Populaties.

Presentatie over: "Populaties."— Transcript van de presentatie:

1 Populaties

2 Populatie-ecologie Populatie. Groep van individuen van eenzelfde soort die op eenzelfde tijdstip op een welbepaalde plaats leven en met elkaar interageren.

3 Populatie-ecologie Populatie. Groep van individuen van eenzelfde soort die op eenzelfde tijdstip op een welbepaalde plaats leven en met elkaar interageren. Vertoont eigenschappen die we niet aantreffen bij de individuele organismen waaruit ze is samengesteld.

4 Populatie-ecologie Populatie. Groep van individuen van eenzelfde soort die op eenzelfde tijdstip op een welbepaalde plaats leven en met elkaar interageren. Vertoont eigenschappen die we niet aantreffen bij de individuele organismen waaruit ze is samengesteld. Wordt gekenmerkt door gemeenschappelijk genetisch reservoir en vormt eenheid waarop natuurlijke selectie via veranderingen in allelfrekwenties inwerkt.

5 Populatie-ecologie Populatie. Groep van individuen van eenzelfde soort die op eenzelfde tijdstip op een welbepaalde plaats leven en met elkaar interageren. Vertoont eigenschappen die we niet aantreffen bij de individuele organismen waaruit ze is samengesteld. Wordt gekenmerkt door gemeenschappelijk genetisch reservoir en vormt eenheid waarop natuurlijke selectie via veranderingen in allelfrekwenties inwerkt. Grote belangstelling vanuit toegepaste invalshoeken zoals bosbouw, agronomie, pestcontrole, wildbeheer en natuurbeheer.

6 Densiteit

7 Densiteit Begrip ‘populatiegrootte’ heeft enkel betekenis indien grenzen van populatie (of steekproef ervan) bekend zijn. Uitgedrukt als densiteit (= aantal individuen per oppervlakte/volume eenheid).

8 Densiteit Begrip ‘populatiegrootte’ heeft enkel betekenis indien grenzen van populatie (of steekproef ervan) bekend zijn. Uitgedrukt als densiteit (= aantal individuen per oppervlakte/volume eenheid).

9 Densiteit Densiteitsbepalingen gebeuren meestal aan de hand van random steekproeven (sampling).

10 Densiteit Densiteitsbepalingen gebeuren meestal aan de hand van random steekproeven (sampling). Nauwkeurigheid neemt toe met aantal steekproeven (studieplots) en homogeniteit van bemonsterde habi-tat.

11 Densiteit Densiteitsbepalingen gebeuren meestal aan de hand van random steekproeven (sampling). Nauwkeurigheid neemt toe met aantal steekproeven (studieplots) en homogeniteit van bemonsterde habi-tat. Merk-hervangst (mark-recapture) binnen afgebakende grenzen van een studiegebied.

12 Densiteit

13 Densiteit Proportie gemerkte (en gevangen) individuen in tweede vangstsessie gelijk aan proportie gemerkte individuen in volledige populatie.  

14 Densiteit Ngemerkte individuen in vangst 1 x Nindividuen in vangst 2
Proportie gemerkte (en gevangen) individuen in tweede vangstsessie gelijk aan proportie gemerkte individuen in volledige populatie.   Ngemerkte individuen in vangst 1 x Nindividuen in vangst 2 Nhervangsten in vangst 2 Ntot =

15 Ruimtelijke distributie

16 Ruimtelijke distributie
Geaggregeerde distributie (clumped, patchy). Indivi-duen zijn geconcentreerd in welbepaalde delen van het habitat.  

17 Ruimtelijke distributie
Geaggregeerde distributie (clumped, patchy). Indivi-duen zijn geconcentreerd in welbepaalde delen van het habitat.  

18 Ruimtelijke distributie
Uniforme distributie. Meer gelijkmatige spreiding dan verwacht op basis van willekeurig (random) gebruik.

19 Ruimtelijke distributie
Uniforme distributie. Meer gelijkmatige spreiding dan verwacht op basis van willekeurig (random) gebruik.

