Προσοχή: Διαχωρισμός οργανισμών - περιβάλλοντος. Είναι πράγματι έτσι;

Transcript

1

2 Η Οικολογία είναι η επιστημονική μελέτη των αλληλεπιδράσεων των οργανισμών με το περιβάλλον τους, οι οποίες καθορίζουν τελικά τη διασπορά και την αφθονία τους. Προσοχή: Διαχωρισμός οργανισμών - περιβάλλοντος. Είναι πράγματι έτσι;

3 Κυνηγοί: παρατήρηση της φύσης Γεωργοί: συστηματοποίηση της γνώσης με σκοπό την αύξηση της παραγωγής και την αποφυγή κινδύνων Σύγχρονη επιστήμη (δεκαετία 60 και μετά): βασικές αρχές που διέπουν την πολυπλοκότητα της φύσης, την περιοδικότητα και τις εναλλαγές των φαινομένων. Διαίρεση σε εφαρμοσμένη και βασική: Εφαρμοσμένη: διαχείριση εδαφών, δασολογία, σύσταση λειβαδικών οικοσυστημάτων, αλιεία έλεγχος ζιζανίων και παθογόνων, οικολογία της ρύπανσης, διατήρηση της βιοποικιλότητας Βασική: οικοφυσιολογία οργανισμών, αυτοικολογία, δυναμική πληθυσμών, τροφικές σχέσεις &άλλες αλληλεπιδράσεις, οικολογία του θώκου, γενετική πληθυσμών

4 Ελάφι - Λύκος Αρουραίοι Ποντικοφάρμακα Αντιβιοτικά Λίμνες - αποξηράνσεις - καλλιέργειες Πετρέλαιο Οικονομία Θερμοκήπιο Ο τζάμπας πέθανε!

5 Ανθρωποκεντρική διάσταση της οικολογίας Ο πλέον περίπλοκος και συνθετικός κλάδος της βιολογίας Πληροφορίες για την ορθολογική διαχείριση του περιορισμένου χώρου και αποθεμάτων του πλανήτη μας. Πολλαπλά επίπεδα και κλίμακα: πληθυσμός, κοινότητα, οικοσύστημα, μεγαδιάπλαση, βιόσφαιρα Διαφορά κλίμακας στο χώρο και στο χρόνο

6 Η γεωγραφική κατανομή των οργανισμών σε παγκόσμια κλίμακα = αντανάκλαση της επίδρασης αβιοτικών παραγόντων Οι αβιοτικοί παράγοντες παρουσιάζουν διακυμάνσεις στο χώρο και στο χρόνο (π.χ. ημερήσιες, εποχικές ή ετήσιες μεταβολές) Οι αβιοτικοί παράγοντες παρουσιάζουν συνεχείς διακυμάνσεις στο χώρο και στο χρόνο Κανόνας η κίνηση και η αλλαγή. Εξαίρεση η σταθερότητα και η ισορροπία

7 Ηλιακή ενέργεια Ατμοσφαιρική κυκλοφορία Ωκεάνια ρεύματα Δευτερευόντος τοπικοί παράγοντες όπως: Τύπος εδάφους Κατανομή & τύποι οικοσυστημάτων Υψόμετρο

8 1400 Joule / sec m 2 Εκλεκτικό φιλτράρισμα από την ατμόσφαιρα (π.χ. UV-B από O 3 ) Διαφορική λήψη ηλ. ενέργειας σε διαφορετικά σημεία της γης (γ.π.) λόγω α) σφαιρικού σχήματος και ελλειπτικής τροχιάς (ένταση ακτινοβολίας) β) κλίσης του άξονα της γης ως προς τον ήλιο (εποχές,διάρκεια μέρας-νύχτας).

9 Τ κίνησης μορίων, πυκνότητας ανύψωση αέρα Τ εξάτμισης & φέρουσας ικανότητας σε Η 2 Ο υγρασίας Ισημερινός: θερμός υγρός αέρας. Ανύψωση κατά ~10 Km προς Β & Ν Κατά την ανοδική κίνηση: Τ, φέρουσας ικανότητας σε Η 2 Ο Βροχή τροπικών Αν η Γη δεν περιστρεφόταν, τότε ο αέρας θα έφτανε στους πόλους και θα ξαναγυρνούσε πίσω. Όμως λόγω της περιστροφής της το πράγμα περιπλέκεται: Φαινόμενο Coriolis Σε αυτό οφείλονται οι ισχυροί άνεμοι που πνέουν σε συγκεκριμένα γ.π. (κυκλώνες, αντικυκλώνες, θυέλλες)

10 30 ο : καθοδική κίνηση. Τ, αλλά όχι εμπλουτισμός σε υγρασία Έρημοι 30 ο - 60 ο : κίνηση προς ισημερινό & πόλους Άνεμοι 60 ο : σύγκρουση με ρεύματα ερχόμενα από πόλους και ανοδική κίνηση Πόλοι : καθοδική κίνηση προς τον ισημερινό

11 Αποτέλεσμα των ανέμων και κατά συνέπεια της ηλιακής ακτινοβολίας Κυκλωνικά ρεύματα

12 Για κάθε 1000 μ αύξηση του υψομέτρου έχουμε 6 ο C πτώση της θερμοκρασίας Μικροκλίμα

13 75% της επιφάνειας της γης χαλάζι, χιόνι, υγρασία Επανάληψη 25 φορές ανά έτος Ενέργεια (ποτάμια, παλίρροια, κύματα) Αλατότητα (γλυκά - αλμυρά) Φως (ποσότητα/ποιότητα) Θερμοκρασία Αλληλεπίδραση με χέρσο (μεταφορά φερτών υλικών) Δεξαμενές πόσιμου νερού

14 Ακόμα και στο απόλυτα καθαρό νερό μόνο το 40% της ακτινοβολίας φτάνει στο 1μ βάθος. Το υπόλοιπο ανακλάται Επιλεκτική απορρόφηση από τα αιωρούμενα σωματίδια και από τα ίδια τα μόρια του νερού (πρώτα το κόκκινο και τελευταίο το γαλάζιο). Συνέπειες: Επίδραση σε: 1. παραγωγικότητα των υδάτινων οικοσυστημάτων 2. κάθετη ζώνωση της θερμοκρασίας 3. κατανομή των οργανισμών ανάλογα με τις απαιτήσεις τους. 4. προσαρμογές των οργανισμών (π.χ. αβυσσαία ψάρια, αχρωματικά και βιοφωσφορισμός)

