Základy ekologie pro KPT

Prezentace na téma: "Základy ekologie pro KPT"— Transkript prezentace:

1 Základy ekologie pro KPT
Vztahy Základy ekologie pro KPT

2 Interakce mezi organismy
Intraspecifické kooperace Kompetice kanibalismus Interspecifické mutualismus protokooperace kompetice predace amenzalismus komenzalismus neutralismus atd.

3 Typy vztahů mezi organismy
Vnitrodruhové=intraspecifické - vznikají mezi jedinci stejného druhu, který tvoří danou populaci, realizace těchto vztahů je podmínkou pro vlastní existenci druhu Mezidruhové = interspecifické jednotlivé druhy si mezi sebou konkurují o zdroje často se jedná o druhy na stejné trofické úrovni -při jednostranném přemnožení druhu dochází také ke konkurenci vzhledem k nárůstu biomasy přemnožených jedinců, kteří omezují ostatní druhy

4 Kompetice = konkurence – vztah mezi jedinci vyvolaný společnou potřebou omezeného zdroje, směřuje ke snížení možnosti přežití, růstu a reprodukce soutěžících jedinců (snížení fitness) ekologická nika: prostředí, kde žije organismus, rozsah významný pro kompetici = nároky organismu na prostředí podobné nároky na prostředí vliv na disperzi, teritorialitu a regulační mechanismy habitat: fyzikální prostředí organismů, má mnoho nik a) realizovaná nika: velikost niky v podmínkách působení limitujících faktorů prostředí (kompetice a predace- zmenšení realizované niky; mutualismus- zvětšení niky) b) fundamentální nika: potenciální nika v podmínkách absence kompetice a predace

5 Interspecifická kompetice
u jedinců obou druhů se snižuje fitness (jeden je ale vždy o poznání více „utlačovaný“) působí prostřednictvím změn natality a mortality živočichové – především o potravní zdroje sedentérní organismy – především o prostor nejlépe se dá pozorovat u cechů (gilda = skupina organismů s různým původem ale společným způsobem obživy) má vliv na realizovanou niku

6 Realizovaná vs fundamentální nika
Balanus (svijonožec)

7 Gauseův princip 2 druhy se stejnými nikami spolu nemohou koexistovat na stejném místě a čase kompetici je možné se vyhnout: náhodný vznik neobsazených nik – slabý kompetitor první kolonizátor, silný kompetitor není slabý kolonizátor sezónnost efemernost prostředí - plod, mršina (různé cykly rozmnožování nahloučená distribuce u silnějšího kompetitora -> k vnitrodruhové kompetici

8 Efekt kompetice konkurenční vyloučení nebo výběr rozdílných mikrohabitatů divergence = druhové rozrůznění

9 Model Lotka-Volterra hledám řešení pro obě rovnice
naleznu body pro 1. druh bod A: N1=0, N2=K1/α12 bod B: N1 = K1, N2=0 naleznu body pro 2. druh bod A: N2=0, N1=K2/α21 bod B: N2 = K2, N1=0 Izokliny nulového růstu

10 Model Lotka-Volterra 4 situace:

11 Ověření modelu - trepky

12 Ověření modelu - potemníci
Tribolium castaneum potemník hnědý Tribolium confusum potemník skladištní

13 Kooperace termín není dostatečně definován – typ vztahu mezi jedinci, který pro všechny kooperující jedince směřuje ke zvýšení možnosti přežití, růstu a reprodukce soutěžících jedinců (zvýšení fitness)

14 Intraspecifická kooperace
egoismus – chování ve svůj prospěch altruismus – chování ve prospěch ostatních Existuje v přírodě altruismus? Intraspecifická kooperace: mezi příbuznými mezi nepříbuznými jedinci

15 Kooperace mezi příbuznými jedinci

16 Kooperace mezi příbuznými
příbuzenský výběr (kin selection) – např. rodičovská ochrana příbuzní si musí pomáhat, protože šíří svoje geny teorie inkluzivního fitness – nepředpokládá rozvoj altruizmu bez příbuznosti, může však dojít k vynucení altruizmu skrze manipulaci (viz. kukačka) fenotypový altruismus je genotypový egoismus i přes ztráty přináší benefit jedinci

17 Hamiltonovo pravidlo jedinci, již přednostně pomáhají svým příbuzným, s nimiž mají společné geny, může vzrůstat reprodukční zdatnost (fitness) tato zdatnost je stanovena podle počtu kopií genu předaných do dalších generací dvě možnosti jak dosáhnout jejího zvýšení: přímo – předáním genů svým potomkům nepřímo – pomocí k reprodukci příbuzným jedincům, nositelům stejného genu r…proporce sdílených genů B…benefit pro příjemce (o kolik více potomků bude produkováno) C…cena za altruismus