20 Ruimtelijke distributie
Willekeurige distributie. Distributie van individuen is niet gerelateerd aan die van andere individuen.

21 Ruimtelijke distributie
Willekeurige distributie. Distributie van individuen is niet gerelateerd aan die van andere individuen.

22 Abundantie versus distributie

23 Abundantie versus distributie
Kernvraag. Zijn wijdverbreide soorten abundant en hebben zeldzame soorten een kleine verspreiding ? (Herbert Andrewartha en Charles Birch)

24 Abundantie versus distributie
Kernvraag. Zijn wijdverbreide soorten abundant en hebben zeldzame soorten een kleine verspreiding ?

25 Abundantie versus distributie
Hypothesen Zeldzame soorten zijn moeilijker detecteerbaar.

26 Abundantie versus distributie
Hypothesen Zeldzame soorten zijn moeilijker detecteerbaar. Generalisten zijn meer algemeen en wijdverbreid (ecologische populatiemodel).

27 Abundantie versus distributie
Hypothesen Zeldzame soorten zijn moeilijker detecteerbaar. Generalisten zijn meer algemeen en wijdverbreid (ecologische populatiemodel). Minder mobiele soorten bezetten minder habitat- vlekken (lokaal populatiemodel).

28 parameter schatter 838 ± 341 95% CI 240 – 1591
Abundantie versus distributie mobiliteit parameter schatter 838 ± % CI 240 – 1591 bezettingsgraad

29 Habitat selectie

30 Habitat selectie Habitat selectie. Organismen verkiezen bepaalde compo-nenten van het habitat boven andere.

31 Habitat selectie Habitat selectie. Organismen verkiezen bepaalde compo-nenten van het habitat boven andere. Kan zowel proximaat als ultimaat (evolutionair) bena-derd worden.

32 Habitat selectie Habitat selectie. Organismen verkiezen bepaalde compo-nenten van het habitat boven andere. Kan zowel proximaat als ultimaat (evolutionair) bena-derd worden. Ideal free distribution model van S.D. Fretwell (1972).

33 Habitat selectie

34 Habitat selectie

35 Habitat selectie Habitat selectie. Organismen verkiezen bepaalde compo-nenten van het habitat boven andere. Kan zowel proximaat als ultimaat (evolutionair) bena-derd worden. Ideal free distribution model van Steve Fretwell (1972). Ideal despotic distribution model (Fretwell)

36 Demografie

37 Demografie Soorten verschillen in de manier waarop energie geïnvesteerd wordt in voortplanting.

38 Demografie Soorten verschillen in de manier waarop energie geïnvesteerd wordt in voortplanting. Semelpaar. Eénmalige en zeer grote investering.

39 Demografie Soorten verschillen in de manier waarop energie geïnvesteerd wordt in voortplanting. Semelpaar. Eénmalige en zeer grote investering. Iteropaar. Herhaalde en kleinere investeringen.

40 Demografie Soorten verschillen in de manier waarop energie geïnvesteerd wordt in voortplanting. Semelpaar. Eénmalige en zeer grote investering. Iteropaar. Herhaalde en kleinere investeringen. Vormt een belangrijk kenmerk van de levensgeschiedenis (life history trait) van organismen.

41 Demografie r-selectie. Verwijst naar aanwezigheid van levens-kenmerken die bijdragen tot hoge populatiegroei.

42 Demografie K-selectie. Verwijst naar aanwezigheid van levens-kenmerken die bijdragen tot hoge overleving.

43 Overleving Mortaliteits- en overlevingsparameters worden weerge-geven in levens- of sterftetabellen (life tables).

44 Overleving Mortaliteits- en overlevingsparameters worden weerge-geven in levens- of sterftetabellen (life tables). Laat toe de kans te berekenen dat een individu van een welbepaalde cohorte overleeft tot een welbepaalde leeftijd.

45 Overleving

46 Overleving

47 Demografie Mortaliteits- en overlevingsparameters worden weerge-geven in zogenaamde levens- of sterftetabellen (life tables). Laat toe de kans te berekenen dat een individu van een welbepaalde cohorte overleeft tot een welbepaalde leeftijd. Leeftijdsstructuur verwijst naar het aantal en de proportie individuen van elk geslacht in elke leeftijds-categorie.