15 Μεγαλής σημασίας η σχέση: Τ [Ο 2 ] Ποικιλότητα! Θερμοκλινές = το στρώμα νερού που εμφανίζει έντονη πτώση θερμοκρασίας κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες που σχετίζονται με τη θερμοκρασία και την ηλιακή ακτινοβολία Σε στάσιμα νερά και ιδιαίτερα στους τροπικούς ή τα καλοκαίρια Σημαντικές συνέπειες στην ανταλλαγή θρεπτικών και Ο 2 Ρέοντα νερά: η αρχική ποσότητα νερού και η ορμητικότητά του καθορίζουν την ταχύτητα ροής, το ανάγλυφο της κοίτης, τη θερμοκρασία και την περιεκτικότητα σε θρεπτικά και Ο 2. Ανάλογα προσαρμόζονται και οι οργανισμοί.

16 Κίνηση νερού στις θάλασσες : Στις παράκτιες ζώνες η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ χέρσου και θάλλασας προκαλεί ανέμους που πνέουν κατά μήκος της ακτής. Αυτοί προκαλούν επιφανειακό κυματισμό με συνέπεια: α) την απομάκρυνση των επιφανειακών νερών που αντικαθίστανται από βαθύτερες ζώνες ζώνες ανάδυσης και β) την αλλαγή της φυσιογνωμίας των ακτών Στα βαθύτερα στρώματα κάθετες κινήσεις που επηρεάζονται από: Αλατότητα Ηλιακή ακτινοβολία Θερμοκρασία [Αλλαγές στην πυκνότητα & κίνηση] Οξυγόνωση Οι παλίρροιες προκαλούνται από τη βαρυτική έλξη της σελήνης και του ήλιου σε αντιδιαμετρικά σημεία της γης. Εξαιτίας διαφόρων παραγόντων η ένταση του φαινομένου ποικίλει τοπικά. Οι οργανισμοί που ζουν στις μεσοπαλιρροϊκές ζώνες είναι υποχρεωμένοι να υπόκεινται σε πολύ ακραίες διακυμάνσεις θερμοκρασίας, υγρασίας και ακτινοβολίας στη διάρκεια ενός 24ωρου.

17 Φυσική γήρανση λίμνης Λίμνες, Βάλτοι, Έλη Φως (παράλια/βενθική, εύφωτη/άφωτη ζώνη), θερμοκρασία, θρεπτικά +Κινητική ενέργεια Χείμαρροι, Ποτάμια (ετερότροφα οικοσυστήματα διαβάθμιση συνθηκών) Ευτροφισμός ( Ρ, Ν): παραγωγικότητας αποικοδομητικής δραστηριότητας Ανοξικές συνθήκες + Αλάτι Εκβολές (διαβάθμιση αλατότητας & θερμοκρασίας, συνεχής ανακύκλωση θρεπτικών ~ προσαρμογές π.χ. στενόαλοι βενθικοί οργανισμοί, ή ευρύαλα ανάδρομα ψάρια)

18 Τεράστια έκταση σε 3 διαστάσεις Βάθος μ.ο. = 3000μ Ομοιομορφία αλατότητας Φως (φωτοσύνθεση βιοφωσφορισμός) Πίεση Βαρύτητα Θερμοκρασία Οξυγόνο Βροχή θρεπτικών Αλληλεπίδραση με στεριά

19 Πολύ πιο έντονες οι κλιματικές διακυμάνσεις σε σχέση με τα υδάτινα οικοσυστήματα: θερμοκρασία και διαθεσιμότητα νερού τοπικά και χρονικά Απορρόφηση & Κατανομή φωτός από βλάστηση ~ φυτική κάλυψη: φυλλική επιφάνεια και κατεύθυνση φυλλώματος εποχιακές μεταβολές Έδαφος: χώμα + οργανική ύλη + οργανισμοί (βακτήρια, πρωτόζωα, ασπόνδυλα, μύκητες, ρίζες, σπονδυλωτά) + αέρας + νερό ~ «ζωντανό» τμήμα του οικοσυστήματος Προϊόν μηχανικής διάσπασης των πετρωμάτων και της περαιτέρω βιοχημικής μετατροπής τους. Παράγοντες: Μητρικό υλικό κλίμα (νερό, αέρας, θερμοκρασία) οργανισμοί οργανικά και ανόργανα χημικά - τοπογραφία χρόνος ( χρόνια)

20 Το έδαφος αποτελείται από στερεή (χαλίκιάμμος- ιλύς- άργιλος) και αέρια φάση (πόροι) Το μέγεθος των κόκκων που το αποτελούν καθορίζει σε μεγάλο βαθμό και τη γονιμότητά του επηρεάζοντας: α) Διαθεσιμότητα νερού = Υδατοϊκανότητα- σημείο μαρασμού β) Διαθεσιμότητα κατιόντων: Εδαφικό διάλυμα / Κατιοανταλλακτική ικανότητα εδάφους και διαταραχές Τα αργιλώδη εδάφη είναι γενικά τα πιο γόνιμα

21 βλάστηση βουνά - ανάγλυφο Η βλάστηση καθορίζει: -Τροφή -Θέσεις φωλιάσματος -Καταφύγια -Ποσότητα οργανικής ύλης για ανακύκλωση -Διέλευση και κατανομή φωτός και καθορίζεται από : - Το κλίμα (Θερμοκρασία & Βροχοπτώσεις)

22 Θερμό υγρό κλίμα ώρες ημέρας Συνεχής ανακύκλωση θρεπτικών αλλά φτωχά εδάφη Τεράστια ποικιλότητα

23 Θερμό-ξηρό κλίμα (βροχές 30-50cm/έτος) Αγρωστώδη ελάχιστα δέντρα Κυρίως Αν. Αφρική Ελέφαντες καμηλοπαρδάλεις λιοντάρια τίγρεις