18 Hamiltonovo pravidlo r – koeficient příbuznosti b – benefit získaný pomocí c – ztráta díky pomocí L – počet spojnic v příb. vztahu r – pravděpodobnost sdílení shodného genu platí u diploidních organismů L je počet spojnic v příbuzenském vztahu p(AA)=p(A).p(A) otec p(BB)=p(B).p(B) matka p(AAvBB)=p(AA)+p(BB) r = (0.5x0.5)+(0.5x0.5) r=0.5

19 Sociální hmyz včely – haplodiploidie (♂1n ♀2n – počet sad chromozomů) 1n 2n 100% 100% 50% 50% I mravenci se rozmnožují způsobem, který vědci označují za haplodiploidii. Z oplozených vajíček královny se líhnou diploidní samičky, které mají dvě sady chromozomů. Z neoplozených vznikají haploidní trubci s jednou sadou chromozomů. Haplodiploidie má mimo jiné za následek, že dělnice spolu sdílejí celých 75 % genů. U jiných organismů by to bylo jen 50 %. Existuje proto teorie, že haplodiploidie podporuje altruistické chování v mravenčích koloniích. Dělnice se samy nerozmnožují, ale obětavě opatrují své sourozence.  100 50 100 50 r=0.75 50% 50% 50% 50% - dělnice spolu sdílení 75% genů = podpora altruismu

20 Kooperace mezi nepříbuznými jedinci

21 Altruismus altruismus původně vysvětlován na základě skupinového výběru (group selection) altruismus lze nejjednodušším způsobem vysvětlit přes egoismus (pouštní Myrmica – více královen produkuje více jedinců a vytlačují ostatní mravence (loupeživí), po vítězství se navzájem pozabíjí, zůstane jedna královna)

22 Reciproční altruismus
reciproční altruismus – pomoc nepříbuznému jedinci -> očekávám, že mi to vrátí v budoucnu pokusy u Desmondus rotundus (upír obecný) pokud se samice 3x nenapijí, tak hynou, ale pokud jsou hladové, tak je ostatní krmí->příště budou muset pomoct ostatním prokázán větší altruismus u samic, které se znají

23 Vězňovo dilema vychází z teorie her (von Neumann, Oskar Morgerstern, John Nash) vězňovo dilema (the prisoner´s dilema), 1950 (Merrill Flood a Melvin Dresher)

24 Tit for tat 1984 – Robert Axelrod The Evolution of Cooperation (1984)
pro 1 pokus – vždy zrada, nepředpokládám-li opakování a paměť „Tit for Tat“ – Anatol Rapoport A\B B kooperace B nekoop A kooperace A(3),B(3) A(0),B(5) A nekoop A(5),B(0) A(1),B(1) Tit for tat nabídnu spolupráci a opakuji kroky soupeře

25 Formy a důkazy altruismu?
Manipulace hnízdní parazitismus (hostitel maximalizuje zisk parazita) ryby s výrůstky napodobují kořist a lákají přímo k sobě manipulace, aby pro ně ostatní pracovali (rodiče) špačci vyhodí druhému vajíčko a nakladou tam své manipulace je také varování před nepřítelem a signály (antilopa dává signál, že vidí nepřítele)

26 Formy a důkazy altruismu?
Shlukování - teorie sobeckého stáda = řada živočichů tráví mnoho času pospolu ve velkých skupinách - snaží snížit šanci, že při útoku predátora budou sežrání právě oni - souvisí se synchronizací organismů v prostoru a čase - manipulace - když uteče sám, jsem příliš nápadný Stádo ovcí s/bez ovčáckého psa v obou případech ovce vykazují velmi silnou přitažlivost ke středu stáda, a prakticky neustále kladou při pohybu nenápadný důraz na proniknutí do centra stáda.

27 Interspecifické interakce

28 Základní typy interakcí
Typ vztahu Druh 1 Druh 2 Příklad kompetice - trepky Paramecium predace + kočka-myš parazitismus tasemnice-člověk neutralismus vrabec-sýkora protokooperace sasanka-krab poustevník mutualismus mravenec-mšice komenzalismus sup-lev amenzalismus mikroorganismus-houba

29 Mutualismus mutualismus = širší pojem, oboustranně výhodná interakce
nemusí být nutně symbionty = organismy v blízkém fyzickém kontaktu, ale řada z nich je

30 Mutualismus obligátní: permanentní spojení (lichenismus, rak se sasankou) fakultativní: příležitostné spojení (opylování květů hmyzem, kolibříky a netopýry; přenášení semen) symbiotický: uvnitř těl organismů (mykorrhiza, termiti a prvoci) obranný: akácie (duté trny), mšice a mravenci