48 Demografie

49 Populatiegroei

50 Populatiegroei Aangezien geen enkele populatie oneindig in aantal toe-neemt, wordt de groei van populaties blijkbaar gereguleerd.

51 Populatiegroei Aangezien geen enkele populatie oneindig in aantal toe-neemt, wordt de groei van populaties blijkbaar gereguleerd. Groei of afname in populatiegrootte (per eenheid oppervlakte) is voornamelijk het resultaat van nataliteit (gemiddelde per capita geboorte-ratio) en mortaliteit (gemiddelde per capita sterfte-ratio).

52 Populatiegroei Aangezien geen enkele populatie oneindig in aantal toe-neemt, wordt de groei van populaties blijkbaar gereguleerd. Groei of afname in populatiegrootte (per eenheid oppervlakte) is voornamelijk het resultaat van nataliteit (gemiddelde per capita geboorte-ratio) en mortaliteit (gemiddelde per capita sterfte-ratio). Om de ratio van ‘verandering’ in populatie-grootte te kennen, is tevens kennis van een tijdsinterval vereist.

53 Populatiegroei ∆N/∆t = N (b - d)

54 Populatiegroei ∆N/∆t = N (b - d)
De groeiratio op een willekeurig moment in de tijd bedraagt dan: dN/dt = rN

55 Populatiegroei

56 Populatiegroei ∆N/∆t = N (b - d)
De groeiratio op een willekeurig moment in de tijd bedraagt dan: dN/dt = rN Intrinsieke groeiratio (rmax): maximum ratio waarmee een populatie in aantal kan toenemen onder ideale om-standigheden.

57 Populatiegroei Factoren zoals predatie, competitie, schaarste aan kritische hulpbronnen, etc. verhinderen een ongelimi-teerde exponentiële toename in populatiegrootte. Draagkracht (K, carrying capacity): maximale populatie-grootte onder gegeven milieuomstandigheden (r = 0).

58 Populatiegroei Factoren zoals predatie, competitie, schaarste aan kritische hulpbronnen, etc. verhinderen een ongelimi-teerde exponentiële toename in populatiegrootte. Draagkracht (K, carrying capacity): maximale populatie-grootte onder gegeven milieuomstandigheden (r = 0). Logistische vergelijking: dN/dt = rN(K –N)/K

59 Populatiegroei

60 Populatiegroei Zowel de exponentiële als logistische groeicurve vormen een sterke oversimplificatie van groeipatronen in natuur-lijke populaties.

61 Populatiegroei Zowel de exponentiële als logistische groeicurve vormen een sterke oversimplificatie van groeipatronen in natuur-lijke populaties. oscillaties rond K

62 Populatiegroei Zowel de exponentiële als logistische groeicurve vormen een sterke oversimplificatie van groeipatronen in natuur-lijke populaties. oscillaties rond K time lag modellen

63 Populatiegroei

64 Populatiegroei Zowel de exponentiële als logistische groeicurve vormen een sterke oversimplificatie van groeipatronen in natuur-lijke populaties. oscillaties rond K time lag modellen stochastische modellen

65 Populatiegroei

66 Populatieregulatie

67 Populatieregulatie Historische discussies omwille van onduidelijke definiëring van de termen limiterende en regulerende factoren.

68 Populatieregulatie Historische discussies omwille van onduidelijke definiëring van de termen limiterende en regulerende factoren. Limiterende factor: verandering in gemiddelde of evenwichtsdensiteit.

69 Populatieregulatie Historische discussies omwille van onduidelijke definiëring van de termen limiterende en regulerende factoren. Limiterende factor: verandering in gemiddelde of evenwichtsdensiteit. Regulerende factor: verhoogde mortaliteit (of verlaagde reproductie) bij toenemende densiteit (proportioneel effect)

70 Populatieregulatie Historische discussies omwille van onduidelijke definiëring van de termen limiterende en regulerende factoren. Limiterende factor: verandering in gemiddelde of evenwichtsdensiteit. Regulerende factor: verhoogde mortaliteit (of verlaagde reproductie) bij toenemende densiteit (proportioneel effect) Onenigheid omtrent relatieve belang van densiteits-afhankelijke versus -onafhankelijke factoren.

