Rovarökológia alapfogalmak. Dr. Seres Anikó SzIE, MKK Állattani és Állatökológia Tanszék Dr. Bakonyi Gábor és Dr. Sárospataki Miklós diái nyomán

Átírás

1 Rovarökológia alapfogalmak Dr. Seres Anikó SzIE, MKK Állattani és Állatökológia Tanszék Dr. Bakonyi Gábor és Dr. Sárospataki Miklós diái nyomán

2 A félév beosztása Előadások: minden páratlan héten hétfőn ig (6. előadó) Tavaszi szünet: ig Gyakorlatok: páratlan héten csütörtökön től 1. csoport, tól 2. csoport, tól 3. csoport + labor vagy otthoni kísérlet elvégzése Vizsga zh: előadás időben Prezentációk bemutatása: gyakorlati időben

3 Ökológia: Ernst Haeckel (1866): oikos (= lakóhely, ház) + logos (= tudomány) a) az élőlények és környezetük kapcsolatát vizsgáló tudomány b) a természet háztartására vonatkozó ismeretek, az állatok mindenféle viszonyulása szerves és szervetlen környezetükhöz (1870) c) az élőlények egymáshoz fűződő kapcsolatait tanulmányozó diszciplína (1879) b-c autökológia és szünökológia Juhász-Nagy Pál (1970, 1986): Szünbiológia (a SIO tudománya) Szünfenobiológia, jelenségek Ökológia, okok

4 Ökológia:

5 Biológiai szerveződési szintek

6 Biológiai szerveződési szintek Szünbiológia (a SIO tudománya) Szünfenobiológia, jelenségek Ökológia, okok

7 Ökológiai környezet

8 Ökológiai környezet: Nem összekeverendő a hétköznapi környezet fogalommal: városi környezet, természeti környezet, épített környezet = város, természet, esetleg városi vagy természetes élőhely Szinguláris környezetelv: környezet = élőhely, környék, külvilág (közös nagy lavór) Az ökológiai környezet:

9 Ökológiai környezet: Nem összekeverendő a hétköznapi környezet fogalommal: városi környezet, természeti környezet, épített környezet = város, természet, esetleg városi vagy természetes élőhely Szinguláris környezetelv: környezet = élőhely, környék, külvilág (közös nagy lavór) Az ökológiai környezet a külvilág valamely szünbiológiai objektumra ténylegesen és közvetlenül ható elemeinek összessége. Plurális környezetelv:

10 Ökológiai környezet: Nem összekeverendő a hétköznapi környezet fogalommal: városi környezet, természeti környezet, épített környezet = város, természet, esetleg városi vagy természetes élőhely Szinguláris környezetelv: környezet = élőhely, környék, külvilág (közös nagy lavór) Az ökológiai környezet a külvilág valamely szünbiológiai objektumra ténylegesen és közvetlenül ható elemeinek összessége. Plurális környezetelv: minden szünbiológiai objektumnak saját környezete van, amit maga jelöl ki magának Környezet- és természetvédelem vs. Plurális környezetelv - objektum nélkül nincs környezet mi az objektum? - érdemes-e bárminek is a környezetét védeni? A környezetvédelem: intézkedési tevékenység, amely az emberi populációk védelmét szolgálja, ökológiai környezeti paramétereik optimalizálása által. A természet világunknak az ember által nem, vagy kevéssé befolyásolt része. A természetvédelem egyszerűen a természet értékeinek védelmére irányuló intézkedési tevékenység. Komplementerek, mellérendeltek, elsősorban intézkedés Tudományos alapjuk a természetvédelmi biológia Közösen: nincs rá rendes fogalom, környezettudomány környezetügy

11 Tolerancia: külvilág belvilág környezet tolerancia A belvilág környezeti hatásokat fogadó (toleráló) eleme a tolerancia (tűrőképesség). A tolerancia a környezethez hasonlóan komplex jellegű, melynek elemei megfeleltethetők az egyes környezeti hatófaktoroknak. Környezeti faktorok: a) Életfeltételek: időben és térben változnak, állapotuk az élőlénytől független, valamilyen formában limitáltak (pl.: hőmérséklet, PH, relatív páratartalom, stb.) b) Források (erőforrás, készlet, resource ): állapotuk, megújulási sebességük függ a vizsgált élőlénytől (pl. táplálék, élőhely, szaporodóhely, stb.) A két fogalom átfed, merev elválasztásuk nem lehetséges!

