6. Metapopulaciona dinamika u konzervacionoj biologiji

Transcript

1 6. Metapopulaciona dinamika u konzervacionoj biologiji Prof dr Jelka Crnobrnja Isailović

2

3 Ravnotežna teorija ostrvske biogeografije vs. Metapopulaciona teorija

4 Ravnotežna teorija ostrvske biogeografije Osnova za dizajn refugijuma

5 Promena stava prema prirodi kao uravnoteženoj

6 Ravnotežni broj vrsta na ostrvu vs. Populacioni obrt

7 RTOB postoji velika kontinentalna populacija MPT ne postoji izvor migranata van metapopulacionog sistema

8 RTOB primenljiva na velikoj prostornoj skali MPT primenljiva na skali lokalnih fragmentisanih predela

9 MPT ukazuje na značaj očuvanja malih nevijabilnih fragmenata (Source-sink metapopulacioni model)

10 Metapopulaciona paradigma stimuliše prikupljanje podataka neophodnih za razvoj konzervacionih strategija: Stope migracije između fragmenata Stope reprodukcije Stope preživljavanja Odnos rizika od izumiranja i veličine populacije

11 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije

12 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije KOBNI KVARTET Fragmentacija i degradacija staništa a. direktan gubitak staništa; b. povećanje stepena fragmentacije preostalog staništa; c. smanjenje kvaliteta staništa.

13 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Osim negativnih efekata na strukturiranost prostora i povezanost pogodnih fragmenata staništa, fragmentacija utiče i na relativno povećanje tzv. rubnog efekta koji izaziva dalje fizičke i biotičke posledice.

14 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije

15 Rubni efekat Kvalitet staništa veličina efektivnih fragmenata metapopulaciona dinamika stopa izumiranja stopa kolonizacije nastajanje source-sink dinamike

16 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Osnovna posledica ranih faza uništavanja staništa, kada su fragmenti još uvek dobro povezani, jeste smanjenje veličina lokalnih populacija usled smanjenja veličine fragmenata.

17 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) ukazuje da je prisustvo određenih vrsta u fragmentima staništa usaglašeno sa onim što bi bilo očekivano u delovima nefragmentisanog staništa podjednake veličine. =

18 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) ne predviđa delovanje efekta izolacije niti efekta površine fragmenta na gustinu populacije.

19 Parametar reda (Order parameter) = Odnos između najvećeg umreženog fragmenta i ukupnog udela povoljnog staništa % Order parameter 0% % % % % % 1.0

20 Parametar reda (Order parameter) = Odnos između najvećeg umreženog fragmenta i ukupnog udela povoljnog staništa % Order parameter 0% % % 0.0 VISOKA FRAGMENTACIJA 60% % % 1.0 VISOKA POVEZANOST

21 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) p a r a m e t a r r e d a % vrsta koje nisu pod uticajem fragmentacije 40 % najvećeg povoljnog fragmenta % povoljnog staništa u okviru predela

22 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) p a r a m e t a r r e d a TEORIJA % vrsta koje nisu pod uticajem fragmentacije 40 PTICE & SISARI % povoljnog staništa % povoljnog staništa u okviru predela

23 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) Zanimljivo je da ova hipoteza ne može biti odbačena u predelima gde više od 50% ukupnog prostora čini pogodno stanište.

24 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) Lokalne populacije ptica i sisara mogu da izdrže gubitak većeg dela staništa bez ispoljavanja negativnih efekata fragmentacije.

25 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) Efekti fragmentacije postaju izuzetno nepovoljni kada preostane manje od 30% povoljnog staništa.

26 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) Mnoge vrste izumiru na regionalnom nivou kada površina pod pogodnim staništem postane manja od 5-10% prvobitnog..

