vi populacija – oscilacije i · pdf fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i...

68
1 VI POPULACIJA – OSCILACIJE I FLUKTUACIJE Jasmina Krpo-Ćetković

Upload: trankhanh

Post on 21-Feb-2018

250 views

Category:

Documents


9 download

TRANSCRIPT

Page 1: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

1

VI POPULACIJA – OSCILACIJE I FLUKTUACIJE

Jasmina Krpo-Ćetković

Page 2: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

2

Fluktuacije populacija i takozvane “ciklične” oscilacije

Kada populacije kompletiraju svoj rast, a ∆N/∆t približava nuli tokom dužeg vremenskog perioda, GUSTINA POPULACIJE TEŽI DA

FLUKTUIRA IZNAD I ISPOD GORNJE ASIMPTOTE tj. NIVOA OTPORA SREDINE.

kapacitet sredine = maksimalni broj jedinki neke vrste koje ekosistem može da podrži bez štete po jedinke ili ekosistem (carrying capacity)

Page 3: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

3

Razne varijante fluktuacija kod eksponencijalnog (J-kriva) i

sigmoidnog/logističkog (S-kriva) rasta

GRUBE OSCILACIJE SE MOGU OČEKIVATI KOD POPULACIJA KOJE IMAJU KRIVU RASTA U

OBLIKU SLOVA J, A BLAGE KOD POPULACIJA SA S KRIVOM

Neki aspekti populacionog rasta (na aritmetičkoj skali) u obliku J krive (eksponencijalni rast) (A) i S krive (sigmoidni rast) (B). A-1 i A-2 pokazuju oscilacije svojstvene za J krivu, dok B-1, B-2 i B-3 pokazuju neke od mogućnosti kada postoji odložena reakcija na promene u gustini koja se dešava tokom vremenskog intervala od produkcije mladih do adultne faze. Kada se hrana ili drugi resursi akumuliraju pre populacionog rasta, može doći do prebacivanja kapaciteta sredine, kao na slikama A-2 i B-2. Ovo objašnjava npr. zašto je ribolov na novofomiranim ribnjacima i akumulacijama bolji nego u starim.

VREME

GU

STIN

A

KAPACITET SREDINE

Page 4: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

4

Logistički rast populacije ovce na jednom ostrvu u Tasmaniji, 1800–1925

POPULACIJA OSTAJE BEZ RESURSA I POČINJE DA PROPADA

POPULACIJA SE OPORAVLJA I STABILIZUJE

POPULACIJA PREVAZILAZI KAPACITET SREDINE

KAPACITET SREDINE

EKSPONENCIJALNI RAST

Bro

j ova

ca (u

mili

onim

a)

Godina

Page 5: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

5

Bro

j irv

asa

Godina

Populacija prevazilazi kapacitet sredine

Populacija propada

Kapacitet sredine

Eksponencijalni rast, prenamnoženje i propast populacije irvasa nakon introdukcije na ostrvo St. Paul u Beringovom moru 1910.

godine Kada je 26 irvasa (od čega 24 ženke) bilo intridukovano na ostrvo 1910, postojalo je obilje lišajeva, mahovina i drugih izvora hrane. Do 1935, krdo je naraslo na 2000 jedinki čime je prevazišlo kapacitet sredine. Ovo je dovelo do propasti populacije, tako da je 1950. ostalo samo 8 jedinki. Sada ih je oko 400 i umesto lišajeva jedu travu i korenje.

Page 6: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

6

Neke populacije – naročito insekata, planktona, nekih biljaka i

štetočina generalno – jesu eruptivne, eksplodiraju i zatim nestaju.

Često je to povezano sa sezonskim ili godišnjim PROMENAMA U DOSTUPNOSTI RESURSA, ali može biti i SLUČAJNO (stohastičke promene).

Neke populacije osciliraju pravilno.

Page 7: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

7

Fluktuacije mogu biti rezultat

promena u fizičkom okruženju koje spuštaju ili dižu asimptotu (K=kapacitet sredine),

ili rezultat interakcija među populacijama ili oboje.

Fluktuacije se mogu dešavati čak i u konstantnom okruženju kakvo se može održavati u laboratoriji.