12 Ökológiai környezet - hatás 0 Niche (az igények)

13 Niche: A fogalom kialakulása: Francia szó, kiejtése: nis jelentése: fülke, falmélyedés Jelentős viták az ökológiában a fogalom körül, értelmezési zavarok, sok féle változata a definíciónak, amúgy is bonyolult, stb. Első említés: R.H. Johnson (1910), fogalmi tisztázás kísérlet: Grinnell (1914, 1917) majd Elton (1927) Grinnell: elősorban térbeli koncepció, a konkrét élőhely, ahol egy faj előfordul, beleértve nem csak a topográfiai teret, hanem fizikai faktorokat is a habitat legkisebb alegysége melyet egyetlen faj vagy alfaj elfogalal már itt is megjelenik az absztrakt tér, de a habitattal való összemosás zavaros Elton: funkcionális niche koncepció a populáció által betöltött funkció, különös tekintettel a trofikus kapcsolatokra növényevők, húsevők, hulladékevők zoocönózishoz való kötődés Szelényi (1957): +növények 5 coetus: producens (növények), korrumpens (növényevők), obstans (másodlagos fogyasztók), interkaláris (lebontók) és szusztinens (megporzók) cönölógiai niche fogalom helyett táplálkozásbiológiai besorolás

14 Niche: G.E. Hutchinson (1957): hipertérfogat modell

15 Niche: G.E. Hutchinson (1957): hipertérfogat modell a niche a környezeti tényezők értékeiből, mint tengelyekből alkotott absztrakt hipertér azon tartománya, ahol egy adott faj egyedei tartósan túlélni és szaporodni képesek (az adott organizmus tolerancia tartományai jelölik ki) Nehéz operatíven megfogni már 8-10 faktort is sok egyszerre mérni Fontos kérdés: az egyes faktorok jelentősége Fundamentális (lehetséges, prekompetitív) Realizált (megvalósult, posztkompetitív )

16 Fundamentális és realizált niche: A

17 Fundamentális és realizált niche: A G

18 Fundamentális és realizált niche: A E G

19 Fundamentális és realizált niche: D C B A E F H G

20 Fundamentális és realizált niche (FN>RN) Niche (nis)

21 Connell kísérlete

22 Niche: Juhász-Nagy Pál: niche és ökostátusz ( ökológiai állapot ) külvilág; élőhely; környék (tanyahely); ökológiai miliő (hatásra gyanús tényezők halmaza); ökológiai környezet (ténylegesen ható tényezők) miliő-tér: a hatásra gyanús n tényezőből, mint tengelyből alkotott absztrakt tér ennek azon része, mely megfeleltethető az adott szünbiológiai objektumnak = ökostátusz

23 Niche: Juhász-Nagy Pál: niche és ökostátusz ( ökológiai állapot ) külvilág; élőhely; környék (tanyahely); ökológiai miliő (hatásra gyanús tényezők halmaza); ökológiai környezet (ténylegesen ható tényezők) miliő-tér: a hatásra gyanús n tényezőből, mint tengelyből alkotott absztrakt tér ennek azon része, mely megfeleltethető az adott szünbiológiai objektumnak = ökostátusz különbségek: a) ténylegesen feltételezhetően ható tényezők b) fajhoz (populációhoz) kötött bármilyen szünbiológiai objektumhoz köthető c) a niche fogalmilag szűkebb - csak populációkra értelmezett - a külvilág ténylegesen ható elemeiről van szó - a preferenciára nézve is kell tartalmazzon információt

24 Niche: Készlethasznosítási függvény (RUF; resource utilisation function; R. MacArthur): H-i niche: csak a határokat adja meg (tolerancia) MacArthur (1972): RUF; mi történik a határok között?! a hasznosítás mintázatára is utal csak egy dimenziót használ szemléletes

25 Hasznosítás mértéke Niche: Készlethasznosítási függvény (RUF; resource utilisation function; R. MacArthur): H-i niche: csak a határokat adja meg (tolerancia) MacArthur (1972): RUF; mi történik a határok között?! a hasznosítás mintázatára is utal csak egy dimenziót használ szemléletes?????? forrásváltozó

