Úvod do ekologie (část) - dr. Kořínek, PřFUK, letní semestr 1994/1995
Populace
Stabilita populace globální
neustálé návraty k rovnovážnému stavu - pohupování se p1s1
Stabilita populace lokální
Může dojít k překroč. prahu nestability, ale
stabilita se může opakovat na jiné úrovni p1s1
Negativní zpětná vazba
působí-li rychle
asymptotické změny (setrvávání těsně pod nosnou kap. prost.) p1s1
působí-li pomalu
Zpožděná (překročení nosné kap. prost. a postupné navracení)
přestřelení velké, podstřelení velké, přest. menší, podst. menší p1s1
při dlouhém zpoždění obrovské oscilace vedoucí až k vymření pop. p1s2
Pozitivní zpětná vazba
až exponenciální růst může nastat p1s1
Její rovnice
N(t)=N(t-1)+RN(t-1), kde R je rychlost růstu (jedinců) p1s2
platí pro stále se obnovující populace hmyzu (ne obratlovce) p1a2
populace buď kontinuálně rostou nebo vymírají p2s1
přít. pouze poz. vazba neresp. nutnost rovnováhy s prostředím p2s1
Cesta k rovnováze podle Malthuse
boj o zmenšující se zdroje při vysoké početnosti populace p2s1
On the principles of population (1798) p2s1
rovnováha dosažit. změnami v natalitě, mortalitě, migraci-Darwin p2s1
Logistická rovnice růstu
Vyrov. populace z prostř. při lineárním char. poklesu růstu
R=Rm-SN(t-1) (rovnice přímky - S je síla vnitrhodruh. konk.)
způsob tlumení maximální rycholosti růstu (Rm) nosnou k. prostř. p2s1
Hustotní závislost
rychlost růstu je regulována velikostí populace p2s2
hustotně nezávislé faktory - např. zemětřesení p2s2
Zapracování negativní zpětné vazby
N(t)=N(t-1)+(Rm-SN(t-1))N(t-1) p3s1
negativní zp. vazbu je nutno dosadit za R p3s1
S lze vyjádřit Rm/K tj. K=Rm/S proto:
N(t)=N(t-1)+Rm(1-N(t-1)/K)N(t-1) - log. rovnice růstu pro Rm=1 p3s1
N(t-1)/K je vztah mezi požadavky a zásobami (K = n. kap. prost.) p3s2
K je rovnováha populace se zdroji v daném prostředí p3s2
v závis. na rychlosti růstu je odlišné chování v okolí rovnováh p3s2
Biotický potenciál
odpor prostředí zabraňující exponenciálnímu růstu p3s2
Zavedení časového zpoždění (t-T)
je-li T=2 tak se ukáže nová dynamika (cykly apod.) p4s1
S je interační koef. - jak rychle roste konk. s počtem jedinců p4s1
větším než Rm je populace rozkolísána a nevymře-li, vrátí se k r. p4s1
Rm*T<=1
asymptotické blížení k rovnovážnému stavu p4s1
1<Rm*T<2 nebo Rm*T=2
návrat do rovnovážného stavu p4s1
Rm*T>2
nestabilita p4s1 0
N(t)=N(t-1)+Rm(1-N(t-T)/K)N(t-1) p4s2
vlastnosti prostředí + Vlastnosti jedinců
natalita, mortalita, migrace (emigrace n. imigrace) p1s2
Nosná kapacita prostředí
se může měnit (les před a po probírce) p4s2
Hustotně závislé populace
měnící se příznivost poměru počtu jedinců a jejich zdrojů p4s2
Vnitrodruhová kompetice
interakce mezi jedinci sdílením spol. zdroje (prostor, potrava) p4s2
vede ke snižování růstu populace (X jedince) p4s2
Společné znaky
Vede ke změnám příspěvku jedinců do další generace
+ natalita, imigrace; - mortalita, emigrace p4s2
Zdroj, o který jde je dostupný v konečném množství
Exploatační kompetice
jde o reakci na působení jiného jedince na zdroj (ne j. na j.) p5s1
uplatní se při omez. množ. zdrojů a fixaci na jeden p5s1
