Természetvédelmi biológia
8. Populáció- és fajszintő védelem: a kis populációk problémái. A populációvédelem elméleti és gyakorlati alapjai.
A kis populációk problémái A populáció definíciója: azonos élıhelyen élı, azonos fajhoz tartozó egyedek A kis populációk veszélyeztetettsége: Mekkora területen és milyen egyedszám mellett biztosítható egy faj tartós fennmaradása? A fajkihalások sebessége 1000-szerese a természetesnek. Sok veszélyeztetett fajnak kevés, gyakran csak egy populációja marad fenn. A kis populációk nagyobb valószínőséggel halnak ki.
fogságban tartott állatpopulációk vizsgálata alapján populációknak min. 50-500 szaporodó egyedbıl kell állni újabb vizsgálatok alapján, gerincesekre kb. min. 5000 szaporodó egyed gerinctelenek, egyévesek 10000 egyed Vastagszarvú juh (Ovis canadensis)
Legkisebb életképes populáció (MVP) (Schaffer, 1981) Az a legkisebb egyedszám, ami biztosítja, hogy a populáció 99%-os valószínőséggel legalább 1000 évig fennmarad és megırzi a genetikai sokféleségét. Becsléséhez figyelembe kell venni: a populációt sújtó extrém veszélyeket, demográfiai jellemzıket (létszám, nemek megoszlása), magatartási adatokat (szaporodási, táplálkozási, migrációs tulajdonságok) ökológiai igények élıhelyi adatok genetikai adatok sztochaszticitás (véletlenszerő változás)
A kis populációméret ellenére is stabil fajok Rıtfarkú ölyv (Buteo jamaicensis) Socorroszigetek, Mexikó 20 pár (Cyprinodon diabolis) Nevada-sivatag (200-600 egyed teljes fajszám)
A kis populációk populációméret csökkenésének, majd kipusztulásának okai 1. genetikai változatosság csökkenése - genetikai sodródás (drift) - allélvesztés - homozigótaság 2. demográfiai változások 3. környezeti változások A genetikai változatosság csökkenése az egymást követı generációk során a populáció egyedszámának függvényében
1. A genetikai változatosság csökkenése genetikai sodródás az allélgyakoriság véletlenszerő megváltozása (A kis gyakoriságú allélek nagy valószínőséggel tőnnek el a populációból.) migráció és mutáció természetes populációkban ellensúlyozza a genetikai sodródást, új allélok keletkezhetnek. Természetes populációkban a mutációs ráta 10-3 -10-4 Csekély bevándorlás sokat javít a változatosságon.
A kis populációkban fellépı káros genetikai hatások Beltenyésztés Kis populációkban a közel rokonok párosodását, önmegtermékenyítését gátló mechanizmusok gyengülnek. Az utódok halálozási rátája nagyobb, szaporodási rátája kisebb, kisebb életképességő, esetleg steril utódok.
Káros mutációk Csökkentik a populáció méretét Fıként a kis szaporodási rátájú élılényeknél gond Természetvédelmi beavatkozás gyakran csak vészesen kicsi populáció méret esetén.