71 Populatieregulatie predatie, ziekte, competitie, …

72 Stephens P.A. et al. 1999. Oikos 87: 185-190

73 Populatiedynamiek

74 Populatiedynamiek Populatie-ecologen bestuderen de dynamiek van natuur-lijke populaties via key-factor analyse en experimenten.

75 Populatiedynamiek Populatie-ecologen bestuderen de dynamiek van natuur-lijke populaties via key-factor analyse en experimenten. Key-factor analyse Restrospectieve analyse van jaarlijkse veranderingen in mortaliteit en reproductie via opstellen van levenstabel-len met discrete levensstadia.

76 Populatiedynamiek

77 Populatiedynamiek ∑ k = loge(Ns) – loge(Ne)

78 Populatiedynamiek

79 Populatiedynamiek

80 Populatiedynamiek Populatie-ecologen bestuderen de dynamiek van natuur-lijke populaties via key-factor analyse en experimenten. Experimentele studie Identificatie van limiterende factoren en experimentele studie van hun impact op populatie fluctuaties.

81 Populatiedynamiek D. Spiller & T. Schoener, University of California

82 Populatiedynamiek

83 Toegepaste populatie-ecologie

84 Toegepaste populatie-ecologie
Populatie-ecologie levert belangrijke inzichten voor het duurzaam (commercieel) beheer van natuurlijke popula-ties.

85 Toegepaste populatie-ecologie
Populatie-ecologie levert belangrijke inzichten voor het duurzaam (commercieel) beheer van natuurlijke popula-ties. Hoe groot kan yield zijn zonder gevaar voor voortbestaan op lange termijn ?

86 Toegepaste populatie-ecologie
E.S. Russell (1931). Oogstbare gedeelte van visbestand (stock uitgedrukt in gewicht) verhoogt t.g.v. reproductie, immigratie en groei en verlaagt t.g.v. natuurlijke morta-liteit en vangst.

87 Toegepaste populatie-ecologie
E.S. Russell (1931). Oogstbare gedeelte van visbestand (stock uitgedrukt in gewicht) verhoogt t.g.v. reproductie, immigratie en groei en verlaagt t.g.v. natuurlijke morta-liteit en vangst. S2 = S1 + R + G - M - F

88 Toegepaste populatie-ecologie
E.S. Russell (1931). Oogstbare gedeelte van visbestand (stock uitgedrukt in gewicht) verhoogt t.g.v. reproductie, immigratie en groei en verlaagt t.g.v. natuurlijke morta-liteit en vangst. S2 = S1 + R + G - M - F Duurzame bevissing R + G = M + F

89 Toegepaste populatie-ecologie
E.S. Russell (1931). Oogstbare gedeelte van visbestand (stock uitgedrukt in gewicht) verhoogt t.g.v. reproductie, immigratie en groei en verlaagt t.g.v. natuurlijke morta-liteit en vangst. S2 = S1 + R + G - M - F Duurzame bevissing R + G = M + F Na aanvang van bevissing wordt populatiegrootte gere-duceerd waarbij F densiteitsafhankelijk kan gecompen-seerd worden door een hogere R of snellere G of lagere M.

90 Toegepaste populatie-ecologie
Op welk niveau van stabilisatie (R+G=M+F) is F maximaal ?

91 Toegepaste populatie-ecologie
Op welk niveau van stabilisatie (R+G=M+F) is F maximaal ? Sigmoïd-curve theorie: een maximale yield wordt beko-men door een populatie rond de helft van haar draagkracht (K) te houden.

92 Toegepaste populatie-ecologie
dN/dt = rN(K –N)/K

93 Ruimtelijk gestructureerde populaties

94 Ruimtelijk gestructureerde populaties
Onder natuurlijke omstandigheden komen soorten voor als sets van afzonderlijke, ruimtelijk gescheiden deelpopula-ties.