24 >1/3 της επιφάνειας των ηπείρων Τεράστιες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις Βροχές <30cm/έτος Κάκτοι ετήσια φυτά Υπόγεια νυκτόβια ζώα

25 Ζεστά/ξηρά καλοκαίρια, ήπιοι/υγροί χειμώνες Αείφυλλοι σκληρόφυλλοι αρωματικοί θάμνοι Φωτιά & προσαρμογές υπερβόσκηση Φωτιές υπερβόσκηση Ερημοποίηση

26 Πεδιάδες στέπες pampas οροπέδια Κρύοι χειμώνες ζεστά καλοκαίρια Λίγες βροχές (~ σαβάνα) Βίσωνες, αντιλόπες κίνηση με πηδήματα Πλούσια εδάφη από αγρωστώδη

27 Πλέον όχι φυσικά οικοσυστήματα! Θερμοκρασίες -30 ο C 30 o C Βροχές cm/έτος Φυλλοβόλα (βελανιδιές/οξυές) Αειθαλή (πεύκα έλατα σεκόια ευκάλυπτος) Ακτές ομίχλη - κρύο

28 11% των εδαφών της γης Πολύ χαμηλές θερμοκρασίες Πολλές βροχές Φτωχά εδάφη Τάρανδοι καριμπού ελάφια- λύκοι

29 Μόνο στο Β. ημισφάιριο Δυνατοί άνεμοι Υπέδαφος μονίμως παγωμένο Πόες λειχήνες Τάρανδοι, πολικές αρκούδες, καριμπού = ανοιχτή περιοχή χωρίς δάσος στα φινλανδικά

30 Όσο αυξάνει το γεωγραφικό πλάτος τόσο μειώνεται το υψόμετρο στο οποίο βρίσκουμε την αλπική ζώνη

31 Αρκτικός ωκεανός, Γροιλανδία, Ανταρκτική Απουσία γλυκού νερού Μέγιστη διακύμανση μέρας-νύχτας

32 Ροή ενέργειας Πρωτογενής παραγωγικότητα Τροφικές σχέσεις Πυραμίδες ενέργειας Βιογεωχημικοί κύκλοι

33 Ηλιακό φως (10 22 Joules/μέρα) Εκμετάλλευση 0,1-3% μέσω φωτοσύνθεσης Η καθαρή πρωτογενής παραγωγή μπορεί να μετρηθεί σε: Ενέργεια (Joules / m 2 /έτος) Νέα βιομάζα (g/m 2 /έτος) Νέο ξηρό βάρος (g/m 2 /έτος) [=Συνολική πρωτογενής παραγωγή 170δις τόνους/έτος!] Καθαρή πρωτογενής παραγωγή (=ΣΠΠ-Α) ΠΡΟΣΟΧΗ : Επειδή τα διάφορα είδη φυτών έχουν διαφορετικές ανάγκες για τη δική τους συντήρηση, η ΚΠΠ μπορεί να είναι μεγαλύτερη σε ένα λιβάδι συγκριτικά με ένα δάσος!

34

35 Α. Υδάτινα οικοσυστήματα Ηλιακή ακτινοβολία Διαθεσιμότητα θρεπτικών (N,P,Fe,Κ) ~ ανάμιξη υδάτων από ανέμους και ανοδικά ρεύματα (upwellings) βάθος αλλά ευτροφισμός λιμνών Α. Χερσαία οικοσυστήματα Διαθεσιμότητα νερού Θερμοκρασία Συνολική πρωτογενής παραγωγή σε τροπικές περιοχές max Η εξατμισοδιαπνοή «αναγκαίο κακό» των στομάτων και της φωτοσύνθεσης Ηλιακή ακτινοβολία (π.χ. αρκτικές περιοχές) Θρεπτικά άλατα (π.χ. πρόβλημα η υλοτόμηση και οι συνεχείς καλλιέργειες - ανάγκη για λιπάσματα)

36 Αυτότροφοι (είσοδος) Φωτοσυνθετικά αυτότροφοι (Φως) Χημειοαυτότροφοι (π.χ. Η 2 S, CH 4 ) Ετερότροφοι Καταναλωτές Πρωτογενείς, δευτερογενείς... Αποικοδομητές (έξοδος) 33 Joules Αποτελεσματικότητα= (33+67) Joules Αριθμητής: Καθαρή Δευτερογενής Παραγωγή (17%) [gr οργανικής ύλης ανά μονάδα επιφάνειας-χρόνου] Παρανομαστής: Αφομοίωση Πρωτογενούς Παραγωγής Γιατί τα απεκκρίματα δεν μπαίνουν στην εξίσωση;

37 Τροφικές σχέσεις: Παραγωγοί Καταναλωτές Αποικοδομητές παραγωγοί καταναλωτές Περιβάλλον αποικοδομητές

38 Και οι δύο απεικονίσεις εξαιρετικά απλουστευτικές!

39 Όμως: 1 δέντρο αλλά μερικά εκατομμύρια ατόμων φυτοπλαγκτού! Βιομάζα: g/m 2 αναστροφή πυραμίδας αλλά μόνο αν λάβουμε υπόψη το χρόνο 10% Αριθμοί ατόμων / m 2

40 1. Άνθρακας + Φωτοσύνθεση (δέσμευση CO2) - Αποικοδόμηση, Αναπνοή, Καύση, Ηφαίστεια (νέες ποσότητες) ο Κοχύλια, Απολιθωμένα καύσιμα (τύρφη, γαιάνθρακες, πετρέλαιο) Διαταραχές λόγω ανθρώπινης δραστηριότητας

41 2. Άζωτο + Αζωτοδέσμευση: ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ (10%) Ν 2 + Η 2 Ο ΝΗ 3, ΝΟ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ (90%) (φυμάτια, ψυχανθή, αμειψισπορά) + Αμμωνιοποίηση/Νιτροποίηση Azotobacter ΝΗ 3 > NitrosomonasNO 2 > Nitrobacter > NO 3 Γκουανό: περιττώματα ψαροφάγων πουλιώνπηγή λιπάσματος- Χιλή - Απονιτροποίηση από αναερόβια βακτήρια (π.χ. ψευδομονάδα) σε ανοξικές συνθήκες -Δέσμευση από χερσαίους οργανισμούς και έκπλυση προς θάλασσα (κύρια πηγή - Αμμωνιοποίηση (από αποικοδόμηση νεκρής ύλης) Πρωτεΐνες > α.ο. > NH3 (Azotobacter)

