Druhová ochrana / Species conservation: Jak velká musí být populace, aby přežila? How large must a population be to survive? Malé populace vymírají snadněji (častěji) než velké. Small populations go extinct more easy (often) than large ones. Hlavní důvody / Major reasons: - ztráta genetické variability (a tím schopnosti se přizpůsobit změnám prostředí, odolávat chorobám atd.) v důsledku příbuzenského křížení a genetického driftu loss of genetic variability (thus of the ability to adapt to environ-mental changes, resist disease, etc.) due to inbreeding and genetic drift - kolísání v početnosti populace způsobené náhodnou variabilitou porodnosti a úmrtnosti / fluctuations in population size caused by random variability of natality and mortality - výkyvy prostředí (stochastické jevy: kolísání míry predace, konkurence, výskytu nemocí, dostupnosti potravy, výskyt přírodních katastrof jako požárů, záplav, sucha...) / fluctuations of the environment (stochastic phenomena: fluctuation of predation and competition level, occurrence of disease, availability of food, occurrence of natural catastrophies as fires, floods, droughts. Prípadová studie I / Case Study I: Ovce tlustoroha / The Bighorn Sheep (Ovis canadensis spp.) - metapopulace v polopoustnich horských habitatech na jihozápadě USA / metapopulation in the semidesert mountain habitats in the southwestern USA Rozšíření poddruhů ovce tlustorohé na jihozápadě USA Range of the subspecies of the Bighorn Sheep in SW USA □ D Historický areál / historic range Současný areál / present range - O. c. nelsbni Současný areál / present range - O.e. mexical Současný areál / present range - O. c. eremnobates (Meta)populace ovce tlustorohé v polopoustnich podmínkách pohoří na jihovýchodě Kalifornie (USA) / Metapopulation of the Bighorn Sheep in semidesert conditions of the mountains in south-eastern California (USA) Co to je metapopulace / What is a metapopulation? A: Tři nezávislé populace Three independent populations B: Jednoduchá metapopulace složená z tří navzájem propojených populací / Simple metapopulation consisting of three interconnected populations C: Metapopulace složená ze zdrojové C: Metapopulace složená z vícero populace a tří propadových populací zdrojových i propadových populací Metapopulation consisting of one source Metapopulation consisting of several and three sink populations source and sink populations Vliv počáteční velikosti populace (N = počet jedinců) ovce tlustorohe na její přežití po dobu 50 let (celkem 120 izolovaných populací) Effect of the initial population size ( N = number of individuals) of the Bighorn Sheep on its survival for 50 years (in total 120 isolated populations) 100 RO ^■"■s ^5 ■*- -^ ,s—+* C/> C *—' O CD Ü 60 (0 CO 3 Q. 13 Q. O U Q. Q. O) O 40 C "ÓT > > r- >N 3 C/> Q. 20 0 10 20 30 40 50 Čas (roky) / Time (years) Míra genetické variability v průběhu vývoje teoretické populace (10 generací) v závislosti na výchozí velikosti efektivní populace (Ne) The level of genetic variability during the development of a theoretical population (10 generation) in dependence on the initial size of the effective population (Ne) 100,- £ 5? >» +■> CO — ŠS n ň > () ■CO -x: O d) C D) 0> O) O) C t) c "ôľ CO E £ .O d) N DĹ N. = 1000 23456789 10 Generace / Generations Co to je efektivní velikost populace (Ne)? What is the effective population size (Ne)? Počet jedinců skutečně se podílejících na reprodukci! Vliv poměru pohlaví (náhoda, sociální struktura), variability v počtu potomků, krátkého generačního cyklu s velkou kolísavostí počtu jedinců z generace na generaci). The number of individuals actually participating in reproduction! Influenced by sex ration (stochasticity, social structure), variability in the number of off-spring, short generation cycle with high fluctuation of individual numbers from generation to generation. CD N O U—< 03 Q. O Q. (D > is 0 100 CD O Q. O a. to o j*. "03 > "E > 4— CD 50 0 100 96 84 _ 4NmNf e N„ + N 64 N= 100 _L _L X J m f 50:50 40:60 30:70 20:80 10:90 Poměr samců a samic které se účastní reprodukce Ratio of males and