95 Ruimtelijk gestructureerde populaties
Onder natuurlijke omstandigheden komen soorten voor als sets van afzonderlijke, ruimtelijk gescheiden deelpopula-ties.

96 Ruimtelijk gestructureerde populaties
Onder natuurlijke omstandigheden komen soorten voor als sets van afzonderlijke, ruimtelijk gescheiden deelpopula-ties.

97 Ruimtelijk gestructureerde populaties
Onder natuurlijke omstandigheden komen soorten voor als sets van afzonderlijke, ruimtelijk gescheiden deelpopula-ties. Elke deelpopulatie wordt gekenmerkt door specifieke demografische parameters.

98 Ruimtelijk gestructureerde populaties
Onder natuurlijke omstandigheden komen soorten voor als sets van afzonderlijke, ruimtelijk gescheiden deelpopula-ties. Elke deelpopulatie wordt gekenmerkt door specifieke demografische parameters. Bij metapopulaties heeft ook de uitwisseling van indivi-duen tussen deelpopulaties een belangrijke demografische impact.

99 Metapopulatie theorie
Metapopulaties verwijzen naar ruimtelijk opgedeelde po-pulaties waarvan de dynamiek op twee verschillende niveaus werkt:

100 Metapopulatie theorie
Metapopulaties verwijzen naar ruimtelijk opgedeelde po-pulaties waarvan de dynamiek op twee verschillende niveaus werkt: binnen deelpopulaties: geboorte, sterfte, immigratie en emigratie.

101 Metapopulatie theorie
Metapopulaties verwijzen naar ruimtelijk opgedeelde po-pulaties waarvan de dynamiek op twee verschillende niveaus werkt: binnen deelpopulaties: geboorte, sterfte, immigratie en emigratie. tussen deelpopulaties: kolonisatie en extinctie.

102 Metapopulatie theorie

103 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson).

104 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson).

105 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson). Levins’ metapopulatie model beschrijft een oneindig aantal habitatplekken die elk al dan niet een lokale populatie van de beschouwde soort bevatten.

106 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson). Levins’ metapopulatie model beschrijft een oneindig aantal habitatplekken die elk al dan niet een lokale populatie van de beschouwde soort bevatten.

107 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson). Levins’ metapopulatie model beschrijft een oneindig aantal habitatplekken die elk al dan niet een lokale populatie van de beschouwde soort bevatten. N=0

108 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson). Levins’ metapopulatie model beschrijft een oneindig aantal habitatplekken die elk al dan niet een lokale populatie van de beschouwde soort bevatten. N=K

109 Metapopulatie theorie
Metapopulatie theorie werd ontwikkeld op het einde van jaren ’60 ongeveer gelijktijdig met theorie van eiland-biogeografie (MacArthur & Wilson). Levins’ metapopulatie model beschrijft een oneindig aantal habitatplekken die elk al dan niet een lokale populatie van de beschouwde soort bevatten. Laat voorspellingen toe omtrent de proportie bezette habitatvlekken als functie van extinctie en kolonisatie.

110 Metapopulatie theorie
dp/dt = k.p(1 - p) - e.p p = proportie habitatvlekken bezet op tijdstip t e = extinctiekans k = kolonisatiekans

111 Metapopulatie theorie
dp/dt = k.p(1 - p) - e.p dp/dt = (k - e).p.[1 - p/(1 - e/k)]

112 Metapopulatie theorie
dp/dt = k.p(1 - p) - e.p = k.p - k.p² - e.p = k.p - p(k.p) - e.p = (k-e)p - p(k.p) = (k-e)p.1 -((p.k)/k-e) = (k-e)p.1-(p/((k-e)/k)) dp/dt = (k - e).p.[1 - p/(1 - e/k)]

