EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII

EKOLOGIA dla BIOTECHNOLOGII Zespół i biocenoza

Ekosystem złoŜony z wielu gatunków Energia

konkurencja drapieŜnictwo pasoŜytnictwo mutualizm

Ciepło

SPECJACJA

NIEBYT

WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu

historia = przypadek

PULA GATUNKÓW

ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ)

ASSEMBLY RULES”

ekologiczna skala czasu

ZESPÓŁ I BIOCENOZA ZESPÓŁ: dowolnie duŜa grupa gatunków w interakcji BIOCENOZA: •zbiór wszystkich gatunków ekosystemu •zespół wszystkich gatunków ekosystemu, w interakcjach •unikatowy, charakterystyczny zespół gatunków danego typu ekosystemu

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO • NISZA EKOLOGICZNA KONKURENCJA • REGUŁY SKŁADANIA • SUKCESJA

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA „ZA DUśO” GATUNKÓW • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO • NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA • REGUŁY SKŁADANIA • SUKCESJA

Schemat prostego ekosystemu, przedstawiający tylko sieć zaleŜności troficznych

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) DUśO RZADKICH, MAŁO POSPOLITYCH • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO • NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA • REGUŁY SKŁADANIA • SUKCESJA

WSKAŹNIKI RÓŻNORODNOŚCI H’= 0,702

S = 12 N = 84

H’ = 2,485

MODELE ROZKŁADU LICZEBNOŚCI GATUNKÓW W ZESPOLE

Wykres liczebności gatunków wg rang względna liczebność populacji, n/N

PTAKI PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ, GRĄDY 150-LETNIE 1.0

0.1

„BROKEN STICK” 0.01 SZEREG GEOMETRYCZNY 0.001 ranga gatunku wg. liczebności

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA DUśO MAŁYCH, MAŁO DUśYCH • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO • NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA • REGUŁY SKŁADANIA • SUKCESJA

Proporcja liczby gatunków

W DANEJ GRUPIE TAKSONOMICZNEJ PRZEWAśAJĄ GATUNKI O MAŁYCH ROZMIARACH CIAŁA

Masa ciała (g)

log (ZAGĘSZCZENIE POPULACJI; N/km2)

ZAGĘSZCZENIE POPULACJI SSAKÓW W LASACH RÓWNIKOWYCH GATUNKI MAŁE SĄ LICZEBNIEJSZE (NA OGÓŁ)

log (MASA CIAŁA, g)

Liczebność populacji

log (zagęszczenie)

GATUNKI DUśE SĄ MAŁO LICZEBNE, Z MAŁYMI RÓśNIE BYWA

Długość ciała [mm] Chrząszcze na paprociach w Brunei

log (masa ciała, kg) Ryby głębinowe w Atlantyku

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO ZASADA HUTCHINSONA, „ZASADA ELTONA” • NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA • REGUŁY SKŁADANIA • SUKCESJA

GRYZONIE (KALIFORNIA)

GOŁĘBIE Nowa Gwinea

REGULARNE ODSTĘPY WIELKOŚCI CIAŁA KOEGZYSTUJĄCYCH GATUNKÓW

ZASADA OGRANICZONEGO PODOBIEŃSTWA (Hutchinson 1959) PRZYKŁAD SCHOENERA, 1984 (Accipiter sp.)

częstość

0.015

oczekiwany obserwowany

0.1

0.05

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2.0

stosunek większy gat./mniejszy gat. wg. Schoener, 1984

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO • NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA „DUCH MINIONEJ KONKURENCJI”? • REGUŁY SKŁADANIA • SUKCESJA

KONKURENCYJNY PODZIAŁ SIEDLISK (KONKURENCYJNE UWOLNIENIE (COMPETITIVE RELEASE)

Diamond 1975

NISZA EKOLOGICZNA: GRINNEL: zbiór cech gatunku, pozwalający na przeŜycie i wydanie potomstwa w warunkach konkurencji itd. • ELTON: miejsce gatunku w środowisku biotycznym, wyznaczana przez interakcje z innymi gatunkami •Odum: „zawód gatunku” •MacFadyen, HUTCHINSON: wielowymiarowa bryła w superprzestrzeni wyznaczonej przez osie zasobów środowiska [Nisza fundamentalna, nisza realizowana]

NISZA EKOLOGICZNA

WZORCE W STRUKTURZE BIOCENOZ • REDUNDANCJA • ROZKŁAD LICZEBNOŚCI (STRUKTURA DOMINACJI) • STRUKTURA WIELKOŚCI CIAŁA • OGRANICZONE PODOBIEŃSTWO • NISZA EKOLOGICZNA - KONKURENCJA • REGUŁY SKŁADANIA PRZYPADEK CZY KONIECZNOŚĆ? • SUKCESJA

AFRYKA

AMERYKA PD.

KONWERGENCJA MORFOLOGICZNA GATUNKÓW W ZESPOŁACH LASÓW DESZCZOWYCH AFRYKI I AMERYKI PD.

PODOBIEŃSTWO MORFOLOGICZNE PTAKÓW WRÓBLOWATYCH Panama Liberia

DENDROGRAM PODOBIEŃSTWA SPOSOBÓW śEROWANIA PTAKÓW

SPECJACJA

NIEBYT

WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu

historia = przypadek

PULA GATUNKÓW

ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ)

ASSEMBLY RULES”

ekologiczna skala czasu

RÓśNORODNOŚĆ BIOLOGICZNA BIOSFERY

CO NAS TO OBCHODZI?

ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ

• Ekologiczne („diversity begets stability”) • Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) • Poznawcze („dla nauki”) – Wersja słaba („Nauka to potęgi klucz”) – Wersja mocna („Ciekawi jesteśmy”)

• Estetyczno-etyczne – Wersja słaba („Naturalne środowisko człowieka”) – Wersja mocna („Tak nam się podoba”)

RÓśNORODNOŚĆ ==> STABILNOŚĆ? [„Diversity begets stability”] Matematyczne modele układów dwu (lub niewielu) gatunków są immanentnie niestabilne Nie zawsze. Modele układów wielogatunkowych są jeszcze mniej stabilne Laboratoryjne układy eksperymentalne dwu- lub kilkugatunkowe są niestabilne Owszem, ale układy wielogatunkowe teŜ!

RÓśNORODNOŚĆ ==> STABILNOŚĆ? Wyspy (ubogie w gatunki) są podatne na inwazje Prawda, ale są teŜ spektakularne przykłady inwazji na kontynenty Monokultury są podatne na inwazje i szkodniki Problem koewolucji, a nie bioróŜnorodności. Uprawy to sztuczne stadia wczesnosukcesyjne. Naturalne „monokultury” są stabilne. Bogate w gatunki ekosystemy (np.lasy deszczowe) są wolne od gradacji owadów Nie prawda, tam teŜ są ogromne fluktuacje populacji. Za to klimat jest stabilny

ZNACZENIE FUNKCJONALNE RÓśNORODNOŚCI EKSPERYMENTY (lata 80. i 90.) • Tilman (preria); 1-24 gatunków, setki powt. – wzrost produktywności – wzrost „niezawodności” – lepsze wykorzystanie zasobów

• Lawton „ekotron”; 9 - 15 - 31 gat. 16 powt. – wzrost produktywności i respiracji

• Nee et al.. „mikrokosmosy”, dziesiątki powt. – wzrost niezawodności (powtarzalności)

EKSPERYMENT „BIODEPTH” STANOWISKO W PORTUGALII

GATUNKI ZWORNIKOWE („KEYSTONE SPECIES”)

GATUNKI ZWORNIKOWE („KEYSTONE SPECIES”)

ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ

• Ekologiczne („diversity begets stability”) • Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) • Poznawcze („dla nauki”) – Wersja słaba („Nauka to potęgi klucz”) – Wersja mocna („Ciekawi jesteśmy”)

• Estetyczno-etyczne – Wersja słaba („Naturalne środowisko człowieka”) – Wersja mocna („Tak nam się podoba”)

ROŚLINY UPRAWNE kilkanaście gatunków, większość zapotrzebowania: •pszenica •kukurydza •ryŜ •ziemniaki

Zielarze, XVI wiek

Nadal większość leków to naturalne związki roślinne albo ich pochodne

ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ

• Ekologiczne („diversity begets stability”) • Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) • Poznawcze („dla nauki”) – Wersja słaba („Nauka to potęgi klucz”) – Wersja mocna („Ciekawi jesteśmy”)

• Estetyczno-etyczne – Wersja słaba („Naturalne środowisko człowieka”) – Wersja mocna („Tak nam się podoba”)

„DLA NAUKI”: Poznanie naukowe jest częścią kultury, nie tylko zapleczem techniki

ARGUMENTY ZA OCHRONĄ RÓśNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ

• Ekologiczne („diversity begets stability”) • Utylitarne (pokarm, surowce, leki, biotechnologia, ekoturystyka itd.) • Poznawcze („dla nauki”) – Wersja słaba („Nauka to potęgi klucz”) – Wersja mocna („Ciekawi jesteśmy”)

• Estetyczno-etyczne – Wersja słaba („Naturalne środowisko człowieka”) – Wersja mocna („Tak nam się podoba”)

Albrecht Duerer, 1505

Stanisław Wyspiański (1869-1907)

Cornflower

May 9/10, 1896 „In the meantime, excursions to Bielany, to the meadows along Vistula, to draw flowers and to stylize them (…) This is a whole world, shining like a rainbow, weird, I want to integrate myself into it. What a wonder! July 13, 1896

Pasque flower

Sasanka łąkowa (Pulsatilla pratensis)

Fort Bodzów, 26.04.2003

May 23, 1896 at Twardowski Cave

Poppy

Bniec biały (Melandrium album) kwiat Ŝółtawo biały/szyjka zielonkawo-biała/ osłonka bladozółto-zielona/na kantach brązowa (przy pączkach/kanty winiowe, przy maleńkich zielone ciemne; włoski białe. słupki Ŝółte ze szczotkami ciemno zółtemi – (cała łodyga przy kwiecie obsadzona robaczkami czarnymi maluńkiemi połyskującemi) liście zielone ciemne – omszałe /spody oliwkowo – zielone – Ŝyłki Ŝółte – włoski białe na łodyŜce i listku (stąd kontury białe listków a wyrost blady). w wielkich lisciach u dołu rośliny Ŝyłki białe rózowe od końca a liść prawie czarny – zielony.

White catchfly Silene pratensis

15. ipca 1896, za Wisłą

Prunella grandiflora

July 14 (1896), swamps at Vistula

Głowienka wielkokwiatowa (Prunella grandiflora)

Kostrze meadows, July11, 2002

Ponad wrzosem Szczygieł z kosem Powadzili się o to, kto z nich lepiej śpiewa. Koło drzewa...

Ignacy Krasicki Szczygieł i Kos

Uciekła mi przepióreczka w proso...