4. Interakcija metapopulacija i...
Transcript of 4. Interakcija metapopulacija i...
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