females participating in reproduction Co to je efektivní velikost populace (Ne)? What is the effective population size (Ne)? Výpočet pro druhy s velkým kolísaním velikosti populace mezi jednotlivými generacemi (např. jednoleté rostliny, obojživelníci, mnohé druhy hmyzu) / Computation for species with high degree of fluctuation of population size between the individual generations (e.g. annual plants, amphibia, many species of insects): 1 /Ne= 1 /t(1 /N1 + 1 /N2+ ... + 1 /Nt) t = čas (napr. počet let), resp. počet generací / time (e.g. number of years) or number of generations N1 = počet reprodukčně aktivních jedinců 1. generace / number of reproductively active individuals of generation 1 Příklad / Example: Populace motýla během 5ti let (1 generace/ rok): 10, 20, 100, 20, 10 jedinců Butterfly population over 5 years (1 generation / year): 10, 20, 100, 20, 10 ind. 1/Ne = 1/5 (1/10 + 1/20+ 1/100 + 1/20 + 1/10) = 31/500 Ne = 500/31 = 16,1 (x = 160/5 = 32) Snížená zdatnost vlivem genetických defektů Decreased fitness due to genetic defects • Snížená zdatnost (fitness) při příbuzenském křížení (inbreeding depression) jako důsledek exprese recesivních alel (nevhodné vlastnosti, gen. choroby) / Decreased fitness due to inbreeding (inbreeding depression) as a consequence of the expression of recessive allels (unfavourable traits, genetic disease) • Snížená zdatnost vlivem křížení s geneticky příliš odlišnými jedinci (outbreeding depression - zpravidla ze vzdálených populací příslušících jiným poddruhům) jako důsledek neslučitelnosti chromosomu a enzymových systémů / Decreased fitness due to mating with genetically too different individuals (outbreeding depression - usually from remote populations belonging to different subspecies) as a consequence of the incompatibility of chromosomes and enzymatic systems. - nižší fertilita, natalita / lower fertility, natality - vyšší mortalita / higher mortality - nižší odolnost vůči nemocem / lower resistance to disease - menší schopnost se přizpůsobit změnám prostředí, resp. obstát v daných podmínkách (outbreeding depression!) / lower ability to adapt to environmental changes or to succeed under the present conditions (outbreeding depression!) 11 Viv genetického driftu na heterozygotnost populace (průměrné hodnoty ze simulace - po 25 populacích stejné velikosti) The effect of genetic drift on the heterozygoty of a population (mean values from a simulation - 25 populations of equal size) o D) fr O i_ d) +■> d) O) o d) 1_ CC (/> ■a a> t d> (0 d) 100 c ■a o > o Q. ■o 5 & o 2 N -C 10 40 50 60 70 80 90 generace /generations N = 20 Vliv imigrace na genetickou variabilitu populace (simulace při N = 120, po 25 populacích na každou míru imigrace) The effect of immigration on the genetic variablity of a population (simulation with N = 120, 25 populations for each level of immigration) Vliv mutace na genetickou variabilitu populace (simulace při N = 120, po 25 populacích na každou míru mutace) The effect of mutation on the genetic variability of a population (simulation with N = 120, 25 populations for each level of mutation) Imigrace počet imigrantů / generace 10 20 30 40 50 60 70 generace Mutace 80 90 100 rychlost mutace 0,1 0,001 0,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 generace Genetické úzké místo („hrdlo lahve" - genetic bottleneck) a efekt zakladatele The genetic bottleneck and the founder effect 15 10 O CT >, N O \^ Q) "S -C '03 C l_ »(Ľ E CL 5 - \v — r-1,0, JV» 10 ^'^7f~ \ \ \ \ 1 \ _\ \ r=^,0,N = 2 tí S' \ ——«^v / \ \ x / \ r = 0,1,/V=10 r=0,1,A/ = 2 _J I i i 100 90 c E > o — ^ C CT I 2 03 <Ľ N -C 80 . 