Populacjologia

fakultatywne
obowiązkowe

Znajomość podstaw ekologii ogólnej

w sali i w terenie

Populacja jako przedmiot badań. Teoretyczne i praktyczne podejście do osobnika. Płodność osobników, rozrodczość populacji, , wymieranie osobników, śmiertelność populacji, migracje zwierząt. Ekologiczne i ewolucyjne konsekwencje osiadłości roślin. „Migracje” roślin w czasie i przestrzeni. Zagęszczenie populacji - metody oceny zagęszczenia populacji, przegęszczenie, niedogęszczenie. Regulacja liczebności. Wpływ czynników środowiskowych na strukturę i tempo wzrostu populacji. Cykle populacyjne. Struktura populacji pod względem płci, wieku i wielkości osobnika. Organizacja przestrzenno-socjalna, wielkość przestrzeni zajmowanej przez osobniki lub grupy zwierząt, zjawisko terytorializmu. Koszty i korzyści związane z życiem w grupie, typy hierarchii dominacyjnej, optymalna wielkość grupy. Strategie życiowe i ich konsekwencje populacyjne.

Opis wykładu:

1.Definicje populacji – różne sposoby podejścia do populacji jako jednostki ekologicznej, populacja jako jednostka ewolucyjna; populacja jako przedmiot badań, krótka historia badań populacyjnych.

2. Rozrodczość i śmiertelność (przeżywalność) populacji: rozrodczość, śmiertelność potencjalna (minimalna) i rzeczywista; sposoby wyrażania śmiertelności (przeżywalności); tabela przeżywania, typy krzywych przeżywania; zależność rozrodczości i przeżywalności populacji zwierzęcych od różnych czynników: warunków pogodowych, obfitości i dostępności bazy pokarmowej, konkurencji międzygatunkowej, presji drapieżników, zagęszczenia populacji.

3. Sezonowa i wieloletnia dynamika liczebności populacji: zależność od różnych czynników; cykle populacyjne - wieloletnie cykle gryzoni, zającokształtnych i ssaków drapieżnych; przegląd hipotez dotyczących przyczyn cyklicznych zmian liczebności zwierząt. Ruchliwość, migracje zwierząt: dystanse pokonywane przez zwierzęta (możliwości), zmiana miejsca pobytu w ciągu doby, roku, dyspersja młodych z miejsca urodzenia, migracja a zagęszczenie populacji (migracje przednasyceniowe i nasyceniowe).

4. Struktura i organizacja populacji.Struktura pod względem płci: struktura pierwotna; odstępstwa od proporcji płci 1:1 (różne koszty produkcji synów i córek, lokalna konkurencja o partnerów do rozrodu lub o zasoby); struktura wtórna jako wynik zróżnicowanej śmiertelności samców i samic. Struktura pod względem wieku: sposoby przedstawiania struktury wieku – piramidy; czynniki kształtujące strukturę wieku - rozrodczość w różnych okresach (zależna np. od bazy pokarmowej); zróżnicowana przeżywalność różnych pokoleń (zależna np. od warunków pokarmowych i/lub presji drapieżnika); znaczenie różnych pokoleń dla populacji.

5. i 6 .Organizacja przestrzenno - socjalna populacji: sposoby rozmieszczenia organizmów w przestrzeni i czynniki je kształtujące; pojęcie areału (areał całkowity, osobniczy, środkowy – przykłady), aktywność w obrębie areału osobniczego, wycieczki eksploracyjne; terytoria – różne ich rodzaje (przykłady); wielkość areałów i terytoriów osobniczych oraz ich rozmieszczenie w przestrzeni w zależności od różnych czynników (bazy pokarmowej, zagęszczenia populacji, presji drapieżników, płci, wieku, statusu rozrodczego i socjalnego osobnika). 7. i 8. Grupowanie się zwierząt: zalety życia w grupie - obrona przed drapieżnikami (czujność grupy, ostrzeganie, efekt rozproszenia, aktywna obrona), efektywniejsze wyszukiwanie i zdobywanie pokarmu (naśladownictwo i kooperacja), synchronizacja rui i pojawianie się w tym samym czasie dużej liczby potomstwa, wspólna opieka nad potomstwem; koszty życia w grupie - konieczność dzielenia się zasobami z innymi osobnikami, rozprzestrzenianie się pasożytów i chorób; tworzenie się hierarchii socjalnej - korzyści i koszty bycia dominantem i osobnikiem podporządkowanym; podstawowe formy hierarchii dominacji: despotyzm, układy piętrowe (liniowe, trójkątne); determinanty dominacji; co i w jakich warunkach jest bardziej opłacalne – życie w grupie czy życie samotne (lub w parze) z obroną terytorium (zasada Horna – przykłady); wielkość i skład grup w zależności od różnych czynników – przykłady; optymalna wielkość grupy (model Puliama i Caraco oraz jego weryfikacja).

9. Teoretyczne i praktyczne podejście do osobnika:

„osobnik” jako jednostka populacji różnych gatunków roślin i zwierząt; trudności z wyodrębnieniem osobnika w populacji roślin pomnażających się wegetatywnie; organizmy unitarne i modularne; pojęcie „genetu” i „ramety”; rameta jako ekologiczna jednostka populacji – koncepcja Rabotnowa; strategie wzrostu roślin modułowych – typ „phalanx” i typ „guerilla; wielkość genetów, klonów i polikormonów; przykłady genetów polikormonowych – największych i najstarszych organizmów na Ziemi.