28 Niche: Készlethasznosítási függvény (RUF; resource utilisation function; R. MacArthur): H-i niche: csak a határokat adja meg (tolerancia) MacArthur (1972): RUF; mi történik a határok között?! a hasznosítás mintázatára is utal csak egy dimenziót használ szemléletes

29 Niche: Készlethasznosítási függvény (RUF; resource utilisation function; R. MacArthur): A RUF alakja nem csak szimmetrikus haranggörbe lehet! A niche a populáció tolerancia- és preferenciaviszonyait megjelenítő ponteloszlás egy, a környezeti tényezők mérhető értékeiből, mint dimenziókból képezett, n-dimenziós absztrakt hipertérben

30 Niche (nis) Ökológia (Ökotoxikológus szak, 2010) Bakonyi Gábor

31 Niche: Üres niche kérdésköre: Sok vita: plurális környezetelv az üres niche fogalma nem értelmezhető Használjuk inkább a kihasználatlan forrás kifejezést, hiszen erről van szó: a forrásváltozó bizonyos értékeit nem hasznosítja senki Lawton (1984): saspáfrány (Pteridium aquilinum)

32 Niche: Niche-szélesség: a használt forrásváltozók sokfélesége Többféle számítási mód lehetséges a) Shannon-Wiener egyenlet

33 Niche: Niche-szélesség: a használt forrásváltozók sokfélesége (diverzitás) Többféle számítási mód lehetséges a) Shannon-Wiener egyenlet

34 Niche: Niche-szélesség: a használt forrásváltozók sokfélesége (diverzitás) Többféle számítási mód lehetséges a) Shannon-Wiener egyenlet b) Levin féle niche szélesség (Simpson diverzitás): mindkettőben p i az i-edik forrásváltozó használati aránya

37 Populációk: Definíciós nehézségek:

38 Populációk: Definíciós nehézségek: genetikai alapon: tényleges szaporodási közösséget alkotó egyedek taxonómiai alapon: egy fajhoz tartozó egyedek, egy helyen, és időben Operatív populáció definíció: vizsgálat szempontú valamely szünbiológiai szempont alapján azonosnak tekinthető élőlények összessége helyi populáció metapopuláció

39 Populációk növekedése: van valami szabályszerűség?

40

41

42 bevándorlás születés Populáció nagyság halálozás kivándorlás

43 Egy kis ismétlés A populáció növekedés diszkrét és átfedő generációk esetén Ökológia (Ökotoxikológus szak, 2010) Bakonyi Gábor

44 Átfedő populációk a gyakoriak, ezekkel foglalkozunk Egy baktérium egyed kétfelé osztódik. Minden utódja így tesz. Hányan lesznek 5 osztódás után, ha nem pusztul el egy sem? Ha 10 baktérium kezd ketté osztódni?

45 Mitől függ tehát a növekedés mértéke?

46 A populáció nagyság (N) változása, ha nincs migráció N t = B - D N t = N változása igen kicsi idő alatt B = születések száma D = halálozások száma

47 Az egy egyedre jutó (per capita) születési és halálozási ráták N t = bn - dn b = per capita születési ráta d = per capita halálozási ráta

48 Legyen r = (b - d), akkor az egyenletünk: N t = r*n r = per capita növekedési ráta ha r > 0, a populáció nő ha r < 0, a populáció csökken ha r = 0, a populáció nagyság nem változik

49 Exponenciális növekedés modellje dn/dt = r*n azaz N t = N 0 *e rt vagyis ln N t = ln N 0 + rt

50 Van exponenciális növekedés a természetben?

51 Populáció dinamika: A populáció létszámváltozását befolyásoló tényezők: születés (+) halálozás (-) bevándorlás (+) kivándorlás (-) N t = N (t-1) + SZ - H + BE KI dn dt r N dn dt rn K K N

52 Populáció dinamika: Reprodukciós ráta, generációhossz, növekedés mértéke: r: populációra jellemző belső szaporodási ráta (születés-mortalitás) az egyedenkénti időegységre jutó populációnövekedés (átfedő generációknál) T: generációs idő, R 0 : alap reprodukciós ráta (egy diszkrét generációra eső szaporodási ráta) per egyed/nap