Hibridizációs leromlás introgresszió csökkenı egyedszám okán megszőnı izolációs mechanizmusok fajok közötti szaporodáshoz vezet utódok gyakran sterilek, vagy csökkent életképességőek (öszvér, macskafélék) eltérı ökotípusok, alfajok közötti szaporodás génállomány felhígulása (Szlovákia kıszáli kecskéi Capra ibex) Evolúciós flexibilitás csökkenése az adaptív génhelyeken elıforduló, pillanatnyilag nem hasznos, ritka allélok jelenlétének fontossága a megváltozó környezeti körülményekhez való alkalmazkodás szempontjából
Effektív populációméret A kis populációk megırzése szempontjából kulcsfontosságú az effektív populációméret meghatározása: Csak a ténylegesen szaporodóképes egyedek száma Gyakran jóval kisebb, mint az összegyedszám Vadon élı fajok vizsgálatának eredményeit összegzı tanulmány szerint az effektív populációméret az összegyedszám 11%-a
Kis effektív populációméret okai 1. Egyenlıtlen ivararány szaporodásban résztvevı nıstények és hímek száma eltérı, ivararány eltolódásával csökken az effektív populációméret. (monogám párok háremtartó fajok) N e N N = 4 m N + N m f f N e effektív populációméret N m szaporodó hímek N f szaporodó nıstények száma
2. egyedek eltérı szaporodása Kis effektív populációméret okai 3. palacknyak hatás (bottleneck effect) genetikai változatosság fenntartása szempontjából a legkisebb létszámú évek döntıek A palacknyak speciális esete az alapító elv (founder effect)
2. Demográfiai változások Születési, halálozási ráták, nemek arányának random fluktuációjából adódó demográfiai szélsıségek Demográfiai szochaszticitás Természetes populációk mérete folyamatosan változik Leginkább a szélsıségesen fluktuáló populációmérető fajokat érinti Sajátos formája az egyenlıtlen ivararányok kialakulása Allé effektus Rátermettség és populációméret között pozitív kapcsolat. Adott fajnak elınye származik a fajtársak jelenlétébıl Az Allé effektus mechanizmusai predáció veszélyének csökkentése, ragadozó elleni ırködés, szociális hıszabályozás, beltenyésztettség, genetikai sodródás, hibirdizációs veszély csökkentése
3. Környezeti változások A külsı környezet véletlen ingásai, a biotikus és abiotikus környezet változékonysága minden egyedre hatással van Kiszámíthatatlan és a demográfiai változásoknál nagyobb hatású
Kihalási örvények A környezeti, demográfiai szochaszticitás és a genetikai elszegényedésbıl adódóan a populációméret csökkenése veszélyes Minél kisebb egy populáció annál veszélyeztetettebb Kritikus méret alatt ezen hatások egymást erısítik
Populáció- és fajszintő védelem: monitorozás, ex-situ védelem, állatkertek, botanikus kertek, magbankok
Fajvédelmi programokhoz szükséges ismeretek élıhely adott faj élıhely-igényei, környezeti katasztrófák gyakorisága természetes elterjedés egyedek eloszlása az élıhelyen, napi vagy évszakos vándorlás biológiai kölcsönhatások kompetítorok táplálékért, forrásokért, ragadozók, paraziták morfológiai jellemzık populáción belüli és populációk közötti morfológiai variáció élettani jellemzık élet- és szaporodóképesség fenntartásához szükséges tényezık demográfiai jellemzık aktuális populációméret, múltbeli változása, korosztályok megoszlása viselkedés táplálékszerzési, párzási, utódnevelési viselkedés genetikai jellemzık
Információforrások 1. publikált irodalom témába vágó korábban publikált könyvek, cikkek felkutatása 2. publikálatlan irodalom beszámolók, jelentések különbözı hivataloknál 3. terepi megfigyelés fajok töredékérıl vannak ismereteink, rengeteg terepmunkára van szükség
Monitorozás Biomonitoring fajt v. fajegyüttest valamely fizikai környezet állapotváltozójának jelzésére használunk Vizsgálat Adatgyőjtés nem túl hosszú idıtartamú vizsgálatsorozat keretében, mely során változók állapotát kvalitatív ill. kvantitatív adatokkal leírjuk Monitorozás (monitoring) idıben rendszertelenül vagy rendszeresen megismételt megfigyelés, célja a standarddal való egyezés igazolása, ill. eltérés mértékének bemutatása