70 - 60 - 50 0 10 20 30 40 50 102 104 106 čas (počet generací) 108 Vliv míry dočasného poklesu velikosti (N) efektivní velikost zakladatelské populace Vliv efektivní velikosti zakladatelské populace (nepříbuzných jedinců!) na a růstu populace (r) na její genetickou variabilitu genetickou variabilitu / Effect of the Effect of the level of interim decrease of effective size of the founder population population size (N) and growth (r) on its genetic (of unrelated individuals) on the genetic variability variability Vliv příbuzenského křížení (příbuzenské plemenitby) na úmrtnost mláďat jako jednoho z důsledků tzv. inbreeding depression (40 různých savčích populací) / The effect of inbreeding on the mortality of juveniles as one of the consequences of inbreeding depression (40 different mammal populations) no effects of inbreeding (in 4 populations) r žádné následky příbuzenské plemenitby (u 4 populací) 7 _ 6 o O c tt 5 E CD tn vv A^VVV Početnost hnízdících jedinců v období 1972-1992 Number of breeding individuals in 1972-1992 Tetřívek prériový vyžaduje vhodná tokaniště. The Prairie Chicken requires suitable lek sites. Na obrázcích poddruh / The photographs show the subspecies Tympanuchus cupido pinnatus - Greater Prairie Chicken). Dnes tokaniště částečně zarůstají nepůvodními druhy keřů. / Today the lek sites are partially grown over by non-indigenous shrub species. Méně dramatický avšak rovněž znepokojivý je pokles populací původních kurovitých ptáků ve střední Evropě: Less dramatic but still giving reasons for concern is the decrease of native members of the grouse family in Europe: Tetřev h I usec / Capercaillie (T. u rogál I u Tetřívek obecný / Euroasian Black Grouse (Tetrao tetrix) Jeřábek lesní / Hazel Grouse (Bonasa bonasia) Případová studie V: Tetřev h I usec (Tetrao urogallus) Case Study V: The Capercaillie (Tetrao urogallus) Taiga - přirozený habitat / - the natural habitat m Habitat tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) ve střední Evropě Capercaillie habitat (Tetrao urogallus) in Central Europe Přirozená holina - zvětralá skála (azonální, orobiom) Natural clearing - eroded rock (azonal, orobiome) ■ Sří^ífc m * Rozvolněný porost vlivem intenzivního hospodaření v minulosti Sparse stand due to intensive exploitation in the past Přirozená holina - vývrat / Natural clearing - windthrow Antropogenni holina - emisní / Anthropogenous clearing - air pollution Habitat tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) ve střední Evropě Capercaillie habitat (Tetrao urogallus) in Central Europe Antropogenní holina - paseka / Anthropogenous clearing - logged Lesní světlina / Forest gap Zarůstající paseka: vyšší podrost vytlačuje borůvčí a brusinčí, brání ve výhledu (predátoři!) / overgrowing clearing: high under-growth outcompetes blue- and cranberries, reduces outlook (predators!) Řídký les (možnost průletu!) s bohatým podrostem Open forest (possiblity of flight) with rich undergrowth Nároky tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) na habitat ve strední Evropě - stŕedohoŕí Fichtelgebirge (Bavorsko) 1) Pupeny buku jako jarní potrava slepice; 2) Borůvčí jako zdroj potravy od jara do podzimu; 3) Solitérní odumřelé stromy či nízké, neolistěné větve pro tok na stromě; 4) Ukryt pro hnízdo pod nízkými větvemi smrku; 5) Vyšší keříky borůvky a brusinky jako kryt ve špatném počasí; 6) Odumřelé dřevo jako zdroj hmyzu; 7) Mraveniště jako zdroj potravy (bílkovin!) - hlavně pro kuřata při špatném počasí; 8) Pařezy a jiná vyvýšená místa pro tok na zemi; 9) Jeřabiny jako potrava na podzim a v zimě; 10) Obnažená půda jako popeliště; 11) Husté koruny jako noční resp. zimní úkryt. Habitat requirements of the Capercaillie (Tetrao urogallus) in Central Europe - medium high mountains - Fichtelgebirge (Bavaria, Germany) A fit ^ ^^J? 1) Beech buds as spring food of the hen; 2) Blueberry bushes as a source of food from spring to autumn; 3) Solitary dead trees or low branches without leaves for lekking on a tree; 4) Hide for the nest under low spruce branches; 5) Higher blueberry and cranberry bushes as shelter in bad weather; 6) Dead wood as a source of insects; 7) Ant hills as a source of food (proteins!) - particularly for the chickens in bad weather; 8) Tree stumps and other elevated sites for lekking on the ground; 9) Rowanberries as food in autumn and winter; 10) Bare soil to bath in the dust; 11) Dense crowns as hides for the night and winter. Důležité prvky prostředí tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) Important habitat elements of the