4. Interakcija metapopulacija i metazajednica

Prof dr Jelka Crnobrnja Isailović

Konzervaciona biologija 4.

https://www.youtube.com/watch?v=HXQhYNTdusI

Konzervaciona biologija 4.

ŽIVOTNA SREDINA

ABIOTIČKI FAKTORI

BIOTIČKI FAKTORI

METAPOPULACIONA DINAMIKA

Brzina izumiranja

Asinhronost izumiranja

opstanak

Konzervaciona biologija 4.

ŽIVOTNA SREDINA

ABIOTIČKI FAKTORI

BIOTIČKI FAKTORI

METAPOPULACIONA DINAMIKA

Brzina izumiranja

Asinhronost izumiranja

opstanak

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

Za predviđanje efekata interspecijske kompeticije na sudbinu metapopulacija od značaja je njen efekat na snižavanje stope kolonizacije i/ili povećanje stope izumiranja.

“Efekat prioriteta” nije pravilo u metapopulacionoj dinamici

Visoka stopa migracije intenzivira interspecijsku kompeticiju

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

LEVINS-OV MODEL

dP/dt = cP(1-P)-eP

brzina promene veličine metapopulacije u Levins-ovom modelu

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

LEVINS-OV MODEL

dP/dt = 0.5*0.1(1-0.1)-0.4*0.1

dP/dt = 0.05(0.9)-0.04

dP/dt = 0.045-0.04

dP/dt = 0.005=0.5%

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

LEVINS-OV MODEL

dP/dt = 0.5*0.3(1-0.3)-0.4*0.3

dP/dt = 0.15(0.7)-0.12

dP/dt = 0.105-0.12

dP/dt = -0.015=-1.5%

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

LEVINS-OV MODEL

dP/dt = 0.5*0.5(1-0.5)-0.4*0.5

dP/dt = 0.25(0.5)-0.20

dP/dt = 0.125-0.20

dP/dt = -0.075=-7.5%

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

LEVINS-OV MODEL

dP/dt = 0.5*0.8(1-0.8)-0.4*0.8

dP/dt = 0.4(0.2)-0.32

dP/dt = 0.08-0.32

dP/dt = -0.24=-24%

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

(P1) promena broja fragmenata naseljenih jednom vrstom

(P2) promena broja fragmenata naseljenih drugom vrstom

(P0) dinamika nenaseljenih fragmenata

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

dP0/dt = - (c1A1 + c2A2 ) P0 + e1P1 + e2P2

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

(P1) promena broja fragmenata naseljenih jednom vrstom

(P2) promena broja fragmenata naseljenih drugom vrstom

(P0) dinamika nenaseljenih fragmenata

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

dP0/dt = - (c1A1 + c2A2 ) P0 + e1P1 + e2P2

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

(ex) stopa izumiranja x-og elementa interakcije

(cx) stopa obnavljanja x-og elementa interakcije

(Ax) = Px + Pxy

A1

A1

A1

A1

A1

A1

A1

A1

A1

A1

A2

A2

A2

A2 A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

dP1/dt = c1A1P0 - (e1+ (c2 – γ2) A2 )P1 + (e2 + ε2)P12

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

(cx-γx) stopa obnavljanja takođe modifikovana interspecijskim efektom

(cx) stopa obnavljanja x-og elementa interakcije

(ex + εx) stopa izumiranja modifikovana interspecijskim efektom

dP2/dt = c2A2P0 - (e2+ (c1 – γ1) A1 )P2 + (e1 + ε1)P12

dP12/dt = (c1 – γ1) A1P2 + (c2 – γ2) A2P1 - (e1 + ε1 + e2 + ε2)P12

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

dP1/dt = c1A1P0 - (e1+ (c2 – γ2) A2 )P1 + (e2 + ε2)P12

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

(c2-γ2) stopa obnavljanja takođe modifikovana interspecijskim efektom

(c1) stopa obnavljanja vrste 1

(e2 + ε2) stopa izumiranja modifikovana interspecijskim efektom

P1

P1

P1

P1

P1

P1

P1

P1

P1

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

(c1-γ1) stopa obnavljanja takođe modifikovana interspecijskim efektom

(c2) stopa obnavljanja vrste 2

(e1 + ε1) stopa izumiranja modifikovana interspecijskim efektom

dP2/dt = c2A2P0 - (e2+ (c1 – γ1) A1 )P2 + (e1 + ε1)P12

A2

A2

A2

A2 A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

A2

P2

P2

P2

P2 P2

P2

P2

P2

P2

P2

P2

P2

P2

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

PROŠIRENI LEVINS-OV MODEL:

dP12/dt = (c1 – γ1) A1P2 + (c2 – γ2) A2P1 - (e1 + ε1 + e2 + ε2)P12

P12

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

Ako kompeticija utiče samo na stopu obnavljanja lokalnih populacija,ako se lokalne populacije u metapopulacionom sistemu vrste 1 nalaze u ravnotežnom stanju,

vrsta 2 ne može da potisne vrstu 1 ako je:

P2eq/P1eq < γ2/ c2

pri čemu su ravnotežne vrednosti izračunate u odsustvukompeticije

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

P2eq/P1eq < γ2/ c2

Pri čemu su ravnotežne vrednosti izračunate u odsustvukompeticije

P2eq = ravnotežna proporcija fragmenata naseljenih vrstom 2

P1eq = ravnotežna proporcija fragmenata naseljenih vrstom 1

γ2 = efekat vrste 1 na stopu kolonizacije fragmenata od strane vrste 2

c2 = stopa kolonizacije fragmenata od strane vrste 2

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

P2eq/P1eq < γ2/ c2

iP2eq = P1eq ,

onda je P2eq/P1eq = 1

γ2/ c2 > 1 γ2 > c2

pa vrsta 2 ne može da potisne vrstu 1.

Ako je:

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

Dva efekta prisustva interspecijske kompeticije

na metapopulacionu dinamiku svakog od članova interakcije:

γx – smanjuje stopu obnavljanja deme kompetitora

εx – povećava stopu izumiranja deme kompetitora

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

(c+e)c-(2c-γ Peq) γ < 0

Kompetitori čije se ekološke niše u potpunosti preklapaju, suprotno klasičnoj teoriji interspecijske kompeticije i principu kompetitivnog isključivanja, mogu opstati u kompleksu fragmenata pogodnog staništa, pošto se u prirodi nikada ne dešava da je

<

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE KOMPETITORSKIH VRSTA

Fragmentisanost staništa potpomaže koegzistenciju ekološki sličnih vrsta tj povećava bogatstvo vrsta u takvoj sredini ?

Međutim,

vrsta koja je rasprostranjenija regionalno ima veću verovatnoću da prva naseli određeni fragment staništa i tako biva u prednosti u procesu osvajanja ostalih fragmenata u odnosu na kompetitora.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Veličine lokalnih populacija predatora i plena osciluju usled interakcije, ali amplituda tog oscilovanja zavisi od više faktora.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Povećanje stope rasta populacije plena izazvaće i povećanje stope rasta populacije predatora, ali sa određenim vremenskim kašnjenjem (eng. “time lag”).

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Veće vremensko kašnjenje smanjuje stabilnost populacija vrsta u interakciji.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Metapopulacija predatora

Metapopulacija plena

njihova stabilnost zavisiće od dva dodatna faktora:

Stepen asinhronosti dinamika lokalnih populacija

Jačina povezanosti populacija predatora i plena kroz migraciju.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

P – fragmenti naseljeni populacijom plena

X – fragmenti naseljeni populacijama predatora & plena

E – nenaseljeni fragmenti

h = P + X + E

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Komunikacija između fragmenata staništa u modelu je podjednaka,

brzina obnavljanja populacija proporcionalna je proizvodu naseljenih i nenaseljenih fragmenata,

sve lokalne populacije u okviru iste vrste imaju podjednak rizik od izumiranja.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Brzina promene fragmenata naseljenih samo populacijama plena:

dP/dt = cpP(h-P-X) –cxPX-epP

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Brzina promene fragmenata naseljenih populacijama predatora i plena:

dX/dt = cxPX – exX

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Model podrazumeva da je:

1.dinamika lokalnih populacija nezavisna;

2. stopa izumiranja lokalnih populacija visoka;

Metapopulacije predatora i plena opstaju zbog:

1. asinhrone lokalne dinamike;

1. dovoljno visoke stope kolonizacije.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Kada bi dinamika postala sinhrona,

predatoru bi bile podjednako dostupnesve lokalne populacije plena,

što bi ubrzo dovelo doznačajnog smanjenja brojnosti populacija plena.