REZULTAT PROMENA U FIZIČKOM OKRUŽENJU

REZULTAT INTERAKCIJA

Page 8: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

8

SEZONSKE - O

GODIŠNJE - O

VIŠEGODIŠNJE - O/F

OSCILACIJE (PRAVILNE) dnevna ritmika, 15-dnevna, lunarni ciklus, (polu)godišnja ritmika, višegodišnja

FLUKTUACIJE (NEPRAVILNE) 3-7, 107, višegodišnja ritmika, geološki ciklusi (masovna izumiranja, zemljotresi, klimatske promene)

SPOLJAŠNJI FAKTORI

UNUTRAŠNJI FAKTORI

Page 9: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

9

SEZONSKE PROMENE u veličini populacije:

• uglavnom kontrolisane adaptacijama u životnoj istoriji povezanim sa sezonskim promenama faktora u okruženju (perodicitet klimatskih faktora i dinamizam životnih ciklusa)

proleće leto

jesen zima

Page 10: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

10

Teško je u prirodi naći vrstu koja ne pokazuje neku vrstu sezonske promene veličine, ali su te promene najuočljivije kod vrsta koje imaju ograničenu sezonu reprodukcije, kratak životni ciklus ili naglašene sezonske disperzije (migracije).

Tipično je za insekte, jednogodišnje biljke i životinje i plankton.

Sezonske varijacije su karakteristične i u tropima i u umerenim i polarnim oblastima.

Page 11: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

11

(VIŠE)GODIŠNJE PROMENE:

a) promene kontrolisane primarno godišnjim razlikama

u fizičkom okruženju, tj. spoljašnjim faktorima (npr.

temperatura, količina padavina)

b)promene primarno kontrolisane populacionom

dinamikom, ili unutrašnjim faktorima (na koje utiču

biotički faktori kao što su dostupnost hrane ili

energije, bolest ili predatori)

Page 12: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

12

promene staništa tokom vlažnih i sušnih

godina

Page 13: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

13

promene izazvane spoljašnjim faktorima su obično NEREGULARNE (fluktuacije) i jasno povezane sa varijacijama jednog ili više važnijih fizičkih limitirajućih faktora (kao temperatura ili padavine)

promene kontrolisane unutrašnjim faktorima su obično REGULARNE (oscilacije), tj. ciklične (vrste koje pokazuju ovakve redovne varijacije u veličini populacije se nazivaju “cikličnim vrstama”)

Page 14: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

14

Podrazumeva se da i unutrašnji i spoljašnji faktori utiču na fluktuiranje.

Često se uočava da gustina populacija najviše varira iz godine u godinu u relativno jednostavnim ekosistemima u kojima se zajednice sastoje od svega nekoliko vrsta (zajednice sa malim diverzitetom), kao npr. arktičke zajednice ili zajednice sađenog bora.

Page 15: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

15

ŠTO JE ZAJEDNICA ORGANIZOVANIJA I ZRELIJA I ŠTO JE OKRUŽENJE STABILNIJE,

NIŽA ĆE BITI AMPLITUDA FLUKTUACIJA GUSTINE POPULACIJA

Često je teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće:

• tropska kišna šuma

Page 16: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

16

Zanimljive i samo delimično objašnjene varijacije su one koje nisu povezane sa sezonskim ili drugim godišnjim promenama (VIŠEGODIŠNJE), a koje uključuju REGULARNE oscilacije koje čak omogućavaju predviđanje veličine populacije unapred.

Najpoznatiji slučajevi su kod organizama severnih predela.

VIŠEGODIŠNJE OSCILACIJE

Page 17: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

17

Klasični primer 9-10 godišnjih oscilacija jesu zec i ris:

Slika: Promene u gustinama risa (Lynx canadensis) i zeca (Lepus americanus), zabeležene kao broj krzna ulovljenih životinja donetih u Kompaniju Hudson Bay (Kanada). Ovo je klasični primer cikličnih oscilacija gustine populacije.

Bro

jnos

t ris

a u

hilja

dam

a

Bro

jnos

t zec

a u

hilja

dam

a

Page 18: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

18

Lepus americanus

Zec obično 1 godinu pre risa postane brojan. Zec oscilira i tamo gde nema risa, što znači da je u pitanju interakcija između predatorstva i dostupnosti hrane, kao i kod mnogih drugih vrsta.