Monitorozás Ritka fajok állapotának nyomon követéséhez, a populációs trendek megállapításához elengedhetetlen a rendszeres mintavételen alapuló monitorozás Részletes demográfiai tanulmányok
Hagyományok Nagy-Britannia Elsı országos elterjedési térképek edényes növényfajokra XIX. sz. végére, járások szerinti bontásban 1951 Brit Botanikai Társaság teljes brit flóra felmérése 10x10 km téképhálóval 1962 Atlas of the British flora 1964 Biological Record Centre 2002 Atlas of the British flora, második kiadás
Monitoring programok Magyarországon Ferula sadleriana Kalapos Tibor, 1979
Magyar Madártani és Természetvédelmi Egyesületet (1974) Elısegíti a természeti értékek és a természetvédelem célkitőzéseinek megismerését, népszerősítését Természetvédelmi kutatásokat és védelmi programokat szervez és hajt végre Együttmőködik más nemzeti és nemzetközi természetvédelmi szervezetekkel a Föld biológiai sokféleségének megırzése érdekében
Magyar Madártani és Természetvédelmi Egyesületet A túzok és az élıhelyének védelme Ragadozómadár-védelem A fehér gólya védelme Xxx fotók
NBmR Nemzeti Biodiverzitás-monitorozó Rendszer 1992-ben Rio de Janeiróban nemzetközi egyezmény biológiai sokféleség védelmérıl 1994-ben ratifikálta Magyarország az egyezményt Kötelezettség vállalása olyan nemzeti stratégia és törvénykezés kidolgozására, amely a biodiverzitás megırzését és elemeinek célszerő használatát biztosítja MTA biodiverzitás-megırzési stratégiát dolgozott ki Egységes, országos megfigyelési rendszer kialakítása 124 db 5x5 km-es mintanégyzet élıhely-térképezése
NBmR szervezeti felépítése, programjai Projektek: 1. Védett és veszélyeztetett fajok 2. Felszíni vizek és vizes területek életközösségei 3. Magyarország élıhelyei 4. Invázív fajok 5. Erdırezervátumok kezelt lombos erdık 6. Kis-Balaton II. ütem hatása 7. Szigetköz 8. Szikes élıhelyek 9. Száraz gyepek 10. Hegyi rétek
NBmR szervezeti felépítése, programjai Négyzetek élıhelytérképezése 2 db/év/nemzeti park, 1999 óta Társulásmonitoring 1x1 km kvadrátok Növényfajok Invazív növények Orthopterák Nyílt gyepek futóbogár faunája Halak, kétéltőek, hüllık Egyes emlısök ürge, vidra, hód, denevérek
Magyarország természetes növényzeti örökségének felmérése Célja a hazai növényzet mai állapotának felmérése, természetes növényzeti örökségünk tudományos értékelése. A program mőködését négy intézménybıl álló konzorcium irányítja: Nyugat-Magyarországi Egyetem Növénytani Tanszéke MTA Ökológiai és Botanikai Kutatóintézete (ÖBKI - Vácrátót) Debreceni Egyetem TTK Növénytani Tanszéke Magyar Természettudományi Múzeum Növénytára
Flórakutatás A program flóra- és vegetációkutatásra tagolódik A magyarországi flóra hálótérképezése Inváziós növényfajok felmérése Magyarország védett, veszélyeztetett és ritka növényfajainak felmérése Magyarország speciális pannon taxonjainak herbáriumi, irodalmi és aktuális adatgyőjtése adatgyőjtése
A program flóra- és vegetációkutatásra tagolódik Vegetációkutatás Magyarország élıhelytérképezése A magyarországi növénytársulások aktuális jellemzése, rendszerezése A magyarországi erdık természetességének felmérése
Eredmények Átfogó képet kapunk a növényzet mai állapotáról, veszélyeztetettségérıl, várható változásairól Részletes adatbázisok készülnek hazánk aktuális növényzeti örökségérıl Regionális és országos szintő alap és tematikus térképek Összefoglaló térképsorozat a hazai növényfajok elterjedésérıl
Demográfiai vizsgálatok Egyedek sorsát követjük idıben, terepi megfigyelésekkel Populáció minden egyedének, vagy mintának korát, nemét, méretét meghatározzák, egyedeket megjelölik A fajok életmenet-tulajdonságai, kritikus életszakaszok, és a populációk méretváltozása megismerhetık Legjobb adatokat szolgáltatnak a védelmi célú programokhoz, azonban idıigényesek, költségesek
Metapopulációs modellek Metapopulációk populációk populációja, ugyanazon fajhoz tartozó populációk diszperzió által összekapcsolt azonos idıben létezı halmaza. Populációk melyek alkalmatlan térrel vannak elválasztva, szigetszerő egységeket képeznek, de diszperzió révén kapcsolatban vannak egymással.