42 3. Φώσφορος ιζηματογενής κύκλος Αδιάλυτες μορφές φωσφορικών και φωσφορούχων ενώσεων στα πετρώματα + PO η μόνη προσλήψιμη μορφή που εξαρτάται από το ph: Αλκαλικές συνθήκες, οξυγόνο, Να, Ca αδιάλυτα άλατα όξινες συνθήκες PO 4 3- Πολύ όξινες συνθήκες αδιάλυτα άλατα Επιστροφή: Γκουανό<1% ο ιζήματα φωσφορικών πετρωμάτων - Απεκκρίσεις, αποικοδόμηση, απόπλυση εδαφών Μεταφορά προς τη θάλασσα

43 Πληθυσμοί και χαρακτηριστικά τους Πυκνότητα Κατανομή Δημογραφία Δυναμική πληθυσμών Aνθρώπινοι πληθυσμοί

44 Κλίμακα γεωγραφίας & χρόνου!!! Τρόπος σκέψης κοινός, εργαλεία κάθε φορά διαφορετικά για να εξυπηρετήσουν την απάντηση συγκεκριμένων ερωτημάτων Περιβάλλον: Οτιδήποτε μας περιβάλλει Πληθυσμός: Ομάδα ατόμων ενός είδους που ζουν μαζί, στον ίδιο χώρο και χρόνο Κοινότητα: Όλοι οι πληθυσμοί μιας περιοχής Οικοσύστημα: Όλοι οι πληθυσμοί μιας περιοχής + αβιοτικά Βιόσφαιρα: η περιοχή του πλανήτη όπου υπάρχει ζωή

45 Ομάδα ατόμων ενός είδους που ζουν μαζί, στον ίδιο χώρο και χρόνο Τα άτομα ενός πληθυσμού ζευγαρώνουν ελεύθερα, ενώ αυτό δεν συμβαίνει με άλλους πληθυσμούς (γεωγραφική/χρονική/βιολογική απομόνωση) Μονάδα επιλογής Αλλά: 1. Τι γίνεται όταν τα άτομα δεν μπορούν να διακριθούν μεταξύ τους (π.χ. βλαστητική αναπαραγωγή φυτών, κοράλλια, σπόγγοι, βρυόζωα =κλώνοι); ~ μέτρηση βιομάζας 2. Πότε φτάνουμε στα όρια του ενός πληθυσμού και ξεκινά ο επόμενος; Μεγάλα εύρη κατανομής και μεταπληθυσμοί 3. Αλλαγές ορίων στο χρόνο κυκλικά (π.χ. μεταναστεύσεις) ή τυχαία (π.χ. διασπορά, αλλαγή κλίματος)

46 Αφθονία = Πυκνότητα = Οικολογική πυκνότητα απόλυτος αριθμός ατόμων/ βιομάζας/ενέργειας Σχετική πυκνότητα αριθμός ατόμων ανά μονάδα επιφάνειας ή όγκου

47 Απόλυτες - Άμεσες (σπάνια εφικτό) Έμμεσες 1. Τυχαία τετράγωνα (=μονάδες δειγματοληψίας ~ σχετικότητα) 2. Ιχνηθέτηση επανασύλληψη (κλειστοί πληθυσμοί) Μέγεθος πληθυσμού Αριθμός σημαδεμένων = Αριθμός ατόμων 2 ου δείγματος Σημαδεμένα 2 ου δείγματος 3. Δείκτες πυκνότητας (π.χ. αριθμός φωλιών, αποτυπώματα, περιττώματα...)

48 Γεννητικότητα: αριθμός νέων ατόμων από γεννήσεις. Πόσα/θηλυκό/έτος γονική φροντίδα θέση στην τροφική αλυσίδα συνθήκες (μέγιστη «οικολογική»... Σελ.897) Θνησιμότητα: αριθμός θανάτων/χρόνο γήρας (ελάχιστη) θήρευση ασθένειες - ασιτία («οικολογική») Μετακινήσεις από και προς Διασπορά: τυχαία μετακίνηση Αποδημία (emigration): μονόδρομη απομάκρυνση ατόμων Εποικισμός (immigration): μονόδρομη εισροή ατόμων Μετανάστευση (migration): περιοδική μετακίνηση πληθυσμού (εποχιακή, ημερήσια) ~πόροι

49 Συναθροιστική: Κυριαρχεί. Ευνοϊκές περιβαλλοντικές συνθήκες, ζευγάρωμα, κοινωνική οργάνωση για αντιμετώπιση θηρευτών και αποτελεσματικότητα θήρευσης Ομοιόμορφη: Ισχυρές πιέσεις (ανταγωνισμός για οποιονδήποτε πόρο) σε περιορισμένο χώρο επιβάλλουν ελάχιστη απόσταση, π.χ. χωροκράτεια. Εφαρμογή στις καλλιέργειες Τυχαία: ασθενείς ή ανύπαρκτες πιέσεις. Σπάνια στη φύση αφού προϋποθέτει ελάχιστη ετερογένεια. Σε αλλαγή χωρικής κλίμακας ίσως και να μην υπάρχει Οι οργανισμοί στη διάρκεια της ζωής τους είναι δυνατό να αλλάζουν πρότυπο, ανάλογα με τις ανάγκες της δεδομένης στιγμής

50 Πίνακες ζωής: Ρυθμός θνησιμότητας. Κοόρτη (cohort) = ομάδα συνομήλικων ~ κάθετη προσέγγιση Προσοχή Πίν.12.1 Καμπύλες επιβίωσης: (τύπος Ι, ΙΙ, ΙΙΙ). Λογαριθμική κλίμακα Εφαρμογή στη διαχείριση Ηλικιακό στάδιο (x) Αριθμός επιζώντων (n x ) Αναλογία επιζώντων (l x =n x /n χ-1 ) Αριθμός θανάτων (dx) Ρυθμός θανάτων (q x =d x /n x ) Αυγό ,3 Στάδιο Ι-ΙΙΙ Στάδιο VΙ-VΙΙ Προνύμ φη 315 0, , , , ,42 1 0,038 Νύμφη 23 0,95 7 0,029 Ενήλικο 16 0,69 0 1