• belo krzno – fotoperiod a ne temperatura

Page 19: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

19

Kraći ciklusi (3-4 godine) su poznati kod mnogih severnih murida (leminzi, voluharice) i njihovih predatora (snežna sova, lisica)

Takođe su poznati i primeri kod insekata (pustinjski skakavac itd.)

Gubar: progresivna faza, kulminacija, regresivna faza, latenca

Lemmus lemmus

Schistocerca gregaria

Lymantria dispar

Bubo scandiacus

Page 20: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

20

Leminzi pokazuju velike varijacije u predvidljivom 4-godišnjem cilkusu

Slika: Četvorogodišnji populacioni ciklusi leminga (Dicrostonyx groenlandicus) u Manitobi, Kanada.

Bro

j lem

inga

po

hekt

aru

Godina

Page 21: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

21

Erupcije feralne populacije kućnog miša Mus musculus u Kaliforniji tokom 1959 i 1960 (Pearson 1963).

VIŠEGODIŠNJE NEPRAVILNE

Page 22: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

22

Ovakve neobične najčešće nepredvidljive erupcije su slabo istražene, ali se verovatno dešavaju kada se složi veći broj povoljnih faktora:

• vremenski uslovi • obilna hrana • vegetativni pokrivač u kome se skrivaju od

predatora

Ovakve erupcije često pokrivaju šira geografska područja što navodi ekologe da pokušavaju da smisle opšte teorije.

Page 23: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

23

VREMENSKI USLOVI

NEPRIJATELJI

LISNE BUBE (Chrysomelidae)

VRBE (hrana/ stanište)

Page 24: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

24

1) METEOROLOŠKE TEORIJE

2) TEORIJE O SLUČAJNIM FLUKTUACIJAMA

3) TEORIJE O INTERAKCIJAMA NA NIVOU POPULACIJE

4) TEORIJE O INTERAKCIJAMA U OKVIRU RAZLIČITIH TROFIČKIH NIVOA (NA NIVOU EKOSISTEMA)

Postoji više teorija koje objašnjavaju mehanizme oscilatornih promena gustine populacije:

Page 25: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

25

1) METEOROLOŠKE TEORIJE:

Teorije o sunčevim pegama su bile predložene, ali je posle pokazano da to nije uzrok promenama brojnosti kod zečeva i riseva.

Do sada nisu otkrivene nikakve klimatske promene koje bi se uklapale u 9-10 ili 3-4 godišnji interval.

Page 26: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

26

DIREKTNO DEJSTVO (na fekunditet, fertilitet, fizičku egzistenciju)

INDIREKTNO DEJSTVO (na hranu, prostor, predatore, itd.) sezonski uticaj ili uticaj na višegodišnje neregularne promene brojnosti

KLIMATSKI FAKTORI IMAJU:

Page 27: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

27

Neke vrste su povezane sa klimatskim faktorima, kao jedna vrsta prepelice koja živi u Arizoni (Callipepla) čija je gustina povezana sa količinom zimskih padavina (razvijenija vegetacija).

Ondatra je povezana sa periodima suše (napuštaju skloništa i bivaju izloženi predatorima).

Page 28: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

28

UTICAJ KLIMATSKIH PROMENA

• neregularne fluktuacije slabijeg intenziteta

Ardea cinerea

jake zime

Slika: Promene u gustini populacije čaplje Ardea cinerea na dva lokaliteta u Velikoj Britaniji od 1933. do 1963. godine. Na slici je označen uticaj hladnih zima na pad gustine.

Page 29: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

29

Dendrolimus

• neregularne fluktuacije jačeg intenziteta

• broj (logaritam) larvi moljca Dendrolimus sp. u hibernaciji tokom zime po m² šume

Slika: Primer neregularnih fluktuacija jačeg intenziteta. Prikazan je zimski broj larvi u hibernaciji moljca Dendrolimus sp. po m² šume u Letzlingenu, Nemačka, tokom 60 godina. Gustine su prikazane na logaritamskoj skali.