Capercaillie (Tetrao urogallus) p. ' ' . . ' *£&%&$&& ;■ ^ ^r**^\j Hh^e^ié .vE^^HSJftl Popeliště / dust site Světlina, odumřelé dřevo (hmyz jako potrava!) Forest gap, dead wood (insects as food) Borůvčí (Vaccinium myrtillus) I Blueberry bushes Brusinci (Vaccinium vitis-idea) I Cranberry bushes Důležité prvky prostředí tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) Important habitat elements of the Capercaillie (Tetrao urogallus) Häufigkeit (%) 70 65- 60- 55H 50 45- 40- 35- 30- 25- 20 15 m 5 0 1 X Alle Untersuchungsgebiete (tote) vS r3= 0.9543 (lebende) 3 4 5 BhD-Klassen Zastoupení stromů různých průměru kmene (v prsní výšce) na studijních plochách (Fichtelgebirge, Bavorsko):široké, zelené sloupce - živé stromy; úzké, šrafované sloupce - odumřelé stromy / Representation of trees differing in diameter (at breast height) in the study plots (Fichtelgebirge, Bavaria): wide, green columns -live trees; narrow hatched columns - dead trees Häufigkeit (%) 60- > 10 Auerhuhnnachweise r = = 0.9962 (lebende) B HD-Klassen Zastoupení stromů různých průměrů kmene (v prsní výšce) na studijních plochách (Fichtelgebirge, Bavorsko) s více než 10 pozorováními tetřeva Representation of trees of different diameter (at breast height) classes in the study plots (Fichtelgebirge, Bavaria) with over 10 observations of the capercaillie Důležité prvky prostředí tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) Important habitat elements of the Capercaillie (Tetrao urogallus) *Q 3D - S = - i 2D ■a I D - J* DJflra -r 31 —T -T" DBChifudH C'--lchcM ľSJ AD ■ DD Vztah pokryvnosti stromové vrstvy (zápoje porostu, osa x) a výskytu tetřeva (počet pozorování, osa y) Relationship of tree layer coverage (stand density, x-axis) and the occurrence of the capercaillie (no. of observations, y-axis) a a - c 3D -Ě I "J h D - • Mi^jHurf] da Drian ~l--------1--------1--------1--------1--------1--------1------ DD Da ID ' S 2D 2S 3D 39 EiarulnHiädita |kmlhij Vztah „hustoty okraje" (osa x) a výskytu tetřeva (osa y) Relationship between "edge density" (x-axis) and the occurrence of the capercaillie (y-axis) Důležité prvky prostředí tetřeva hlušce (Tetrao urogallus) Important habitat elements of the Capercaillie (Tetrao urogallus) ömitAM^dm V^xamnlVi Vztah pokryvnosti rodu Vaccinium (osa x) a výskytu tetřeva (počet pozorování, osa y) Relationship between Vaccinium covarage (x-axis) and the occurrence of the capercaillie (number of observations, y-axis) Souhrn / Summary: Chceme-li zachránit ohrožený druh, musíme chránit jeho existující populace na přírodních stanovištích (in situ), případně je udržovat v chovech (ex situ). To save threatened species we have to protect their existing populations in their natural habitat (in situ), or at least by breeding them in captivity (ex situ). Přitom je třeba zohlednit poznatky o / In doing so we need to take into account information on - autekologii druhu (jeho nároky na prostředí) / autecology -jeho bionomii a populační biologii (vývojový cyklus; způsob reproduce) / bionomy and population biology (life cycle, way of reproduction) - a etologii (sociální vazby v populaci, reprodukční chování), and ethology (social ties within the population, reproductive behaviour) stejně tak jako poznatky z / as well as information derived from - populační genetiky / population genetics - dem- a synekologie (vliv konkurence a predace) / population and community ecology (impact of competition and predation) Souhrn / Summary: Na základě dostupných, resp. zjištěných, údajů k těmto oblastem stanovíme minimální životaschopnou populaci daného druhu v daném prostředí, její minimální dynamické území a provedeme analýzu životaschopnosti dané populace. Ta nám napoví potřebná opatření a pravděpodobnost jejích úspěšnosti. Based on the available or collected data on this areas we can determine the Minimum Viable Population of the given species in a given habitat and its Minimum Dynamic Area. We can conduct a Population Viability Analysis for the given population that will indicate measures to be taken and the probability of their success.