časové zpoždění - přestřelování populace p5s1
exploatace X interference p5s1
Interferenční kompetice
jeden org. brání druhému ve využ. někt. zdrojů (hájení teritorií) p5s1
zdroje nemusí být limitující a není veliká přímá váz. pop. na ně p5s1
rychlé působení k. umož setrvávání populace poblíž nosné kap. p. p5s1
Vliv kompetice se v populaci projevuje nerovnoměrně
např. je přímo úměrný hustotě (klíčení rostlin) p5s1
Hustotní závislost
hustotní nezávislost - mortalita v poměru k počtu neroste p5s2
podkompenzační závislost - m. roste pomaleji než přírustek p5s2
prekompenzační závislost - m. kompenzuje příbytky (vymírání) p5s2
k Hodnoty mortality, plodnosti a růstu (killing power)
poměr mezi počáteční a konečnou pop. hustotou (dospělých) p6s1
rostou s mortalitou (kl. podíl přežívajících) p6s2
tj. v log vyjádř. poměry umož. zk. změny síly mortality p6s2
killing power (síla mort.) může nahradit S v modelech růstu p6s2
Rychlost růstu závisí též na počtu jedinců, kteří se množí:
čistý přírustek = rozdíl natality a mortality p7s1
při středních hodnotách je tedy nejvyšší p7s1
Přesná kompenzace
pravidlo stálého, konečného výnosu - málo větších n. více menších p7s1
též ve struktuře - více sušiny, méně semen či naopak p7s2
X Asymetrická kompetice
potlačování slabších silnějšími (např. rostliny) p8s1
posiluje se tak regulační vliv vnitrodruh. kompetice p8s1
krajní případ - Teritorialita
interferenční kompetice způsobená chováním p8s1
schopnost osídlit území nad možnostmi náhodné distribuce p8s1
Znaky
rychlé návraty pop. k rovnováze - výrazný regulační vliv p8s2
zdroje hájeny, nepřečerpávány p8s2
způsob chování vzniklý k maximalizaci zisků každého jedince p8s2
Rozsah teritoria
závisí na výtěžnosti (nosné kapacitě) prostředí p8s2
rozdíl ceny a zisku menší při nízké hustotě zdroje p8s2
Samoředění rostlin - extrémní případ vnitrodruh. kompetice
kles. pop. hustoty v záv. na zvětšování (vzájemné zastiňování) p9s1
stále pomalejší zvětš. hmotnosti při kles. pop. hustoty vede:
nakonec k přesné kompenzaci, výnos se nezvyšuje p9s1
samoředění = stále menší počet větších jedinců p9s2
Hustotně nezávislé faktory
vztahy k jiným druhům (mutuační, dravec - kořist) p6s2
další hustotně nezáv. faktory (počasí apod.) p6s2
Poznámky k demografii
Klasifikace závislosti věkové třídy na počtu přeživších
Konvexní
mortalita je maximální až na konci živ. rozpětí (ZOO) p12s1
Přímková
např. semena v půdě - pravděp. přežití klesá s věkem p12s1
Konkávní
rozhodující je přežití první fáze vývoje p12s1
Věkové pyramidy
počet jedinců ve věk třídách vyjádř. poměrem vodorovných čar p12s1
nahoře zůženo - převažují mladší X uprostřed široké - vymírání p12s1
Životní strategie populací
každá p. má jedinečné parametry přežívání a množivosti p12s1
Typy
semeroparní - hmyz - nepřekrývající se generace p12s1
heteroparní - lidé - překrývající se generace p12s1
v záv. na prost. vývojem vznikají Životní stragegie
maximalizace množení při omezeném množství zdrojů a času p12s2
Negativní korelace
zvýš. reprodukční cennosti mění např. odolnost (rost. na semena) p12s2