Log

arita

m b

roja

larv

i po

Page 30: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

30

2) TEORIJE O SLUČAJNIM FLUKTUACIJAMA:

Drugi istraživači su predložili da oscilacije mogu biti rezultat slučajnih varijacija u abiotičkom i biotičkom okruženju.

Ovo bi značilo da se ni jedan faktor ne može izdvojiti kao značajniji od ostalih.

Značajniji uticaj na populacije sa malim brojem jedinki (inbriding i genetički drift, porast homozigota, gubitak alela)

Page 31: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

31

3) TEORIJE O INTERAKCIJAMA NA NIVOU POPULACIJE:

Ukoliko se pokazalo da klimatski faktori, slučajni ili ne, ne predstavljaju glavni uzrok oscilacijama, onda bi uzroke prirodno bilo potražiti unutar samih populacija.

Jednostavna prenamnoženost (praćena neizbežnim padom) može izazvati oscilacije sa periodom koji može biti proporcionalan stopi rasta, a takođe ih mogu izazvati i odnosi predator-plen, parazit-domaćin.

Page 32: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

32

Prevelika gustina kod viših vertebrata – stres – uveličane nadbubrežne žlezde – promena ponašanja, smanjen otpor prema stresu i bolestima, smanjen reproduktivni potencijal

Nadbubrežne žlezde vrše sekreciju hormona koji potpomažu regulaciju hemijske ravnoteže, metabolizma i rada drugih žlezda

Page 33: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

33

Thysanoptera

UTICAJ POPULACIONIH INTERAKCIJA

Herbivorija: najveća brojnost tripsa u proleće (Australija) kada ruže cvetaju; kada se osuše tripsi uginu

Slika: Sezonske promene u populaciji adultnih tripsa koji žive na ružama.

Pros

ečan

bro

j trip

sa p

o ru

ži

Page 34: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

34

6-7 god. ciklus Domaćin: Bupalus piniaria (borova guba, Geometridae, Lepidoptera) Parazit: Eucarcelia rutilla (Tachinidae, Diptera)

Odnos parazit-domaćin

Bupalus piniaria

Gus

tina

luta

ka p

o m

²

Godina

Page 35: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

35

Kao što ćemo kasnije videti, sistem sa samo jednim plenom i jednim predatorom može oscilovati čak i u konstantnom fizičkom okruženju laboratorije. Dakle, populacije često mogu da se “otmu” kontroli kapaciteta sredine i da se prenamnože. Postoji veliki broj pokazatelja da su fiziološke promene kod jedinki praćene znatnim oscilacijama u gustini populacije. Većina istraživača se slaže da ovakve promene mogu modifikovati periodicitet ili amplitudu fluktuacija.

Page 36: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

36

Lotka-Volterra model odnosa predator-plen

Alfred J. Lotka (1880–1949), Vito Volterra (1860–1940) – videti lekciju "Koakcije"

Slika: Ilustracija varijacija gustine predatora i plena u odnosu na vreme ili distancu. Gustina plena Vreme ili distanca

Gus

tina

pred

ator

a

Gus

tina

Plen

Predator

Page 37: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

37

jastreb mišar

kunić lisica

prirodna stopa rasta kunića

smrt

rađanje

smrt rađanje

KUNIĆ

LISICA

ulaganje kunića u pop. lisice

stopa predatorstva

prirodna stopa smrtnosti lisice

ulaganje kunića u

pop. jastreba

ulaganje kunića u

pop. lisice

prir. stopa rasta

kunića

J

prirodna stopa smrtnosti lisice

prirodna stopa smrtnosti jastreba

K

L

Page 38: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

38

4) TEORIJE O INTERAKCIJAMA U OKVIRU RAZLIČITIH TROFIČKIH NIVOA (NA NIVOU

EKOSISTEMA):

Četvrta grupa teorija vrti se oko ideje da su ciklusi gustina vezani za ekosistem a ne za populaciju.

Svakako da velike promene uključuju ne samo dva trofički nivoa kao predator-plen, već su značajne i interakcije drugih trofičkih nivoa kao što su herbivor (plen)-biljka (karnivor-herbivor-biljka)

Page 39: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

39

Primer: u sistemu karnivor-herbivor-biljka, gustina životinja utiče na selektivni pritisak kod biljaka – ova selekcija utiče na genetičku povratnu spregu biljaka, što opet utiče na na gustinu životinja. Akcije i reakcije interagujućih populacija u lancu ishrane povezane sa mehanizmima genetičke povratne sprege kao rezultat imaju evoluciju i regulaciju populacija – koevolucija ekološki povezanih populacija.