51 Πίνακες γονιμότητας: Δυναμική πληθυσμού: Βασική παράμετρος ο αριθμός θηλυκών που γεννούν οι μάνες ανά ηλικιακή κλάση ~ ρυθμός γεννήσεων Καθαρός αναπαραγωγικός ρυθμός: μ.ο. θηλυκών/διάρκεια ζωής θηλυκού (1<>= και συνέπειες) Ρυθμός αύξησης ανά άτομο ( r ): γεννήσεις θάνατοι/ αριθμός ατόμων (+/-). Θνησιμότητα/γεννητικότητα, περιβάλλον, ηλικία πρώτης γέννας Ενδογενής ρυθμός αύξησης r max (σε σταθερές συνθήκες) Πεπερασμένος ρυθμός αύξησης: μεταβολή του πληθυσμιακού μεγέθους στη μονάδα χρόνου Ν t+1 = r*ν t (~ Ιδανικός /οικολογικός)

52 Η αύξηση του πληθυσμού είναι εκθετική σε ιδεατό περιβάλλον (ΔN/Δt=r max N) Η αύξηση του πληθυσμού είναι σιγμοειδής σε φυσικούς πληθυσμούς ~ λογιστικό μοντέλο αύξησης Φέρουσα ικανότητα Κ Πυκνοεξάρτηση (r=)δn/δt=r max N (Κ-Ν/Κ) Εξάρτηση Κ από: 1. Διαθεσιμότητα τροφής 2. Θέσεων φωλιάσματος 3. Πιθανές ασθένειες 4. Θηρευτές 5. Κοινωνικές αλληλεπιδράσεις Το λογιστικό μοντέλο αύξησης εφαρμόζεται σε εργαστηριακούς πληθυσμούς (π.χ. ζύμες, βακτήρια) αλλά: Χρονοϋστέρηση απόκρισης Έντονες διακυμάνσεις μεγέθους πληθυσμού Αρχή του Allee (προβλήματα κατώτατου ορίου πυκνότητας)

53 r K στρατηγική Σελ. 909, Σχ λάθος. ΔN/Δt=r max N (Κ-Ν/Κ) ~και στα φυτά Υψηλός ενδογενής ρυθμός αύξησης r max Το μέγεθος με διακυμάνσεις, σπάνια φτάνει τη Φ.Ι. Κυρίως φυσικές πιέσεις (έλλειψη ανταγωνισμού) ανεξάρτητες πυκνότητας r Unstable environment, density independent Χαμηλός ενδογενής ρυθμός αύξησης r max Το μέγεθος σταθερό και κοντά στη Φ.Ι. Κυρίως βιολογικές πυκνοεξαρτώμενες πιέσεις (ανταγωνισμός) K Stable environment, density dependent interactions small size of organism energy used to make each individual is low large size of organism energy used to make each individual is high many offspring are produced few offspring are produced early maturity short life expectancy each individual reproduces only once type III survivorship pattern in which most of the individuals die within a short time but a few live much longer late maturity, often after a prolonged period of parental care long life expectancy individuals can reproduce more than once in their lifetime type I or II survivorship pattern in which most individuals live to near the maximum life span

54 ~ ό,τι επηρεάζει τη Φέρουσα Ικανότητα Ενδοειδικός ανταγωνισμός για πόρους: τροφή (~αριθμός και μέγεθος απογόνων) χώροι φωλιάσματος, χωροκρατικότητα (~αύξηση θνησιμότητας ή μείωση γεννητικότητας) [Ο ενδοειδικός ανταγωνισμός είναι μια δύναμη που κινεί την εξέλιξη!] Υγεία Θήρευση αλλά...

55 Άλκη: άτομα Καβούρι: άτομα Δυναμική πληθυσμών Οι πληθυσμοί στη φύση δεν μπορεί ΠΟΤΕ να είναι σταθεροί Μπορούμε μόνο να μιλάμε για σταθερότητα σαν σχετικό μέγεθος. Για την ακρίβεια: για λιγότερο ή περισσότερο ασταθείς πληθυσμούς Έντονη επιστημονική διαμάχη, βασικά γιατί μας είναι δύσκολο να δεχτούμε τη συνεχή αλλαγή ως κανόνα της φύσης Κύκλοι πληθυσμών : αυξομειώσεις πληθυσμών με ρυθμικότητα~ σχέσεις θηρευτή θηράματος, ενδογενή χαρακτηριστικά του πληθυσμού

56 Δυναμική πληθυσμών Μεταπληθυσμοί = a population of populations (Levins 1969,1970) Οι μεταπληθυσμοί διατηρούν μία δυναμική σχέση μεταξύ τους για το ποιος θα λειτουργεί ως πηγή ατόμων και ποιος θα κινδυνεύει κάθε φορά The habitat patches exist within a matrix of unsuitable space, but organism movement among patches does occur, and interaction among subpopulations maintains the metapopulation. This view of a population structure emphasizes the position of populations in space, and implies a concern for the interaction capability of spatially discrete populations. Μέτρια κινητικότητα μεταξύ μεταπληθυσμών. Διαφορετικά... Ενδογενή χαρακτηριστικά, μέγεθος υποπληθυσμών και δυναμική τους, χαρακτηριστικά τοπίου (μέγεθος τεμαχίων, αποστάσεις κλπ) Πολύ σημαντική η διάκριση και η δυναμική μεταπληθυσμών για τη διαχείριση οικοσυστημάτων