současný růst a reprodukce negat. ovl. růst a repr. v budoucnu p12s2
Klasifikace prostředí (biotopu) - Sauswood 1977
V záv. na čase
Konstantní
např. tropický deštný les - neměnné podmínky p12s2
Sezóní
pravidelné změny p12s2
Nepředvídatelný
erupce apod. p13s1
Efemérní
nahodile vzniklé podmínky života (hnijící ovoce) p13s1
V záv. na prostoru
Kontinuální
plocha není větší než potř. org. - není nutná disperze p13s1
Mozaikovitý
mezery překonatelné s pomocí disperzních mechanismů p13s1
Izolovaný
pouze nahodilá disperze p13s1
kontinuálně a izolovaně efemérní znemožňují život p13s1
Typy organismů v typech prostředí
biotopy preferují r nebo K selekci (růst nebo stabilitu) p13s1
K stratézi - např. stromy
žijí v konst. nebo předvídatelném sezónním prostředí p13s1
stabilní, vysoká hustota populace - kompetice mezi dospělci i ml p13s2
rodič. péče, delší živ. cyklus, velcí dospělí jedinci p13s2
iteroparita (opakování) rozmnož.; ne každý se k němu dostane p13s2
r stratézi (oportunistické druhy) - např. plevely
v nepředvíd., efem. prostředí - nebržděný růst p13s2
mortalita dosp. i ml. nezáv. na hustotě, která Kolísá p13s2
koreluje se změnami prostředí p13s2
prod. mnoha menších j., vysoké investice do Rozmnož. p13s2
jednorázové, časná dospělost, menší velikost dospělých p13s2
Klasifikace životních strategií rostlin (Grime)
v závislosti na stresu a disturbanci ještě další možné strategie p13s2
C (komn. či komu. (?) strategie)
případná disturbance vzácná, husté populace p13s2
ani stres ani disturbance nejsou velké p13s2
S (toleranční strategie)
stres velký, disturbance nízká p14s1
zaměření na toleranci, zdroje vzácné p14s1
R (ruderální strategie)
disturbance velká, stres malý p13s2
ruderální biotopy (úhor, skládky), vysoká disturbance p14s1
Interakce mezi populacemi
vztah působící rozdílně na silný a slabý druh p14s1
Např. -- kompetice, ++ mutualismus, +- predace, -+ parasitismus p14s1
Komensalismus (0+,+0)
přežití jednoho zajišť. druhý bez neg. ovl. (houby na kořenech) p14s1
Amensalismus (0-,-0)
aleopatie - rostlina vyluč. tox. metabolity zpomal. růst jiné r. p14s1
Mezidruhová kompetice
může vést ke kompetičnímu vyloučení, koex. nebo rozděl. zdrojů p14s2
Exploatační kompetice
konfrontace soutěží o zdroj (křemík ke stavbě schránek) p14s2
Interferenční kompetice
přímé vzáj. ohrožování p14s2
Podmínky možnosti a nemožnosti koexistence
Ekologická nika
prostor o více rozměrech značících nároky org. na optimum p15s1
Realizovaná nika (X základní)
zahrnuje přítomnost konkurenčních druhů p15s1
koex. předpok. oddělení nik, kompetice jejich překrývání p15s1
Princip kompetičního vyloučení (Gausův)
druhy budou koexistova jen za podmínky nikové diferenciace p15s1
stejnost nik nebo nemožnost oddělení vede k vylouč.jednoho druhým p15s1
Výjimky z Gausova principu
nebudou-li pop. rovnovážné mohou koexistovat p15s1
1. jeden druh kolonizačně úspěšnější (obs. vlnami uvol. pobřeží) p15s2
2. druh přítomý dříve je zvýhodněn je-li slabší - viz Plankton
trvalá nerovnováha prost. umož. koex. mnoha druhů p15s2