Herbivor se hrani biljkom i time utiče na brojnost populacije i obrnuto; karnivor utiče na brojnost populacije herbivora i obrnuto

Page 40: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

40

TOP-DOWN KONTROLA – TROFIČKA KASKADA

unos piscivora koji konzumiraju zooplanktivorne ribe (BIOMANIPULACIJA)

gustina zooplanktona raste, a fitoplanktona opada

TOP-DOWN – KONTROLA OD STRANE PREDATORA BOTTOM-UP – KONTROLA OD STRANE RESURSA

Page 41: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

41

Porast biomase piscivora...

dovodi do smanjenja biomase zooplanktivora...

porasta biomase herbivora...

i smanjenja biomase fitoplanktona

Page 42: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

42

Trofička kaskada: scenario uklanjanja vršnog predatora pre posle

mešavina krupnih i sitnih predatora raznovrsna biljna zajednica raznovrsna zajednica ptica pevačica manje krupnih herbivora

nema krupnih predatora; dominiraju sitni jednostavnija biljna zajednica manji diverzitet ptica pevačica brojni krupni herbivori

Page 43: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

43

Trofička kaskada je poznata i pod nazivom “TOP-DOWN” KONTROLA ili BIOMANIPULACIJA

više nutrijenata više algi više zooplanktona više

zooplanktivornih riba više piscivornih riba

Alternativno, “BOTTOM-UP” KONTROLA podrazumeva da “mnogo plena može nahraniti mnogo predatora”.

Kod ovog tipa kontrole, viši trofički nivoi zavise od snabdevanja sa nižih

trofičkih nivoa.

smuđ

štuka

som

grgeč

bucov

Page 44: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

44

Problem cikličnih oscilacija u svakom pojedinom slučaju se može svesti na to da se determiniše da li su jedan ili više faktora primarno odgovorni ili su uzroci toliko brojni da ih je teško analizirati.

Prvi slučaj je karakterističan u jednostavnim ekosistemima, što smo već spomenuli, a drugi u složenijim.

Page 45: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

45

tri tipa pulsiranja gustine megaciklični – kad se sastave unutrašnji i spoljašnji faktori

pulsirajuće stabilna

mega-ciklična

eruptivna

Page 46: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

46

Gustine vukova i losova na ostrvu Isle Royal (Velika jezera, Gornje jezero) fluktuiraju po složenom obrascu

poža

r

los

kolo

nizu

je

poža

r

vuk

kolo

nizu

je

zim

e sa

jaki

m

sneg

om

kani

dni

parv

oviru

s

krpe

lji lo

sa

dubo

ki s

neg

broj

loso

va broj vukova

Slika: Promene u gustini populacije losa (Alces alces) na ostrvu Isle Royal.

Page 47: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

47

Multifaktorijalni model regulacije populacije kod kalifornijske voluharice Microtus californicus (Lidicker 1988). Sazrevaju sa 35-40 dana i imaju 5-10 okota godišnje.

Reprodukcija

Brojnost voluharica

Mortalitet Alternativni plen

Predatori

Paraziti i bolesti

Resursi u sušnim

sezonama

Kompetitori

Vremenski uslovi

Kvantitet (produktivnost) i kvalitet (sadržaj proteina)

biljaka

Veličina okota

Foto period

Kondicija voluharica

Fragmentacija predela

Socijalne interakcije

Disperzija pred

zasićenje

Disperzija zbog frustracije

Page 48: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

48

REGULACIJA POPULACIJA I MEHANIZMI KONTROLE POPULACIJA ZAVISNI OD GUSTINE I NEZAVISNI OD

GUSTINE

Page 49: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

49

U ekosistemima koji imaju mali diverzitet i nalaze se u fizičkom

stresu, ili u onima koji su podložni neregularnim ili nepredvidljivim

spoljnim promenama, populacije su većinom regulisane fizičkim komponentama, kao što su

vremenski uslovi, vodene struje, hemijski faktori, zagađenje itd.