Ovaj podatak može biti značajan za planiranje strategije kontrole parazitskih organizama.

Konzervaciona biologija 4.

METAPOPULACIJE PREDATORA I PLENA

Nekoliko faktora dovodi do i održava asinhronost dinamike lokalnih populacija:

a) prostorne razlike između fragmenata staništa;

b) heterogena migracija između lokalnih populacija;

c) uticaj demografske slučajnosti u lokalnim populacijama male veličine;

d) sredinska slučajnost.

Konzervaciona biologija 4.

DINAMIKA METAZAJEDNICA

Metazajednice predstavljaju komplekse

metapopulacija najmanje tri vrste u interakciji.

Konzervaciona biologija 4.

DINAMIKA METAZAJEDNICA

Metazajednica predator-plen:

Vrsta predator

Vrsta plen 1. stanište tip 1.

Vrsta plen 2. stanište tip 2.

Konzervaciona biologija 4.

DINAMIKA METAZAJEDNICA

Metazajednica predator-plen:

Karakteristično za takozvane vrste “begunce” je da opstaju na regionalnom nivou upravo zahvaljujući metapopulacionoj dinamici.

Ishod dinamike metazajednica zavisiće od procesa koji se dešavaju na tri različita nivoa:

unutar fragmenata,

na nivou migracije

na nivou uznemiravanja/predatorstva.

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

obrazac “vrsta –areal”(eng “species- area (SA) curve”):

Veći prostor sadrži odnosno može da sadrži populacije više

vrsta od manjeg prostora istih karakteristika

(Williams, 1943; MacArthur i Willson, 1967; Rosenzweig, 1995)

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

obrazac “rasprostranjenje – gustina populacije”(eng “distribution-abundance (DA) curve”):

Vrste većeg rasprostranjenja okarakterisane su

i većim gustinama populacija

(Hanski, 1982; Gaston, 1994)

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

Incidenca (Jij ) - dugoročna verovatnoća

da će vrsta i naseljavati fragment staništa j.

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

Regionalno rasprostranjenje

Pi = Di/R,

Pi - broj fragmenata naseljenih vrstom i,

Di – očekivano rasprostranjenje vrste i,

R – broj fragmenata

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

Brzina promene verovatnoće pij da će vrsta i biti prisutna u fragmentu j, a u odsustvu interspecijskih interakcija:

dpeqij /dt = Jij = Ci(t)(1- pij) - eijpij ,

Jij - dugoročna verovatnoća da će vrsta i naseljavati fragment staništa j

Ci(t) - brzina kolonizacije nenaseljenih fragmenata ,

eij – stopa izumiranja postojećih lokalnih populacija.

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

Ako eij predstavimo kao Kij-1

gde je Kij=wiAj ( wi - konstantna populaciona gustina vrste i,

Aj - površina fragmenta j )

Ceqi = ravnotežna vrednost Ci(t) ,

tada je

dpeqij = Jij = Ceqi wiAj /( Ceqi wiAj +1) ,

Konzervaciona biologija 4.

BOGATSTVO VRSTA U ZAJEDNICAMAI NJIHOVO RASPROSTRANJENJE

Ako je metapopulacioni model kontinentalno-ostrvski, kolonizacija će biti jednosmerna– usmerena iz velike matične kontinetalne životne zajednice ka malim izolovanim fragmentima staništa-ostrvima.

Klasičan metapopulacioni model podrazumeva da prazni fragmenti staništa bivaju u istoj meri kolonizovani iz svih naseljenih fragmenata staništa.

Konzervaciona biologija 4.

https://www.youtube.com/watch?v=qmYv7i3iNV8