Metapopulációs modellek Levins-féle klasszikus metapopuláció Kontinens-sziget (Boorman-Levitt) metapopuláció Forrás és nyelı (Source-sink) Pulliam-féle metapopuláció Nem egyensúlyi metapopuláció Foltmintázatú, Levins-féle, Boorman-Levitt, Pulliam-féle, nem egyensúlyi egységes populáció (kontinens és sziget) (forrás és nyelı)
A modellek természetvédelmi célú alkalmazása Populáció életképességének változását vizsgáljuk az élıhelyfoltok számának, méretének és átjárhatóságának függvényében A modellek korlátai, hogy igen adatigényesek Metapopulációs dinamika feltételei akkor érvényesülnek, ha az élıhely fragmentáltságának léptéke a faj diszperziós képességével összevethetı Kevés valós példa van a metapopulációkra.
A populáció-életképességi analízis (PVA) Azt vizsgálja, hogy adott populáció mekkora eséllyel tud fennmaradni adott élıhelyen. Olyan modell, mely demográfiai, genetikai tulajdonságok alapján, a környezeti és demográfiai sztochaszticitásból adódó kockázatok alapján elemzi a populációk fennmaradási esélyét. Legtöbb modell demográfiai alapú számítógépes modellezés. Megbecsülhetı, a populáció életben maradásának valószínősége igen távoli idıpontra vonatkoztatva.
A modellek gyengesége 1. hiányos vagy pontatlan adatok a populáció demográfiai tulajdonságairól 2. emiatt pontatlan parametrizálás (pl. szaporodási és túlélési adatok hiányában becsült átlagok) 3. modell predikcióinak tesztelése nem megoldott 4. modellek felépítése, szerkezete, alkalmazott számítógépes program befolyásolja a végeredményt
Metapopulációs modellek 3 fı csoportja Térben implicit metapopulációs modellek Élıhelyfoltok és lokális populációk diszkrétek, egyenlı mértékben állnak egymással kapcsolatban, lokális populációk mérete elhanyagolódik. Térben explicit metapopulációs modellek Lokális populációkat szabályos rácsháló sejtjeinek tekintik, populáció mérete leírható diszkrét vagy folytonos változóként is, populációk közötti interakciók lokalizáltak, a legközelebbi szomszédra korlátozódnak. Térben realisztikus modellek Lehetıvé teszik ezen modellek, a valós folthálózatnak megfelelı számú, mérető élıhelyfoltok kezelését. Mivel sok információt tartalmazó modellekrıl van szó lehetıvé teszi a valós metapopulációk jövıbeli viselkedésének kvantitatív becslését.
Ex-situ védelem, állatkertek, botanikus kertek, magbankok
Az in situ és az ex situ védelem eredeti élıhelyen történı (in situ) megırzés sok faj esetén az in situ védelem nem járható út ex situ védelem
A ex situ védelem célja Egy új vadon élı populáció létrehozása, megfelelı számú egyeddel, adott faj számára alkalmas élıhelyen. Intézmények: állatkertek, vadasparkok, akváriumok, botanikus kertek, arborétumok, magbankok. Ex situ, in situ védelem egymást kiegészítı stratégiák.
Ex situ védelem indokai Ha a saját élıhelyén a populáció olyan súlyosan veszélyeztetett, indokolt mesterséges körülmények között fajmentéssel próbálkozni. Ha a természetes populáció genetikai változatossága súlyosan lecsökkent, mesterségesen szaporított egyedek betelepítésével lehet próbálkozni. Mesterséges körülmények között a minimális életképes populációnagyság lényegesen kisebb lehet. Egy mesterséges körülmények között fenntartott populáció kutatási szempontból helyettesítheti a vad populációt. Az állatkertek és a botanikus kertek fontos színhelyei az ismeretterjesztésnek, és a tudatformálásnak.
Az ex situ védelem hátrányai A mesterséges körülmények között fenntartott populációk kiszakadnak természetes közösségükbıl. Alkalmazkodás Ex situ populációk genetikailag alkalmazkodnak a mesterséges környezethez. Tanulási kézség Közömbösek lehetnek a természetes élıhelyük iránt, esetleg nem képesek fennmaradni a vadonban. Az ex situ védelem drága. Populációméret A mesterségesen fenntartott populáció gyakran nem elég nagy, ami beltenyésztéshez vezethet. Az illetı faj hiányos ismerete miatt gyakori a nem megfelelı kezelés. Koncentráció Kis helyen összpontosulnak az egyedek. Feleslegben lévı állatok kérdése.