Page 50: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

50

U ekosistemima visokog diverziteta ili u onima gde nema fizičkog stresa,

populacije su pod biološkom kontrolom.

U svim ekosistemima se javlja naglašena tendencija kod svih populacija da

evoluiraju kroz prirodnu selekciju u pravcu samoregulacije jer

prenamnožavanje nije dobro ni za jednu populaciju.

Page 51: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

51

REGULACIJA POPULACIJE

TENDENCIJA VRAĆANJA NA RAVNOTEŽNU VELIČINU

POPULACIONA STABILNOST

TENDENCIJA ODRŽAVANJA KONSTANTNE VELIČINE

Page 52: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

52

Svaki faktor, bilo da je pozitivan ili negativan ili je nezavisan ili zavisan od gustine.

Klimatski faktori deluju nezavisno od gustine, dok biotički (kompeticija, parazitizam, patogeni) deluju zavisno od gustine.

Akcije zavisne od gustine intenziviraju se kada se populacija približava gornjoj ili donjoj granici.

Faktori zavisni od gustine najvažniji su za sprečavanje prenamnožavanja i odgovorni za postizanje stabilnog stanja.

Page 53: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

53

Faktori zavisni od gustine Faktori nezavisni od gustine

• kompeticija

• predatorstvo

• parazitizam, patogeni

• prenamnoženje i stres

• klimatski faktori

• prirodne katastrofe

pros

ečan

bro

j mla

duna

ca

broj gnezdećih parova gustina (broj jedinki / 0,5 g brašna)

prež

ivel

i (%

)

Page 54: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

54

Efekti stresa

Apodemus sp.

manje rođenih mladunaca više uginulih jedinki

velič

ina

popu

laci

je

smanjeni stres

velič

ina

popu

laci

je

intenz. korišćenje hrane

smanjenje dostupnosti hrane

oporavak hranidbenih resursa

Voluharica (Microtus sp.)

Page 55: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

55

Prevalencija bruceloze kod bizona u Yellowstone parku raste sa povećanjem gustine populacije

veličina populacije (u hiljadama) pr

eval

enci

ja

Slika: Prevalencija bruceloze kod bizona u Yellowstone parku na osnovu seropozitivnih testova na gram-negativnu bakteriju Brucella abortus.

Page 56: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

56

Za faktore zavisne od gustine, stopa nataliteta i mortaliteta menjaju se se gustinom populacije

….. dok za faktore nezavisne od gustine ove stope nisu povezane sa veličinom populacije

stop

a ra

đanj

a st

opa

rađa

nja

stopa umiranja

stopa umiranja

rađanje

umiranje

N

N

a) Faktori zavisni od gustine

b) Faktori nezavisni od gustine

Page 57: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

57

Najvažniji deo ove opšte teorije je da “populacija evoluira ka samoregulaciji”.

U stvari, populacije evoluiraju ka regulisanju svoje gustine na nivou znatno ISPOD GORNJE ASIMPTOTE ILI KAPACITETA SREDINE koji se dostiže kada su čitava energija i prostor potpuno iskorišćeni.

Na ovaj način prirodna selekcija maksimizira kvalitet okruženja i smanjuje verovatnoću izumiranja populacije.

Page 58: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

58

Dva mehanizma stabilizuju gustinu na nivou ispod zasićenja:

1) TERITORIJALNOST, prenaglašena forma intraspecijske kompeticije koja ograničava rast populacije kontrolom korišćenja prostora i 2) GRUPNO PONAŠANJE, poboljšava preživljavanje mladunaca ali redukuje njihov broj

Page 59: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

59

kapacitet sredine

velič

ina

popu

laci

je

vreme

otpor sredine

kapacitet sredine

Višak smanjuju:

glad

bolesti/paraziti

nesreće

vremenske prilike

lov predatori

drugo

Sezonski višak

kapacitet sredine umanjen

kapacitet sredine 0

velič

ina

popu

laci

je

brojnost populacije jelena

preveliko povećanje brojnosti smanjenje kvaliteta staništa smanjenje kapaciteta sredine

kapacitet sredine za različite standarde življenja

nizak

visok

najviši

velič

ina

popu

laci

je

Page 60: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

60

Da sumiramo, aspekti okruženja nezavisni od gustine dovode do varijacija, ponekad i drastičnih, u gustini populacija i izazivaju pomeranje gornje asimptote tj. nivoa kapaciteta sredine

