v sezónní průměrné biomase fytoplanktonu jezera Erie ve střední části. • • DYNAMIKA POPULACE Dynamika populace •Většina skutečných populací mění v čase svoji početnost •Různé příčiny změny početnosti: 1) časový posun změny hustoty a jejího vlivu na velikost populace, čili závislost na hustotě např. dravec - kořist. 2) závislosti typu over kompenzace, vede ke vzniku tlumených oscilací. 3) environmentální stochasticita -nedeterministické, nepredikovatelné variace v podmínkách prostředí, které mají za následek změny hustoty populace. 4) chaos – vzniká v deterministickém prostředí v důsledku interakcí mnoha vlivů a působení. Výskyt chaosu dosud nejasný, nutnost studia dlouhých časových řad. Dynamika populace •Dynamika populace – kolísání početnosti je vrozená vlastnost populace a je druhově charakteristická • •Dva základní typy: 1) Oscilace – kolísání v průběhu jednoho roku 2) Fluktuace – kolísání v průběhu více let • •Oscilace – kmitání hustoty populace vyvolané náhlým růstem početnosti a jejich pozdějším poklesem během jedné generace (tzv. intranuální dynamika populace) – vznikají tak oscilační vlny: 1) univoltinní druhy – repro 1x za život 2) bivoltinní druhy – repro 2x za život • •Fluktuace – změny v hustotě populace v průběhu víceletého cyklu: pravidelné versus nepravidelné • • • • Příčiny dynamiky populací •Faktory nezávislé na hustotě – klimatické faktory •Faktory závislé na hustotě – fungují jako zpětná vazba •Příčiny cyklických výkyvů populační hustoty: 1) teorie meteorologické – klimatické a kosmické cykly 2) teorie interakcí uvnitř populace – fyziologické a genetické změny jedinců 3) teorie náhodného kolísání – žádný činitel není rozhodující 4) teorie interakcí mezi trofickými úrovněmi – hypotéza obnovování živin Dynamika populace •Závislosti na hustotě: • 1) při vysokých hustotách – limitace zdroje – negativní růst populace 2) při nízkých hustotách – zdroj v dostatku – růst populace není maximální • •Maximální růst populace je při optimální (střední) hustotě ! Alleeho efekt • •Rovnovážná hustota populace je když: per capita D = per capita B • Role vnitrodruhové konkurence •Logistický model předpokládá, že každý jedinec v populaci bude mít rovný přístup ke zdrojům, a tedy stejnou šanci na přežití. U rostlin je důležitým zdrojem množství vody, slunečního světla, živin a prostor k růstu, zatímco u zvířat patří mezi důležité zdroje potrava, voda, úkryt, hnízdní prostor a partneři. • •V reálném světě variace fenotypů mezi jedinci v rámci populace znamená, že někteří jedinci budou lépe přizpůsobeni svému prostředí než jiní. Výsledná konkurence mezi příslušníky populace stejného druhu o zdroje se nazývá vnitrodruhová konkurence (intra- = "uvnitř"; -specifický = "druh"). • •Vnitrodruhová konkurence o zdroje nemusí ovlivnit populace, které jsou hluboko pod svou nosnou kapacitou, protože zdrojů je dostatek a všichni jedinci mohou získat to, co potřebují. S rostoucí populací se však tato konkurence zintenzivňuje. Kromě toho může hromadění odpadních produktů snížit nosnou kapacitu životního prostředí. • Populační cyklus – dynamika populace •Populační cyklus v zoologii je jev, kdy populace rostou a klesají v předvídatelném časovém období. Existují některé druhy, kde počty populací mají rozumně předvídatelné vzorce změn, i když plné důvody populačních cyklů jsou jedním z hlavních nevyřešených ekologických problémů. Existuje řada faktorů, které ovlivňují změnu populace, jako je dostupnost potravy, predátoři, nemoci a klima. undefined Zobecněný graf cyklu hustoty populace predátor-kořist. Modrá křivka představuje predátora, oranžová křivka kořist. Projekt: CZ.1.07/1.5.00/ „SŠHL Frýdlant.moderní školy“ - ppt