57 Ανθρώπινοι πληθυσμοί Αρχικά: ρυθμιστές η τροφή, οι ασθένειες και οι θηρευτές Ο ανθρώπινος πληθυσμός άρχισε να αυξάνεται με πολύ μεγάλους ρυθμούς μετά το πέρας του 18 ου αιώνα (~1 δις). Λογιστική καμπύλη εκθετική Σήμερα 6,5 δις, πρόβλεψη για 7,3-8,5 δις το 2025! Αύξηση 87 εκ. ανθρώπων το χρόνο παρά το γεγονός ότι ο ρυθμός έχει μειωθεί από 2% (1965) σε 1,2% (2005) Ρυθμιστές: τεχνολογία και βελτίωση συνθηκών Σημαντικές διαφορές στην αύξηση μεταξύ των διαφόρων κοινωνιών: ΝΑ Ασία, Λατ. Αμερική και Αφρική υψηλοί ρυθμοί. Ευρώπη και Ν. Αφρική αρνητική αύξηση

58 Πυραμίδες ηλικιών Ηλικιακή δομή Οριζόντια δημογραφική προσέγγιση Με αυτήν την προσέγγιση μπορείς να ανιχνεύσεις προηγούμενα ιστορικά γεγονότα, π.χ. λιμούς, πολέμους κλπ Baby boomers η λ ι κ ί α

59 Στην πυραμίδα του πληθυσμού της Γερμανίας αποτυπώνονται σαφώς οι επιπτώσεις των δύο παγκοσμίων πολέμων. Οι γυναίκες είναι σαφώς πολυπληθέστερες των ανδρών των αντίστοιχων ηλικιακών ομάδων (1/2) στις «ώριμες» ηλικίες» (35-54 ετών, β παγκόσμιος πόλεμος) και στις μεγάλες ηλικίες (60-74 ετών), α παγκόσμιος πόλεμος) στο βαθμό που οι άνδρες ως στρατεύσιμοι είχαν σαφώς υψηλότερες απώλειες (στις μεγάλες όμως ηλικιακές ομάδες, σημαντικό ρόλο παίζει και η διαφορική θνησιμότητα μεταξύ ανδρών και γυναικών, που κάνει ακόμη πιο έντονες τις διαφοροποιήσεις). Ταυτόχρονα, στη δεκαετία οι γεννήσεις συρρικνώνονται σημαντικά, στο βαθμό που η περίοδος αυτή δεν είναι η ευνοϊκότερη δυνατή για τον σχηματισμό οικογένειας και την έλευση παιδιών, με αποτέλεσμα οι αντίστοιχες γενεές να είναι ιδιαίτερα ολιγοπληθείς (σχηματικά παιδιά ηλικίας 5-14 ετών το 1955) (3). Οι αντίστοιχες επιπτώσεις του πρώτου παγκοσμίου πολέμου (μείωση των γεννήσεων στη διάρκεια της περιόδου ), αποτυπώνονται επίσης στην πυραμίδα (4), στο βαθμό που οδηγούν στην εμφάνιση ελλειμματικών γενεών (τα άτομα που γεννήθηκαν στην περίοδο , το 1955 έχουν ηλικία ετών και ανήκουν σε αυτές τις «ελλειμματικές» γενεές). Στην πυραμίδα αποτυπώνεται επίσης αφενός μεν, η αναπλήρωση των γεννήσεων του πολέμου (δηλαδή οι γεννήσεις που εμποδίστηκαν από τον πόλεμο και που συσσωρευτικά έγιναν στην αμέσως επόμενη πενταετία, με αποτέλεσμα οι γενεές άτομα ηλικίας 0-4 ετών το να είναι πολυπληθέστερες από αυτές της προηγούμενης πενταετίας άτομα ηλικίας 5-9 ετών-)(5).τέλος στην πληθυσμιακή πυραμίδα της Γερμανίας του 1955 αποτυπώνεται και το mini-baby-boom (6) της πενταετίας που προηγήθηκε του πολέμου, συνέπεια της ιδιαίτερα ενεργής παρεμβατικής πολιτικής ενίσχυσης των γεννήσεων της «άριας φυλής» από το χιτλερικό καθεστώς: τα άτομα που γεννήθηκαν μετά το 1935 και πριν το 1942 (σχηματικά ηλικίας ετών το 1955), είναι σαφώς πολυπληθέστερα από αυτά των προηγούμενων γενεών.

60 Φέρουσα ικανότητα & οικολογικό ίχνος Αύξηση φέρουσας ικανότητας;;; Δική μας επιλογή; Αντέχουμε κι άλλη αύξηση; Καμπύλες, έκταση, αποθέματα τροφής... Οικολογικό ίχνος= Η ποσότητα παραγωγικού χώρου (χερσαίου & υδάτινου)ικανού να υποστηρίξει την επιβίωση ενός ατόμου καθ όλη τη διάρκεια της ζωής του και ανάλογα με τις ιδιαίτερες συνθήκες της κοινωνίας που ζει Αυτήν την έχουμε ήδη ξεπεράσει!!!! (θεωρητικά 22 στρέμματα/άτομο, σήμερα 17,5 (=113δις στρεμμάτων/6,5 δις ατόμων)) Συνιστώσες: Καλλιεργούμενες εκτάσεις Βοσκοτόπια Δάση Ωκεανοί Οικοδομήσιμες εκτάσεις Εκτάσεις βλάστησης για την απορρόφηση του CO 2 Ενέργεια 700% από το 60!

61 Πιθανοί παράγοντες περιορισμού της αύξησης Τροφή και άνιση κατανομή της. Επίσης : κρέας!!!! Χώρος (πόσες ακόμα καλλιεργήσιμες ή φυσικές εκτάσεις θα οικοδομηθούν;) Μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (καύσιμα), ή άλλα (π.χ. νερό, μέταλλα) που τοπικά εξαντλούνται Διαχείριση αποβλήτων Ο τζάμπας πέθανε!