Faktori nezavisni od gustine imaju veću ulogu u sistemima koji su pod fizičkim stresom

Page 61: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

61

Natalitet i mortalitet kao zavisni od gustine postaju važniji u sistemima gde je fizički stres smanjen

Kompeticija, takođe zavisna od gustine, teži da održi populaciju u stabilnom stanju

Baš kao kod kibernetskih sistema koji glatko funkcionišu, dodatna kontrola negativnih faktora postiže se interakcijama između populacija različitih vrsta koje su međusobno povezane u lancima ishrane ili pak nekim drugim ekološkim odnosima.

Page 62: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

62

Različite vrste imaju različite strategije da bi se izborile sa variranjem životne sredine

Page 63: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

63

Položaj r- i K-selekcionisanih vrsta na S-krivoj populacionog rasta

broj

jedi

nki

vreme

Page 64: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

64

“Prirodna selekcija” • Opstaje fenotip koji ima najveći “fitness” (uspešnost)

Uspešnost = R (stopa reprodukcije) X S (preživljavanje)

• ako poveća R mora smanjiti S • ako poveća S mora smanjiti R

– Više sitnijih jaja više sitnijih mladunaca

– Nizak S za svaki stadijum – Manje krupnijih jaja manje krupnijih mladunaca

– Mora povećati S za svaki stadijum (inače opada uspešnost)

Page 65: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

65

r/K skala reproduktivnih strategija: ravnoteža između broja potomaka i roditeljske brige

• Ostrige su primer ekstremne r-strategije – proizvode 500 miliona oplođenih jaja godišnje i nemaju brigu o potomstvu.

• Gorile su primer ekstremne K-strategije – proizvode jednog potomka svake pete godine i imaju intenzivnu brigu o potomstvu.

Page 66: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

66

Strategije životne istorije: dva opšta tipa

Karakteristika životne istorije

r-selekcionisani, oportunisti

K-selekcionisani, ravnotežni, kompetitori

potomci mnogo, sitni (visoko r) malo, krupni (nisko r)

preživljavanje potomaka

nisko visoko

briga o potomstvu retka uobičajena

polno sazrevanje rano kasnije

reproduktivne sezone 1-nekoliko mnogo

stanište nestabilno, privremeno stabilno, trajno

kompetitivnost niska visoka

regulacija populacije nezavisna od gustine zavisna od gustine

fluktuacija populacije eruptivna stabilna oko K

r – stopa rasta K – kapacitet sredine

• mnoge vrste imaju karakteristike između ova dva ekstrema

Page 67: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

67

• mnogo sitnih potomaka

• slaba briga ili bez brige o potomstvu

• rano polno sazrevanje

• većina potomaka ugine pre dostizanja polne zrelosti

• sitni adulti

• adaptirani na nestabilne uslove okruženja

• visoka stopa populacionog rasta (r)

• veličina populacije varira ekstremno

iznad i ispod kapaciteta sredine (K)

• široka ekološka niša (generalisti)

• niska kompetitivna sposobnost

• vrste ranih sukcesivnih stadijuma

r-selekcionisane vrste bubašvaba

maslačak

Page 68: VI POPULACIJA – OSCILACIJE I  · PDF fileje teško odrediti uzroke fluktuacija i oscilacija, ali se ipak može konstatovati sledeće: ... grupa teorija vrti se oko ideje da su

68

• manje krpunijih potomaka

• izražena briga o potomstvu

• kasnije polno sazrevanje

• većina potomaka doživi polnu zrelost

• krupniji adulti

• adaptirani na stabilne uslove životne sredine

• niska stopa populacionog rasta (r)

• veličina populacije relativno stabilna i obično blizu kapaciteta sredine (K)

• ekološka niša uska (specijalisti)

• visoka kompetitvna sposobnost

• vrste kasnih sukcesivnih stadijuma

K-selekcionisane vrste

slon saguaro kaktus