Új populációk létrehozása Visszatelepítés mesterséges körülmények között nevelt vagy természetes élıhelyén begyőjtött egyedeket, olyan helyre telepítik vissza, ahonnan a faj már eltőnt, de a valamikori elterjedési területén belül fekszik és számára ökológiailag is meg felelı. Gyarapítási program új egyedekkel gyarapítanak egy már meglévı populációt. Bevezetési program fajok olyan helyre történı betelepítése, ahol eddig nem fordultak elı, de maga az élıhely számukra alkalmas.
Ex situ védelem általános lépései 1. eredeti populációk hanyatlásának oka, okok megszüntetése 2. egyedek befogása 3. befogott, fogságban élı egyedek szaporítása, nevelése 4. szabadon engedés, kitelepítés tanulási folyamat fontos, a tanítás szükségessége 5. monitorozás
A visszatelepítés feltételei Megfelelı létszámú és genetikai változatosságú életképes ex situ populáció megléte. Az eredeti élıhelyen a veszélyeztetı tényezık kiküszöbölése, vagy másik megfelelı természetes élıhely kiválasztása. Az érintett emberek, helyi lakosok, hatóság beleegyezésének elnyerése. A visszatelepítendı egyedek felkészítése a szabadföldi körülményekre, illetve alkalmazkodásának lehetıvé tétele. Megfelelı eszközök, szakértelem és anyagi források biztosítása. A visszatelepített egyedek helyi növény- és állatközösségekre való várható hatásának minél jobb ismerete.
A visszatelepítések sikeressége általános tapasztalatok Nagyvadak esetében sikeresebb volt a kísérletek aránya, mint veszélyeztetett, végveszélyben lévı, és érzékeny fajok esetében. Kiváló minıségő élıhelyek sikeresebbek voltak a szabadon bocsátások, mint a rossz minıségő helyeken. Hagyományos élıhely közepén több siker, mint a szélén. Vadon befogott állatok esetén jobb eredmények, mit fogságban neveltek között. Növényevık sikeresebbek, mint a ragadozók. 100 egyedig nıtt a sikeresség, felette azonban nem. Hüllık és kétélőek visszatelepítése esélytelen, valószínő a speciális élıhelyük miatt.
A visszatelepítések sikeressége Az európai hód Egész Eurázsiában gyakori volt, sok országból a faj teljesen kipusztult. Hazánkban a múlt században az utolsó példányt is lelıtték. Fogyatkozásuk oka részben a vizes élıhelyek visszaszorulása, részben a túlzott vadászat. Egyes országokban már a XIX. században védetté nyilvánították. Több mint húsz európai és ázsiai országban próbálkoztak visszatelepítésével. 1994 WWF Magyarország elindította hód-visszatelepítési programját.
Kipusztulást követı újabb észlelések 1985/86-ban a Szigetközben jelentek meg elıször a hódok A horvátországi visszatelepítéseket követıen a Principális-csatornán egy, a Kerka-patakon pedig három hódcsalád nyomait észlelték
A WWF program A hód Magyarországra történı visszatelepítése 1994-ben kezdıdött. A program megvalósítása a Duna alsó szakaszán, Gemencen kezdıdött 1996 ıszén. 1996 szeptembere és 1998 októbere között az Ausztriából, Bajorországból és Lengyelországból származó 33 hódot 10 különbözı helyen bocsátották szabadon. Az állatok kétharmada elhagyta a szabadon engedés helyszínét, egyharmada a Duna gemenci árterét is. Az alsó-duna-völgyi állomány ma 12 családot számlál.