53 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : exploitáció: Kimeríthető források korlátoznak, nincs közvetlen interakció az egyedek között a kihasználás mértéke nő a létszámmal a forrás elérhetősége---kompetíció mértéke interferencia: közvetlen interakció az egyedek között az egyik megakadályozza a másik forráskihasználását pl. territorialitás, szesszilis élőlények helyfoglalása (a tér mint forrás), háremtartás itt is valódi forrás a háttérben, de nincs összefüggés a forrásmennyiség és a komp. között A kettő gyakran keverten: barlangi bogarak (Neapheanops tellkampfi) -tücsöktojások

54 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő (DD) mortalitás és fekunditás 1: denzitástól független mortalitás 2: alulkompenzált denzitásfüggés 3: túlkompenzált denzitásfüggés Nagyon magas létszámnál nincs túlélő (mindent megesznek, még mielőtt bármelyik egyed kifejlődne), nem jó a kompenzáció

55 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő (DD) mortalitás és fekunditás Pontosan kompenzáló denzitásfüggés: Pisztrángok: alacsony egyedszámnál alulkompenzáció magas egyedszámnál a létszámnövekedést (fiatal egyedek nagyobb száma) pontosan követi a mortalitás pontos kompenzáció: a túlélők száma kb. azonos Vagyis: egy bizonyos denzitás fölött intraspec. kompetíció DD növekvő mortalitás és/vagy csökkenő fekunditás Az intraspecifikus kompetíció hatása egy bizonyos létszám fölött mindig denzitásfüggő lesz!

56 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő (DD) mortalitás és fekunditás növekvő mortalitás és/vagy csökkenő szaporodás K: stabil egyensúlyi állapot eltartó képesség (carrying capacity, CC)

57 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő (DD) mortalitás és fekunditás növekvő mortalitás és/vagy csökkenő szaporodás K: stabil egyensúlyi állapot eltartó képesség (carryinng capacity, CC)

58 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő (DD) mortalitás és fekunditás növekvő mortalitás és/vagy csökkenő szaporodás K: stabil egyensúlyi állapot eltartó képesség (carryinng capacity, CC)

59 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő (DD) mortalitás és fekunditás növekvő mortalitás és/vagy csökkenő szaporodás

60

61 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : Denzitásfüggő mortalitás és fekunditás a DD végeredménye nem merev regulációra (szabályozásra) alkalmas Éves egyedszám változások: Pisztráng (Salmo trutta) kora nyár: késő nyár: Sáska (Chorthippus brunneus) pete: lárva: imágó:

62 Populációk létszámszabályozása: Viták a DD szabályozással kapcsolatban : Nicholson: DD populáció létszám szabályozás Andrewartha és Birch: DI (denzitásfüggetlen) szabályozás Valószínűleg a kettő együtt igaz: alacsonyabb létszámnál DI magasabb létszámnál DD

63 egyedszám idő Populációk létszámszabályozása: Viták a DD szabályozással kapcsolatban : Nicholson: DD populáció létszám szabályozás Andrewartha és Birch: DI (denzitásfüggetlen) szabályozás Valószínűleg a kettő együtt igaz: alacsonyabb létszámnál DI magasabb létszámnál DD intraspec. komp. (DD) extrém nyári időjárás (DI) kemény tél (DI)

64 Átlag mag szám / növény (log skála) Átlagos fészekalj nagyság Minél nagyobb a populáció, annál kisebb a növekedési ráta (sűrűségtől függő változások a populációban hatás függ a sűrűségtől) 10, , Mag szám / m Nőstények denzitása

65 Valóban létezik a sűrűség függő szabályozás? A variancia 78 %-át az időjárás magyarázta Ökológia (Ökotoxikológus szak, 2010) Bakonyi Gábor

66 Populációk létszámszabályozása: Intraspecifikus kompetíció : A DD nem csak a létszámváltozásban (születés-halálozás) nyilvánulhat meg: DD testméret növekedés: rénszarvas (Rangifer tarandus) állkapocs méret DD Kúpcsiga (Patella cochlearis) testhossz és biomassza DD A biomassza beáll konstans értékre

67 Gradáció szakaszai

68 A populációk nagysága limitált (források, ragadozók stb.) A sűrűségtől függő és sűrűségtől független tényezők is fontosak szituáció függés

69