113 Metapopulatie theorie
dp/dt = k.p(1 - p) - e.p = k.p - k.p² - e.p = k.p - p(k.p) - e.p = (k-e)p - p(k.p) = (k-e)p.1 -((p.k)/k-e) = (k-e)p.1-(p/((k-e)/k)) dp/dt = (k - e).p.[1 - p/(1 - e/k)] dN/dt = r.N.[(K- N)/K]

114 Metapopulatie theorie
K = 1 - e/k Tijd Proportie bezette vlekken dp/dt = k.p(1 - p) - e.p = k.p - k.p² - e.p = k.p - p(k.p) - e.p = (k-e)p - p(k.p) = (k-e)p.1 -((p.k)/k-e) = (k-e)p.1-(p/((k-e)/k)) dN/dt = r.N.[(K- N)/K]

115 Metapopulatie theorie
Complexere modellen houden rekening met variatie in vlekgrootte

116 Metapopulatie theorie
Complexere modellen houden rekening met variatie in vlekgrootte vlekkwaliteit

117 Metapopulatie theorie
Complexere modellen houden rekening met variatie in vlekgrootte vlekkwaliteit ruimtelijke configuratie

118 Metapopulatie theorie
Complexere modellen houden rekening met variatie in vlekgrootte vlekkwaliteit ruimtelijke configuratie interne dynamiek

119 Metapopulatie theorie
Aanzienlijke variatie in vlekgrootte of -kwaliteit kan aanleiding geven tot mainland-island metapopulaties of source-sink metapopulaties.

120 Metapopulatie theorie
Mainland-island model: kans op uitsterven van ‘mainland’ populatie wordt zeer klein en alle immigranten zijn ervan afkomstig.

121 Metapopulatie theorie
Mainland-island model: kans op uitsterven van ‘mainland’ populatie wordt zeer klein en alle immigranten zijn ervan afkomstig. Vergelijking: dp/dt = k.(1 - p) - e.p

122 Metapopulatie theorie
Mainland-island model: kans op uitsterven van ‘mainland’ populatie wordt zeer klein en alle immigranten zijn ervan afkomstig. Vergelijking: dp/dt = k.(1 - p) - e.p Evenwicht: p = k/(k + e)

123 Metapopulatie theorie
Source-sink model: habitat wordt ingedeeld in source (hoge kwaliteit, geboortes > sterftes) en sinks (lage kwali-teit, geboortes < sterftes).

124 Metapopulatie theorie
Conclusies voor natuurbehoud

125 Metapopulatie theorie
Conclusies voor natuurbehoud Zowel nood aan bezet als onbezet habitat

126 Metapopulatie theorie
Conclusies voor natuurbehoud Zowel nood aan bezet als onbezet habitat Optimale ruimtelijke structuur is steeds een ‘compromis’

127 Metapopulatie theorie
Conclusies voor natuurbehoud Zowel nood aan bezet als onbezet habitat Optimale ruimtelijke structuur is steeds een ‘compromis’ Nood aan bescherming van source habitat

128

129

130

131 Metapopulatie theorie
Evolutionair-ecologisch

132 Metapopulatie theorie
Evolutionair-ecologisch Wanneer selectiedrukken verschillen tussen sources en sinks zullen individuen uit source populaties gemiddeld een hogere lokale adaptatie vertonen wegens asymme-trische gene flow.

133 Q. pubescens Q. ilex

134 Q. pubescens bladverliezend veel voedsel Q. ilex immergroen weinig voedsel

135 Q. pubescens bladverliezend veel voedsel reproductie hoog SOURCE Q. ilex immergroen weinig voedsel reproductie laag SINK

136 voedsel Datum Q. pubescens bladverliezend veel voedsel
reproductie hoog SOURCE Q. ilex immergroen weinig voedsel reproductie laag SINK Datum voedsel

137 Corsica voedsel Datum Q. pubescens bladverliezend veel voedsel
reproductie hoog SOURCE Q. ilex immergroen weinig voedsel reproductie laag SINK Datum voedsel

138 zuid Frankrijk geen verschil in legdatum voedsel Datum Q. pubescens
bladverliezend veel voedsel reproductie hoog SOURCE Q. ilex immergroen weinig voedsel reproductie laag SINK Datum voedsel