A WWF program 2000-ben a Hanságban 14 példányt bocsátottak szabadon. A visszatelepítést követıen megjelent a hód a Rábán, a Rábcán. 2001. októberében kerülhet sor az elsı felsı-tiszai visszatelepítésre. A következı három évben a WWF hód-visszatelepítési programja a Tiszán folytatódott. Felsı-Tiszavidék
Az ürge természetvédelmi értékelése Az ürgét mezıgazdasági kártevıként tartották számon. A magyarországi állomány erısen megritkult, ezért a fajt 1982-ben védetté nyilvánították. Több értékes, ritka ragadozó madarunknak, pl. kerecsensólyomnak és a parlagi sasnak is egyik fı zsákmányállata, védelmükhöz nélkülözhetetlen az ürge-élıhelyek megırzése, újak létesítése. A földalatti járatokat készítı állatok tevékenysége hatással van a talaj vízháztartására. Az ürgelyukakba a nappali hıség elıl behúzódónak kétéltő- és hüllıfajok. A monitorozott ürgepopulációk, lokálisan, elıre jelezhetik a várható élıhely leromlást.
Ürgetelepítés lehetıségei A MME Ragadozóvédelmi Szakosztálya már évek óta végez ürge áttelepítéseket. 1984 óta 10 alkalommal 2400 állatot engedtek szabadon a BNPI területén. Az ELTE Etológia Tanszékén öt éve folynak ürgék tér- és idıbeli aktivitását befolyásoló tényezık megismerésére irányuló vizsgálatok.
Állatkertek jelentıssége az ex situ védelemben A nagytestő állatokra, elsısorban az emlısökre összpontosítanak. Egyre több ismeretterjesztı program, ökológiai téma. 3000 emlıs, madár, hüllı és kétéltő fajból 1 millió példány él állatkertekben. Cél, ritka és veszélyeztetett fajok hosszú távon életképes, fogságban tartott tenyészpopulációját hozzák létre. Önfenntartó populációk megléte ritka, állományaikat vadon befogott egyedekkel bıvítik. Vannak fajok, melyeknél fogságban élı csoportok jelentik a túlélés egyetlen esélyét.
Állatkertek jelentıssége az ex situ védelemben Fontos lenne az igazán ritka fajoknál tenyészállományokat létrehozni, mert ezek természetes élıhelyükön már csak nehezen befoghatók. Vadon kipusztult fajok esetén pedig a természetes populációk létrehozásának alapjai lehetnek. Programok sikerét javítandó minél pontosabb ismeretek szükségesek a fajok kezelésérıl, gondozásáról, a vadonélı állatokról. Hópárduc (Panthera unica)
Szaporítási módszerek 1. Pótanyás nevelés Kettıs keltetés 2. Mesterséges keltetés a fejlıdés kezdeti szakaszában az emberre bízzák 3. Mesterséges megtermékenyítés Fogságban tartott fajok néha nem mutatnak párzási hajlandóságot, esetleg csak néhány példány él. 4. Embrióátültetés szuper ovulációt idéznek elı, és a felesleges petesejtet rokonfajhoz tartozó pótanyákba ültetik 5. Egyéb módszerek klónozás, interspecifikus keresztezés, mesterségesen elıidézett hibernáció Bongó (Tragelaphus euryceros)
FÁNK Fıvárosi Állat- és Növénykert Adatbázis a fogságban tartott ritka állatok leszármazási vonalainak nyomon követésére. A FÁNK felelıs a világ mandrill törzskönyvéért. Európai vidrák Przewalski-ló Túzok
Akváriumok Hagyományosan különleges halak bemutatása a feladat, fókák, delfinek, egyéb tengeri emlısök. Újabban természetvédelmi feladatok 600 ezer egyed él akváriumokban, többségét természetes élıhelyekrıl fogták be. Tenyésztési módszerek kidolgozása, ritka fajok akváriumi tartását, ill. természetes élıhelyekre való visszatelepítést lehetıvé téve. Számos módszert eredetileg a halgazdagságokban dolgozó szakemberek dolgoztak ki.
Akváriumok Díszhal-kereskedık trópusi halakat próbáltak szaporítani. Palackorrú delfin akváriumokban kidolgozott tenyésztése, segít más ritka fajok megmentési programját kidolgozni Tengeri hal- és korallfajok tenyésztése kezdeti stádiumban. Cetfélék megmentése, partra vetıdött állatok, eltévedt bálnák ellátása. Új populációk létrehozásának nagy gátja az ehhez szükséges víztömeg.