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ESSENTIALS OF ECOLOGY 6THMILLER/SPOOLMAN

Chapter 5Biodiversity, Species Interactions, and Population Control

Endangered species: Southern Sea Otter

Fig. 5-1a, p. 104

Species Interact in Five Major Ways• Interspecific competition

• Predation

• Parasitism

• Mutualism

• Commensalism

Most Species Compete with One Another for Certain Resources

• For limited resources

• Ecological niche for exploiting resources

• Some niches overlap

Some Species Evolve Ways to Share Resources

• Resource partitioning• Using only parts of resource

• Using at different timesg

• Using in different ways

Resource Partitioning Among Warblers

Fig. 5-2, p. 106

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Specialist Species of Honeycreepers 

Fig. 5-3, p. 107

Predator‐Prey Relationships

Fig. 5-4, p. 107

Most Consumer Species Feed on Live Organisms of Other Species (2)

• Prey may avoid capture by1. Run, swim, fly2. Protection: shells, bark, thorns3 Camouflage3. Camouflage4. Chemical warfare5. Warning coloration6. Mimicry7. Deceptive looks8. Deceptive behavior

Fig. 5-5a, p. 109

(a) Span worm

Fig. 5-5b, p. 109

(b) Wandering leaf insectFig. 5-5c, p. 109

(c) Bombardier beetle

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Fig. 5-5d, p. 109

(d) Foul-tasting monarch butterfly

Fig. 5-5e, p. 109

(e) Poison dart frog

Fig. 5-5f, p. 109

(f) Viceroy butterfly mimics monarch butterfly

Fig. 5-5g, p. 109

(g) Hind wings of Io moth resemble eyes of a much larger animal.

Fig. 5-5h, p. 109

(h) When touched, snake caterpillar changes shape to look like head of snake.

Science Focus: Threats to Kelp Forests• Kelp forests: biologically diverse marine habitat

• Major threats to kelp forests1 Sea urchins1. Sea urchins2. Pollution from water run‐off3. Global warming

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Purple Sea Urchin

Fig. 5-A, p. 108

Predator and Prey Interactions Can Drive Each Other’s Evolution

• Intense natural selection pressures between predator and prey populations

• CoevolutionCoevolution• Interact over a long period of time• Bats and moths: echolocation of bats and sensitive hearing of moths

Coevolution: A Langohrfledermaus Bat Hunting a Moth

Fig. 5-6, p. 110

Parasitism: Trout with Blood‐Sucking Sea Lamprey

Fig. 5-7, p. 110

Mutualism: Hummingbird and Flower 

Fig. 5-8, p. 110

Mutualism: Oxpeckers Clean Rhinoceros; Anemones Protect and Feed Clownfish 

Fig. 5-9, p. 111

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Commensalism: Bromiliad Roots on Tree Trunk Without Harming Tree

Fig. 5-10, p. 111

Most Populations Live Together in Clumps or Patches (1)

• Population distribution 1. Clumping2. Uniform dispersion3. Random dispersionp

Population of Snow Geese

Fig. 5-11, p. 112

Generalized Dispersion Patterns

Fig. 5-12, p. 112

Populations Can Grow, Shrink, or Remain Stable (1)

• Population size governed by• Births• Deaths• Immigrationg• Emigration

• Population change =(births + immigration) – (deaths + emigration)

Populations Can Grow, Shrink, or Remain Stable (2)

• Age structure• Pre‐reproductive age• Reproductive age• Post‐reproductive agep g

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Trout Tolerance of Temperature

Fig. 5-13, p. 113

No Population Can Grow Indefinitely: J‐Curves and S‐Curves (1)

• Size of populations controlled by limiting factors:• Light• Water• Space• Nutrients• Exposure to too many competitors, predators or infectious diseases

No Population Can Grow Indefinitely: J‐Curves and S‐Curves (2)

• Environmental resistance • All factors that act to limit the growth of a population

• Carrying capacity (K)Carrying capacity (K)• Maximum population a given habitat can sustain

No Population Can Grow Indefinitely: J‐Curves and S‐Curves (3)

• Exponential growth• Starts slowly, then accelerates to carrying capacity when meets environmental resistance

• Logistic growth• Decreased population growth rate as population size reaches carrying capacity

Logistic Growth of Sheep in Tasmania

Fig. 5-15, p. 115

Science Focus: Why Do California’s Sea Otters Face an Uncertain Future?

• Low biotic potential

• Prey for orcas

• Cat parasites

• Thorny‐headed worms

• Toxic algae blooms

• PCBs and other toxins

• Oil spills

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Population Size of Southern Sea Otters Off the Coast of So. California (U.S.)

Fig. 5-B, p. 114

Case Study: Exploding White‐Tailed Deer Population in the U.S.

• 1900: deer habitat destruction and uncontrolled hunting

• 1920s–1930s: laws to protect the deer

• Current population explosion for deer• Spread Lyme disease• Deer‐vehicle accidents• Eating garden plants and shrubs

• Ways to control the deer population

Mature Male White‐Tailed Deer

Fig. 5-16, p. 115

When a Population Exceeds Its Habitat’s Carrying Capacity, Its Population Can Crash

• A population exceeds the area’s carrying capacity

• Reproductive time lag may lead to overshoot• Population crashPopulation crash

• Damage may reduce area’s carrying capacity

Exponential Growth, Overshoot, and Population Crash of a Reindeer

Fig. 5-17, p. 116

Species Have Different Reproductive Patterns (2)

• Other species• Reproduce later in life• Small number of offspring with long life spans• Young offspring grow inside motherg p g g• Long time to maturity• Protected by parents, and potentially groups• Humans• Elephants 

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Under Some Circumstances Population Density Affects Population Size

• Density‐dependent population controls• Predation• Parasitism• Infectious disease• Competition for resources

Several Different Types of Population Change Occur in Nature

• Stable

• Irruptive• Population surge, followed by crash

• Cyclic fluctuations, boom‐and‐bust cycles• Top‐down population regulation• Bottom‐up population regulation 

• Irregular 

Population Cycles for the Snowshoe Hare and Canada Lynx

Fig. 5-18, p. 118

Communities and Ecosystems Change over Time: Ecological Succession

• Natural ecological restoration• Primary succession• Secondary succession

Some Ecosystems Start from Scratch: Primary Succession

• No soil in a terrestrial system

• No bottom sediment in an aquatic system

• Takes hundreds to thousands of years

• Need to build up soils/sediments to provide necessary nutrients

Primary Ecological Succession

Fig. 5-19, p. 119

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Natural Ecological Restoration of Disturbed Land

Fig. 5-20, p. 120

Secondary Ecological Succession in Yellowstone Following the 1998 Fire

Fig. 5-21, p. 120