3. řada zdrojů ex. pouze krátkou dobu (org. zbytky) p15s2
4. typ distribuce koex. druhů - silný může podvaz. vnitrod. komp. p15s2
Zdánlivá kompetice
predátor loví střídavě dva druhy, vždy ten, který je v dosahu p15s2
druhy se pak brání morfologickým rozrůzňováním p16s1
Příklady nepochybné (!) nikové diferenciace
1. Kompetiční uvolnění
čím menší o. tím větší si na něm druh vytváří realizovanou niku p16s1
2. Posun vlastností
jeden druh se zmenšuje a tak může pokračovat ve sdílení zdroje p16s1
Koexistence rostlin (Tylmanovy modely)
je monitorován způsob odčerp. Zdrojů p16s2
u rostlin vždy téměř stejných p16s2
Isohlina nulového růstu (INR)
hranice za níž jsou všechny zdroje v dostateč. množství p16s2
vzáj. se překrývají a prolínají pro různé rostliny p16s2
Koexistence nastává
1. jeden druh musí být více lim. prvním než druhý druhým zdr. p17s1
2. každý musí více užív. ten, který více lim. jeho růst p17s1
rostliny mohou koex. protože svých zdrojů využ. v rozdílných konc p17s1
Mutualismus
druhy vzájemně získávají p17s1
Fakultativní
ani jeden z partnerů není na m. závislý (protokooperace) p17s1
medozvěstka - meodjed, ryby čističi, ryby v sasankách p17s1
na základě chování p17s1
Obligatorní
závazný pro jednoho nebo oba partnery p17s1
domestikace, mravenci - mšice ... p17s1
Důležité příklady
Opylování
hmyz, kolibříci, netopýři, drobní hlodavci a vačnatci p17s2
Trávicí symbióza
býložravci maji v tr. ús. bakterie, podobně termiti p17s2
Mykorhiza
Kořeny obalené houbami
rostlina dává houbě cuk. slouč. a ta jí pomáhá k min. živinám p17s2
Ekotrofní
houby na povrchu buněk (stromy) p17s2
Endotrofní
houby pronik. do kořenových buněk (zeměd. plodiny) p17s2
Společenstva
biotop - prostor života společenstev p10s1
Struktura společenstva z různých hledisek
Prostorová
vertikální - patra lesa, hloubky oceánu p10s1
horizontální - obměny vlhkosti, světové strany p10s1
Ekoton
smíšené pásmo mezi společenstvy - smíš. zóna (les X louka) p10s1
Časová
periodicita jevů, aktivit (dny, noci, l. fáze, příliv, roč. obd.) p10s1
cykly delší než roční nejisté p10s1
Funkční
dravci, býložravci p10s1
dobře definováni jen producenti (jednoduché organizmy) p10s1
Parametry společenstva
1. Druhová rozmanitost (diverzita)
nejde o počet druhů (druhová bohatost) p10s2
X druhová vyrovnanost - způsob zastoupení jednotl. druhů p10s2
matematické modely vyjadř. obě stránky druh. diverzity p10s2
Faktory, které MOHOU ovlivnit druh. diverzitu
Historie biotopu
od konce zalednění (způsob kolonizace) p10s2
Abiotická diverzita
poušť s různými podstatně odlišnými místy p10s2
Zem. šířka
počet druhů roste směrem k rovníku (stálá vlhkost, požír. zeleně p10s2
Nadm. výška (viz zem. šířka) p10s2
Ostrov X pevnina (vzdálenost od pevniny) p10s2
Hloubka oceánu
ubývání světla a tepla p10s2
Produktivita
přítomné živiny (limituje fosfor a dusík) p10s2
Extrémní abiotické podmínky
tundra (zmrzlá půda) p10s2
2. Neabiotické vlastnosti
Sukcesní stádium
následnost vývoje (proces regenerace) p10s2
postupně se mění složení obyvatel (požár lesa) p10s2
Predace
jedna populace požírá druhou p10s2
Monofág
jedna kořist p10s2