62 Ανταγωνισμός, συμβίωση, θήρευση, παρασιτισμός Ρόλος των ειδών στα τροφικά πλέγματα Ταλαντώσεις, οικολογική διαδοχή Βιογεωγραφία

63 Οι πληθυσμοί δεν υπάρχουν ως ανεξάρτητες μονάδες, αλλά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους Βασικά χαρακτηριστικά κοινοτήτων: σύνθεση (=αριθμός διαφορετικών ειδών) & ποικιλότητα (=αριθμός ειδών και αριθμός ατόμων ανά είδος) Δυο προσεγγίσεις: Ατομιστική, Ολιστική (στην πραγματικότητα, διαφορετικές φιλοσοφικές προσεγγίσεις: το σύνολο είναι ή δεν είναι το άθροισμα των μερών;)

64 Ατομιστική: τυχαιότητα μόνο κοινό οι κοινές οικολογικές απαιτήσεις Πρόβλεψη: μη διακριτά όρια μεταξύ κοινοτήτων, εκτός από περιπτώσεις απότομων αλλαγών στο φυσικό περιβάλλον (π.χ. λίμνη, αλλαγή εδάφους, εξειδικευμένη τροφή) ~ πειράματα που υποστηρίζουν αυτή την πρόβλεψη Ολιστική : βιοκοινότητα = υπεροργανισμός - συνεξέλιξη, αλληλεπίδραση και συνεισφορά πληθυσμών στη δυναμική της κοινότητας Αβιοτικοί παράγοντες Αβιοτικοί & Βιοτικοί παράγοντες Πρόβλεψη: διακριτά όρια μεταξύ κοινοτήτων, χωροχρονική σταθερότητα δομής Όχι πολλά κοινά είδη, αλλά κοινές οικομορφές κάτω από παρόμοιες περιβαλλοντικές συνθήκες

65 Οικολογία: θεωρητικά μοντέλα και πραγματικότητα Υπεραπλουστεύσεις Οικοτόνος ecotone effect (προσοχή: όχι επίδραση ορίου = edge effect, σελ. 927)

66 Συμβίωση Αλληλοβοήθεια (++) Κοινοβίωση (+0) Παρασιτισμός (+-) Ανταγωνισμός (--) Θήρευση (+-) Α Β με την έννοια της πυκνότητας Σελ. 928 (πρώτη παράγραφος) Οι σχέσεις που αναπτύσσονται ανάμεσα στους οργανισμούς βοηθούν στη λειτουργικότητα της κοινότητας Υπάρχει κάτι προβληματικό σε αυτόν τον ορισμό;

67 Ίδια περιοχή δραστηριοποίησης Διεκδίκηση ίδιων πόρων Περιορισμένη διαθεσιμότητα των πόρων αυτών Αρνητική συσχέτιση της πυκνότητας των δύο πληθυσμών

68 Ενδοειδικός Τροφή, χώρος φωλιάσματος, ζευγάρωμα Ανταγωνισμός(- -) > εξέλιξη (Αν ναι, γιατί το - -;) άμεσος/έμμεσος Διαειδικός Διεκδίκηση ίδιων πόρων πλην ζευγαρώματος Αρχή ανταγωνιστικού αποκλεισμού ή νόμος του Gause αλλά Ο θώκος δύο ειδών είναι αδύνατο να συμπίπτει απόλυτα, ειδικά όταν πρόκειται για συνυπάρχοντα είδη Βασικός & πραγματικός θώκος (προσοχή, όχι μόνο χώρος!!!)

69 Πώς;; Διαχωρισμός για κατανομή πόρων: στο χώρο (Chthamalus - Balanus) ή στο χρόνο (κουκουβάγια - γεράκι) Αλλαγή στη μορφολογία - character displacement. Π.χ. σπίνοι του Δαρβίνου: Όταν δύο είδη δεν συνυπάρχουν στο ίδιο νησί (αλλοπάτρια) έχουν παρόμοιο μέγεθος ράμφους. Τα ίδια είδη στο ίδιο νησί (συμπάτρια) θα εμφανίζουν τελείως διαφοροποιημένα μεγέθη ράμφους ~ Αλλαγή τροφής Μετατόπιση θώκου

70 Αλλά θυμηθείτε: Λύκος Ελάφι (+-);;; θηρευτής θήραμα Εξιδανικευμένο μοντέλο Lotka- Voltera και προϋποθέσεις Το μοντέλο L/V θα μπορούσε να ισχύει αν: - Ο ρυθμός μείωσης του θηράματος είναι ευθέως ανάλογος του πληθυσμού του θηρευτή -Ο ρυθμός αύξησης του θηρευτή είναι ευθέως ανάλογος του πληθυσμού του θηράματος -Ο θηρευτής τρέφεται αποκλειστικά από αυτό το θήραμα -Το περιβάλλον είναι σταθερό και ευνοϊκό και για τα δύο είδη Απλοποιημένο ρύθμιση πυκνοτήτων

71 Δεν είναι όλες οι προσαρμογές εγγεγραμμένες στο DNA Δεν είναι κάθε χαρακτηριστικό προσαρμογή Οι προσαρμογές δεν γίνονται «για να» (δες σελ. 937) Οι προσαρμογές διευκολύνουν στο συγκεκριμένο τόπο και χρόνο, γι αυτό και διατηρούνται μέχρι τα πράγματα ν αλλάξουν ξανά Μέσω της προσαρμογής το θήραμα: Αντιστέκεται μηχανικά στο θηρευτή του Χρησιμοποιεί χημικές ουσίες για άμυνα Προειδοποιεί με το χρώμα του Μιμείται άλλους επικίνδυνους οργανισμούς Καμουφλάρεται Διαφεύγει

72 Μηχανική άμυνα: Ζώα: Δόντια, νύχια, καβούκια, μέγεθος (προσοχή σελ. 938 «χιτίνινος» εξωσκελετός σε χελώνες και μύδια!) Φυτά: Αγκάθια, τρίχες, ενσωμάτωση σκληρών στοιχείων (πυρίτιο) ~ Συνεξέλιξη: σκίουροι που τρώνε τα άνθη από τους κάκτους, ποντίκια που χρησιμοποιούν τα αγκαθωτά κλαδιά για τη φωλιά τους

73 -Τοξίνες που δρουν άμεσα ή έμμεσα Χημική άμυνα: Ζώα: Δηλητήρια (δικά τους ή «δανεικά». π.χ. σκαντζόχοιρος, κάμπιες). Νευροτοξικά, καυστικά, κάκοσμα, δύσγευστα. (Προσοχή: δηλητήρια για άμυνα αλλά και για θήρευση - poisonous vs. venomous) ~ συνεξέλιξη Φυτά: Dart frogs -Τροφικός αποκλεισμός (φτωχά σε θρεπτικά, άρα όχι πολύ «χρήσιμα» σε όποιον τα φάει) -β γενείς ενώσεις (π.χ. τανίνες - αρωματικά έλαια, δύσπεπτα και καταστρέφουν τις πρωτεΐνες), αλλά