27 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Hipoteza razmeštanja po principu slučajnosti ( random placement hypothesis ) Postoji niz drugih vrsta koje su se adaptirale na život u veoma malim preostalim fragmentima staništa za njih se smatra da nisu ugrožene sve dok postojeći fragmenti predstavljaju najmanje 30% prvobitnog staništa

28 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Površina susednog staništa ( neighbourhood habitat area ) Jednostavan i praktičan način procene stepena fragmentacije staništa: Γ i = Σ j i,r exp(-αd ij )A j

29 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Površina susednog staništa ( neighbourhood habitat area ) Γ i = Σ j i,r exp(-αd ij )A j Γ i - konektivnost, povezanost fragmenta i, α - parametar koji definiše prostornu skalu migratornog potencijala ili opsega vrste, d razdaljina između fragmenata i i j, A površina fragmenta j

30 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Površina susednog staništa ( neighbourhood habitat area ) za čitavu mrežu fragmenata H n = (ΣΣexp(-αd ij )A i A j )/ΣA i =Σ(A i2 +A j Γ i )/ ΣA i Što znači da se skup dostupnog ukupnog dela određenog staništa izražen preko parova fragmenata tog istog staništa povećava kako se povećavaju površine tj veličine fragmenata i kako se smanjuje udaljenost između parova. Duplirani zbir različitih parova fragmenata podeljen je zbirom veličina (površina) fragmenata da bi izrazio ukupan broj fragmenata, H n, u jedinicama površine.

31 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Površina susednog staništa ( neighbourhood habitat area ) za čitavu mrežu fragmenata H n = A avg + Γ avg + Var(A)/A avg + Cov(A, Γ)/A avg Iz ove jednačine proizilazi da površina susednog staništa mreže fragmenata raste sa povećanjem prosečne povezanosti, povećanjem varijanse površina fragmenata i povećanjem kovarijanse između površine fragmenata i povezanosti, što u praksi znači da se povećava sa povećanjem grupisanja fragmenata.

32 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Površina susednog staništa ( neighbourhood habitat area ) za čitavu mrežu fragmenata H n = A avg + Γ avg + Var(A)/A avg + Cov(A, Γ)/A avg Ako površina susednog staništa mreže fragmenata počne da se smanjuje, smanjiće se i udeo nastanjenih fragmenata. Ako konačno dođe do pada vrednosti oba ova parametra ispod graničnog nivoa, metapopulacija će neminovno izumreti.

33

34 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Sa povećanjem intenziteta uništavanja staništa, uticaj gubitka staništa se intenzivira zbog dodatnih efekata fragmentacij i u veoma fragmentiranim predelima počinju da dominiraju efekti veličine fragmenta i efekti izolacije.

35 Fragmentacija staništa i istrajnost metapopulacije Metapopulacioni pristup je primarno vezan za populacionu dinamiku u predelima gde je preostalo malo povoljnog staništa i gde dominiraju efekti fragmentacije.

36 SLOSS Intenziviranje fragmentacije staništa dovodi do smanjenja veličine lokalnih populacija i do povećanja rizika njihovog izumiranja, ali proces može biti preokrenut povećanjem nezavisnosti tj asinhroniteta dinamike lokalnih populacija i tako ubrzati rekolonizaciju

37 Levins-ovo pravilo Kada je predeo veoma fragmentisan, pogodno stanište postoji u obliku malih međusobno udaljenih fragmenata na koje se može primeniti metapopulacioni pristup tj Levins-ov model metapopulacije.

38 Levins-ovo pravilo Dendrocopus leucotos Nacionalni park Bjalovica

39 Levins-ovo pravilo P min = 8% P(ovoljno stanište) = 0.64 ukupne površine predela 88% povoljnog staništa naseljeno detlićima P= 0.64 x 0.88 = 0.56 ili 56% predela

40 Levins-ovo pravilo Granični nivo zauzetih fragmenata = razlika između količine povoljnog staništa i količine staništa koje je naseljeno kada je metapopulacija u ravnoteži = 0.08 = 8%

41 Koridori i održavanje metapopulacije

42 Translokacije radi povećanja stope kolonizacije Negativni efekat translokacija: protok genskih alela iz udaljenih populacija Pozitivni efekat translokacija: inbriding dovodi do povećanja rizika od lokalnog izumiranja, mešanje genetičkih varijanti populacija je korisno u kontekstu povećanja prosečne adaptivne vrednosti populacije.