neovlivní téměř druhovou diverzitu (zničil by si kořist) p10s2
Oligofág
požírá více druhů p10s2
rovněž neovliv. druh. diverzitu (úzký výběr) p10s2
Polyfág
postupuje podle situace v prostředí p10s2
Je selektivní
vybírá si pouze nejvýh. kořist (káně přemnož. hraboše) p11s1
udržuje vysokou druh. diverzitu (nic se nepřemnoží) p11s1
Je neselektivní
ovce spasou všechno, též korýši konzumující fytoplankton p11s1
snižuje se počet druhů (jen některé se dokáží adaptovat) p11s1
Kompetice mezidruhová
druhovou vyrovnanost ovl. silně - bohatost jen v př. agr. predát. p11s1
Disturbance
zničení znač. části prostředí (spás. herbigory, kosení) p11s1
(herbigoři - býložravci ?) p11s1
Bohatost druhů na ostrovech
Různý počet druhů v růz. skupinách na jednotl. ostrovech (Darwin) p11s1
u Darwina šlo o ptáky p11s1
Teorie o rovnováze počtu druhů na ostrovech (McArthur, Wilson)
čím větší ostrov, tím více druhů v záv. na vzdál. od pevniny p11s2
malý ostrov s urč. pravděpodobností nebude abioticky rozmanitý X
velký p11s2
blízkost pevniny usnadňuje osidlování p11s2
tj. Jde o procesy vymírání a osidlování a jejich rychlost
rychlost vymírání stoupá s počtem druhů na ostrově X
rychlost osidlování klesá s počtem druhů na ostrově p11s2
musí se ustavit rovnováha mezi osidlováním a vymíráním p11s2
velikost o. mění úroveň vymírání, vzdálenost o. zas osidlování p11s2
(avšak řetězec ostrovů umož. stěhování) p11s2
Závěry
1. Počet druhů (dr. bohatost) se časem ustálí, je konstantní p11s2
2. Nemusí to být stále stejné druhy p11s2
3. Velké ostrovy umož. koexistenci většího počtu druhů než malé p11s2
4. Druh. bohatost klesá s rostoucí izolovaností ostrova p11s2
ostrovy též na pevnině(!), např. hory a vodní nádrže p11s2
Terestické (suchozemské) systémy a jejich sukcesní vývoj
především problematika rostlin na ladem nechaných územích p19s1
Typy sukcese
1. Neusměrněné změny (bez zákonitého trendu)
denní, sezónní - cyklické p19s1
obnovování jedněch druhými p19s1
fluktuace p19s1
2. Usměrněné změny
dlouhod. změny podnebí (trend změn vlhkosti, teplot) p19s1
evoluční (poměrné růsty skupin živočichů) p19s1
ekol. sukcese - v rámci života jednotl. organizmů (100-150let) p19s1
Heterotrofní
lejno místem náhlé sukcese (též vyvr. strom, listí) p19s1
Antotrofní
Alogenní
prováz. abiotickými změnami (naplavování do moře) p19s2
Autogenní
bez změn abiotických podmínek (ústup ledovce, požár lesa) p19s2
Primární
sopečný ostrůvek p19s2
Sekundární
po požáru semena přežívají p19s2
Série sukcesního vývoje
úhor po 10, 20 letech je předvídatelný p19s2
Klimaxové stádium
vyrovnání porušené části s okolím (paseka se dokonale změní v les p19s2
Klimax klimatický
rozhoduje podnebí p19s2
Klimax edafický
rozhoduje typ půdy (lužní lesú p19s2
Stabilita společenstva
původně měla růst s postupující sukcesí (mat. modely,labor.,tropy p19s2
dnes zpochybněno - modely, laboratoř X příroda, tropy-škůdci p19s2
zde výklad končí (přednášející odcestoval a jeho zástupce prý nedošel ani k PREDACI, tj. tou by se mělo zřejmě pokračovat) -
téma samostatné přednášky byl též koloběh fosforu v přírodě -