stáhnout Zoo Ostrava představuje nové druhy v Pavilonu evoluce Typy fluktuace •Tři základní typy fluktuace: 1)Latentní 2)Temporální (Bekyně mniška) 3)Permanentní (Obaleč dubový) 4) •Gradace – katastrofické přemnožení – přesáhne kapacitu prostředí K • •Fáze gradační křivky: latence • progradace kulminace retrogradace latence Dvě základní formy růstu populace a r a K strategie organismů Vandermeer Equation 8 Vandermeer Equation 7 Geometrický Logistický Čas Typy evolučních strategií organismů • r - specialisti •Relativně drobných rozměrů •Rychlý růst populace •Vysoký biotický potenciál •Časné rozmnožování •Relativní krátkověkost •Rozmnožují se jen jednou •Malá kompetice •Schopnost rychlého šíření •Malé schopnosti homeostázy •v nevyvážených systémech • (hlodavci, mšice, perloočky) • • K - specialisti •Relativně větších rozměrů •Pomalý růst populace •Malý biotický potenciál •Pozdní rozmnožování •Relativní dlouhověkost •Opakované rozmnožování •Silná kompetice •Slabší schopnost šíření •Menší dynamika populace •Velká homeostáza •Vyvážené ekosystémy • (velcí kopytníci tropů) • PRAXE Budoucí hojnost zvířat závisí na několika faktorech. Správci divoké zvěře mají obvykle znalosti pouze o početnosti a úlovcích. https://nammco.no/wp-content/uploads/2018/08/seal_surveys_small-1024x674.jpg Populační ekologie v praxi (Regulace početnosti populací) •U druhů, které jsou v ekonomickém kontextu využívány musí mít příslušný manažer důvěrnou znalost druhu a jeho prostředí. Důležitou součástí těchto odborných znalostí je základní pochopení dynamiky každé řízené populace. https://www.nature.com/scitable/content/ne0000/ne0000/ne0000/ne0000/50938286/near_Kasigau_mtn-banne r_1_2.jpg V praxi, kde lovci platí za zvířata nebo za přístup k loveckým příležitostem s přiměřenou šancí na úspěch (obojí typické pro lov velké zvěře), může být maximální udržitelný výnos důležitým cílem řízení. Maximální udržitelný výnos je však pouze jedním z cílů myslivosti a nepochopení nebo neznalost těchto zákonitostí může snadno vést buď k nadměrnému nebo nedostatečnému odlovu. Populační ekologie v praxi Teoretický základ potřebných znalostí tvoří znalost nosné kapacity prostředí, což je počet příslušníků dané populace, které může prostředí podporovat neomezeně dlouho, vzhledem k fluktuacím zdrojů v prostředí. Matematickou podobu těchto vztahů vyjadřuje následující rovnice: dN/dt = rN((K – N)/K), kde dN/dt (např. rychlost změny velikosti populace, N, v daném časovém okamžiku, t) je funkcí současné velikosti populace (N) a vnitřní nebo okamžité rychlosti změny (r). Podle této rovnice, pokud je K mnohem větší než N, může populace rychle růst. Pokud je K menší než N, populace se zmenší. Pokud K=N, populace zůstane v průběhu času stejná. Klíčová je zde role hustoty populace vdaném prostředí. Všechny modely, na kterých jsou založeny postupy lovu zvěře, jsou modely závislé na hustotě. Maximální rychlost růstu populace ! https://www.nature.com/scitable/content/ne0000/ne0000/ne0000/ne0000/50938360/figure2-626_1_2.jpg https://www.nature.com/scitable/content/ne0000/ne0000/ne0000/ne0000/50938330/figure1-626_1_2.jpg Populační ekologie v praxi (trvalé řízení lovu) Růst závislý na hustotě K dosažení tohoto cíle je důležité si uvědomit, že nejlepším přístupem obvykle není udržovat populaci zvěře na nejvyšší možné hustotě, ale spíše na udržitelném N, při kterém je tempo růstu populace nejvyšší. Toto N je často podstatně menší než K, v základním logistickém modelu růstu je to dokonce polovina K a umožňuje maximální míru sklizně, označovanou jako maximální udržitelný výnos (MSY). Maximální udržitelný výnos (MSY) Náklady na regulaci a prevenci (USA) • • • Děkuji za pozornost ! •