43 Ustanovljavanje metapopulacije Prioriteti u konzervacionoj biologiji: restauracija staništa reintrodukcija vrsta

44 Ustanovljavanje metapopulacije Kako introdukovati vrstu u fragmentisani predeo?

45 Ustanovljavanje metapopulacije Kako rasporediti jedinke, koji fragmenti su najpogodniji za naseljavanje, da li je bolje sve jedinke naseliti u jedan fragment, da li je bolje rasporediti manji broj jedinki u više fragmenata?

46 Ustanovljavanje metapopulacije N i (t+1) = N i (t) e r(1-ni(t)/k) N i (t) - veličina populacije i u trenutku t, r K - trenutna stopa rasta populacije, - lokalni kapacitet sredine.

47 Ustanovljavanje metapopulacije Verovatnoća izumiranja lokalne populacije opisana je jednačinom: E i (t) = 1 ((1-e l )N i (t) 2 )/(e 2 s + N i (t) 2 ), e l, e s - definišu sigmoidni odnos između veličine populacije i rizika od izumiranja rizik od izumiranja rapidno raste sa smanjenjem N(t) kada je e s malo, asimptotska stopa izumiranja u velikim populacijama opisana je parametrom e l

48 Ustanovljavanje metapopulacije Udeo jedinki u populaciji i koji migrira u populaciju j u vremenu t (m ij ) opisan je jednačinom m ij = ( e -α i-j ) / C, α - parametar koji određuje skalu migracije, (kada je α malo, onda ima mnogo migracije na duge staze), C (konstanta skaliranja) - suma vrednosti sadržana u brojiocu podeljena indeksom j.

49 Ustanovljavanje metapopulacije Udeo jedinki u populaciji i koji migrira u populaciju j u vremenu t opisan je jednačinom M ij = ( e -α i-j ) / C, 1/C predstavlja udeo jedinki koji ostaje u matičnom fragmentu (vrednost C zavisi od parametraα).

50 Ustanovljavanje metapopulacije Trenutno nenaseljen fragment biće kolonizovan ako migranti koji ga nasele prežive rizik od izumiranja definisan jednačinom koja opisuje Ei(t). E i (t) = 1 ((1-e l )N i (t) 2 )/(e 2 s + N i (t) 2 ),

51 Ustanovljavanje metapopulacije Ako vrsta ima sposobnost migracije na duge staze, ako je povećanje veličine populacije praćeno brzim smanjenjem rizika od izumiranja, onda je generalno bolje smestiti n jedinki u jedan nego u nekoliko fragmenata, da ne bi došlo do formiranja mnogo malih lokalnih populacija podložnih izumiranju.

52 Ustanovljavanje metapopulacije Samo u slučaju kada n postane veliki udeo lokalnog kapaciteta sredine, introdukovane jedinke mogu biti raspoređene u nekoliko fragmenata, da bi se izbegao efekat prebačaja ( overshooting ) lokalnog kapaciteta sredine.

53 Ustanovljavanje metapopulacije Relativno sedentarna vrsta sa relativno velikim rizikom od izumiranja čak i kada su populacije velike. Stopa uspešnosti je mala osim kada introdukujemo mnogo jedinki, kada je preporučljivo smestiti početnih n jedinki u nekoliko fragmenata.

54 Ustanovljavanje metapopulacije Relativna prednost osnivanja nekoliko inicijalnih populacija umesto jedne najveća je kada: Postoji veliki broj jedinki dostupnih za introdukciju (n) ; vrsta ima visoku stopu rasta populacije (r); vrsta ima ograničenu razdaljinu za kolonizaciju (veliko α); sredinski slučajni efekti su jaki i stoga velika populacija nije garant malog rizika od izumiranja (veliko e s ).

55 Ustanovljavanje metapopulacije Introdukcija u nekoliko fragmenata podobna je za relativno sedentarne vrste sa visokom stopom rasta populacije i ranjivošću u odnosu na sredinske slučajne efekte. Mnogo vrsta ZGLAVKARA spada u ovu grupu.

56 Ustanovljavanje metapopulacije Introdukcija u jedan fragment poželjna je opcija za vrste koje imaju nisku stopu rasta populacije, više su podložne efektima demografske slučajnosti i relativno mali broj jedinki je dostupan za introdukciju. Ovaj scenario primenljiv je za mnoge vrste KIČMENJAKA.