31 Protokooperace soužití nezávazné, oba druhy mají prospěch
(kolektivní hnízdění ptáků; africká antilopa impala – pavián babnivo: aliance proti útokům predátora - antilopa má výborný čich, pavián vynikající zrak ) klubák a hroch

32 Komensalismus populace jednoho druhu (komenzál) těží z aktivity jiného druhu, který není přítomností komenzála poškozován

33 Komensalismus - typy Dle stupně vázanosti:
parekie- sousedství 1 druhu s druhým jako ochrana před predátory (vrabci a obydlí, sasanky a korálové ryby) synekie- společný výskyt 2 druhů (brouci v doupatech svišťů) forézie - využití jiného druhu k přenosu (brouci a roztoči)

34 Neutralismus druhy se běžně setkávají, jsou na sobě nezávislé, nijak se neovlivňují skokan vs. srnec vrabec vs. sýkora

35 Amensalimus soužití mezi druhy, kdy jeden brzdí rozmnožování, růst a vývoj druhého druhu vylučováním svých metabolitů ten je označován jako inhibitor a ovlivňovaný druh jako amenzál = také antibióza, allelopatie je znám u mikroorganismů allelopatické látky jsou silice, terpeny, fenoly, alkaloidy. známý je penicilin vylučovaný plísní Penicillium notatum, inhibiční látky vylučované rostlinami merlík, pelyněk atd.) řasy a sinice vylučují látky inhibující ryby

36 Predace

37 Typy predace praví predátoři – zabíjí po útoku, kořist celou, mnoho druhů šelmy, dravci, dravý hmyz a pavoukovci, dravé ryby, paryby…

38 Typy predace spásači (grazers) – část těla oběti, množství kořisti
herbivoři, sající hmyz, klíšťata

39 Typy predace paraziti – jedna nebo několik kořistí, části těla obětí, rychle neumírají, fixován vývojem na kořist část Protozoa, škrkavky, motolice Cymothoa extigua

40 Typy predace parazitoidi – kladou do oběti vajíčka a ta se vyvíjí, nakonec jej zabíjí, kuklí se, dospělec jiný způsob života Tachinidae, část Hymenoptera (Pompilidae, Sphecidae, Ichneumonidae, Chalcidae)

41 Důsledky predace Predátor – kořist
zvyšuje fitness kořisti (odstřel holubů – nezvýšení mortality, lov slabších jedinců srnce rysem) snížení vnitrodruhové konkurence kořisti „červená královna“ = organizmy se vždy mohou adaptovat k podmínkám prostředí lépe, když se tímto způsobem nějaký druh změní, má to dopad na ostatní druhy žijící na tomto místě a ty se musí vyvíjet také, aniž by tím učinily pokrok („mění se proto, aby jim nebylo ještě hůř“) Kořist – predátor hranice nasycenosti predátora využita kořistí – kumulace kořisti do určitého časového období namnožení predátora po populačním maximu (peaku)

42 Spásači – vliv 1 kompenzace u rostlin – může mít také pozitivní vliv
snižuje zastíněnost - může mobilizovat zásobní glycidy - může snižovat mortalitu rostlinných částí (které se neuplatnily jinak, např. sekundární okolíky u pastiňáku) - zvýšení fotosyntézy na jednotku plochy - přerozdělení asimilátů (ztráta lusků u sóji zvyšuje hmotnost semen zbylých lusků) - přenos semen (zvyšuje disperzi)

43 Spásači – vliv 2 nepřiměřené působení
i přes kompenzaci jsou rostliny poškozovány - přenos nemocí (kůrovci přenáší choroby jilmů atd.) - loupání meristému letální následky - působení často posíleno konkurencí mezi rostlinami - odklad kvetení - ničí přímo reprodukční struktury kombinace s polutanty – velice nebezpečné likvidace systému obrany - koevoluce – obranné mechanismy rostlin, efekt Červené královny = i ve stabilních podmínkách dochází k evoluci

44 Chování predátorů potravní specializace – generalista x specialista
Monofág – specializace na konzumaci 1 druhu potravy Oligofág – více typů potravy Polyfág – široké spektrum potravy - energetický efekt - maximální

45 Numerická a funkční odpověď
odpověď typu 1 nezávislé na zpracování kořisti, proto růst rychlý

46 Numerická a funkční odpověď
odpověď typu 2 závislé na zpracování kořisti, proto růst pozvolný

47 Numerická a funkční odpověď
odpověď typu 3 – switching (přeskok) změna preference při přechodu na jinou kořist apostatická selekce – predátor po vylovení změní chování (searching image) a loví jinou kořist příčina sigmoidy je i růst zkušeností

48 Lotka-Volterrův model

49 Lotka-Volterrův model