74 Αποσηματικός χρωματισμός (έντονα χρώματα) Μιμητισμός Μυλλεριανός (δηλητηριώδη είδη με ίδια χρώματα) Μπατεσιανός (ακίνδυνα είδη μοιάζουν με επικίνδυνα: για να δουλέψει, πρέπει το τοξικό «μοντέλο» να είναι πιο συχνό από τον εύγευστο μιμητή) Παρασιτικός μιμητισμός (κλεπτοπαρασιτισμός)

75 Παραλλαγή Ομοιοχρωμία: (είτε για άμυνα είτε για επίθεση) Σχήμα (συνήθως συνδυάζεται και με χρώμα) Μίμηση συμπεριφοράς Επίδειξη

76 Διαφυγή Ταχύτητα: λεπτά και μακριά άκρα στις σαβάνες Αγέλες: χάνεται ο αιφνιδιασμός και δύσκολο «κλείδωμα» του στόχου

77 ? Αλληλοβοήθεια (++) Rhizobium Ψυχανθή Λειχήνες: βακτήρια/φύκη-μήκυτες Κοράλλια-φυτοπλαγκτόν Μυρμήγκια-δέντρα Μη συμβιωτική: ψάρι καθαριστήςμεγάλα ψάρια, επικονιαστέςφυτά, πουλιά-θηλαστικά Κοινοβίωση (0+) Amphiprion Ανεμώνη Φάλαινα στρείδια Επίφυτα τροπικών Παρασιτισμός (+-) Εξωπαράσιτα Τσιμπούρια Σκύλος Κουνούπι Άνθρωπος Βδέλλες, ψύλλοι, ψείρες Ενδοπαράσιτα Ιοί, βακτήρια και περιπτώσεις ενδιάμεσων ξενιστών (π.χ. Fasciola hepatica)

78 Τα περισσότερα παράσιτα δεν προκαλούν το θάνατο, αλλά αυξάνουν έμμεσα τη θνησιμότητα π.χ. μέσω αύξησης της ευαισθησίας στη θήρευση Συχνά χρησιμοποιούνται για ρύθμιση της πυκνότητας εισαγόμενων ειδών (π.χ. λαγοί στην Αυστραλία και ιός του μυξώματος) Οι ξενιστές έχουν αναπτύξει τρόπους να απομονώνουν τα παράσιτά τους, π.χ. με κύστεις

79 Τροφική δομή της βιοκοινότητας Ιδρυτικά είδη (αλλαγή τοπίου, π.χ. κάστορας, λειχήνες) Τροφικές αλυσίδες πλέγματα Έλεγχος βάσης κορυφής (τα φυτά ελέγχουν τα φυτοφάγα που ελέγχουν τα σαρκοφάγα ) Έλεγχος κορυφής βάσης (ένας θηρευτής μπορεί να επηρεάσει τις ανταγωνιστικές σχέσεις μεταξύ πληθυσμών της λείας και των παραγωγών και κατά συνέπεια να ρυθμίσει την ποικιλότητα και τα πληθυσμιακά μεγέθη) Θεμελιώδη είδη (ρόλος) Κυρίαρχα είδη (σχετική αφθονία)

80 Ταλαντώσεις (μικρού εύρους κυκλικές αλλαγές που δεν τροποποιούν τον τύπο του οικοσυστήματος): Βασικός μηχανισμός ενεργοποίησης: Το μήκος της ημέρας Δυσμενείς περίοδοι (στα Μεσογειακά οικοσυστήματα καλοκαίρι & χειμώνας): Αποφυγή Ανθεκτικότητα (στο χώρο ή στο χρόνο) Μετανάστευση οικονομία σπόροι βολβοί αλλαγή μορφής. ΑΠΑΙΤΕΙΤΑΙ Συγχρονισμός & ΕΓΚΑΙΡΗ ολοκλήρωση των διαδικασιών (ανθρωποκεντρική αντίληψη) Οικολογική Διαδοχή (μεγάλου εύρους αλλαγές που μεταβάλλουν τη σύνθεση & τη λειτουργία): Διαδοχικές αλλαγές βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων που οδηγούν στη βαθμιαία αντικατάσταση μιας βιοκοινότητας από μία άλλη. Αυτή η διαδικασία είναι σταδιακή και φτάνει μέχρι ένα ανώτατο όριο ανάπτυξης και ωρίμανσης που ονομάζεται κοινότητα κλίμακας. Αν οι συνθήκες δεν αλλάξουν δραματικά, τότε αυτή η κατάσταση παραμένει λειτουργικά σταθερή.

81 Πρωτογενής διαδοχή - εκεί όπου δεν προϋπήρχε ζωή (π.χ. σε ηφαιστειακή λάβα, αμμοθίνες - παγετώνες) Πρωτοπόρα και είδη πρόσφυγες Δευτερογενής διαδοχή π.χ. - Δάσος πάνω από παλαιά λίμνη - Βλάστηση σε κοίτη ποταμού που μετατοπίστηκε - Διαδοχή μετά από φωτιά - Εγκαταλειμμένη καλλιέργεια Συνήθως αγρωστώδη > θάμνοι > κωνοφόρα > φυλλοβόλα

82 - - νεοεισερχόμενα είδη σχέσεις πολυπλοκότητα αύξηση της εξειδίκευσης & επιμερισμός των πόρων Ανοχή (δύσκολων συνθηκών) Διευκόλυνση («θετική» τροποποίηση) Παρεμπόδιση («αρνητική» τροποποίηση) [Δύσκολα αίρεται το κλασικό σχήμα: «οργανισμοί απαντούν στο περιβάλλον»]

83 Θεμελιώδης παρατήρηση: άλλα περιβάλλοντα άλλος αριθμός ειδών Μείωση ποικιλότητας προς τους πόλους (ή υψόμετρο) Βασικές αιτίες: Εξελικτική ιστορία Κλίμα