10. Ekologiczne i ewolucyjne konsekwencje osiadłości roślin: funkcje organów nadziemnych i podziemnych; przystosowania roślin do skutecznej fotosyntezy w warunkach niedoboru światła – przykłady; przystosowania roślin do zdobywania wody i składników mineralnych w warunkach ich niedoboru – przykłady; zmienność morfologicznej postaci roślin oraz tempa wzrostu i rozwoju w odpowiedzi na niekorzystne warunki siedliskowe i fitocenotyczne; plastyczność roślin jako reakcja na nacisk konkurencji wewnątrz- i międzygatunkowej; teoretycznie optymalna struktura populacji osobników osiadłych pod względem efektywności wykorzystania zasobów środowiska; ewolucja amfikarpii i geokarpii jako przykład adaptacji roślin do skrajnie niekorzystnych warunków siedliskowych.

11. Rozrodczość populacji roślin : definicja rozrodczości; rozrodczość potencjalna i rozrodczość rzeczywista; wysiłek reprodukcyjny – metody oceny i przykłady; dylematy z definicją „potomstwa” u roślin i zwierząt bezkręgowych; płodność osobników różnych gatunków roślin i zwierząt – przykłady; czynniki decydujące o płodności osobnika – zależność od jego wieku i wielkości, zagęszczenia i struktury populacji oraz czynników biocenotycznych i biotopowych; dostosowanie (ang. fitness) a sukces reprodukcyjny osobnika; ewolucyjne strategie życiowe a rozrodczość populacji – strategia typu „r” i typu „K”.

12. „Migracje” roślin w przestrzeni: czynniki wpływające na strukturę genetyczną populacji organizmów osiadłych na przykładzie roślin; ekologiczne i ewolucyjne skutki samopylności; zapylanie krzyżowe (ksenogamia, alogamia) – sposoby i skuteczność przenoszenia pyłku zapylania kwiatów (anemogamii, hydrogamii, zoogamii); przykłady mechanizmów zapobiegających samozapyleniu (przedprątność, przedsłupność, dwupienność, różnosłupkowość, samopłonność); przykłady koewolucji roślin i ich zapylaczy; rozprzestrzenianie diaspor generatywnych i wegetatywnych - przegląd typów chorii; rola zwierząt i człowieka w procesie rozprzestrzeniania nasion; zależność między zagęszczeniem nasion w glebie i odległością od ich źródła.

13. „Migracje” roślin w czasie: spoczynek nasion jako faza cyklu życiowego; rodzaje spoczynku nasion; pojęcie i ekologiczne typy „banku” nasion; los nasion w glebie; bank nasion jako element strategii życia gatunku; poziome i pionowe przemieszczanie nasion – wpływ na zagęszczenie i strukturę przestrzenną populacji; genetycznie kontrolowany polimorfizm spoczynkowy nasion; wzorce spoczynku nasion w naturalnych zbiorowiskach; ekologiczne i ewolucyjne skutki sezonowej i wieloletniej dynamiki banku nasion.

14. Zagęszczenie populacji;definicja zagęszczenia, przegęszczenia i niedogęszczenia populacji; pojemność środowiska i reguła Allego - przykłady; powierzchniowe i bezpowierzchniowe metody oceny zagęszczenia organizmów osiadłych, ich zalety i wady; reprezentatywność strukturalna i statystyczna próby; wpływ sąsiedztwa na warunki wzrostu i rozwoju u organizmów osiadłych i zdolnych do aktywnego ruchu; reakcja osobnika na przegęszczenie populacji i wzrost konkurencji wewnątrzgatunkowej – przykłady; różnorodność.

15. Struktura populacji pod względem wielkości osobników: znaczenie wielkości osobnika w populacjach roślin i zwierząt; przegląd podstawowych form wzrostu roślin wg Raunkiauera; kryteria oceny wielkości osobników (na przykładzie roślin) i sposoby przedstawiania wyników oceny struktury populacji; zmienność wielkości i postaci morfologicznej roślin (w tym: pokroju, wysokości, pierśnicy drzew, ciężaru, średnicy kęp, liczby rozgałęzień, pionowego i poziomego zasięgu systemu korzeniowego) w odpowiedzi na warunki życia; zmiana struktury wielkości osobników populacji w różnych warunkach biotopowo-fitocenotycznych – przykłady; wpływ konkurencji.

Opis ćwiczeń

Ćwiczenia składają się z dwóch części: Populacjologia zwierząt (1-sza połowa semestru), Populacjologia roślin (2-ga połowa semestru)

Populacjologia zwierząt

Część pierwsza – konwersatoria

Studenci samodzielnie lub w zespołach 2-3 osobowych na podstawie oryginalnych prac materiałowych i/lub artykułów koncepcyjno-przeglądowych przygotowują referaty stanowiące podstawę do dyskusji na tematy związane z zagadnieniami struktury i rozwoju populacji, a także strategii życiowych i ich konsekwencji dla populacji w różnych grupach zwierząt, wpływem czynników środowiska na zjawiska populacyjne a także z metodyką badań ekologii populacji.

Część druga – praktyczna

Porównanie struktury populacji i tempa wzrostu na przykładzie kilku grup bezkręgowców różniących się typem rozwoju osobniczego, trybem życia i rodzajem strategii życiowej. Zajęcia obejmują ustalanie struktury populacji na podst. szacowania oraz bezpośredniego zliczania osobników w różnym wieku, należących do różnych stadiów rozwojowych, pomiary morfometryczne. Opcjonalna tematyka to szacowanie poziomu wykorzystania zasobów poprzez pomiar konsumpcji populacji doświadczalnej, pomiary parametrów populacyjnych w zależności od temperatury i jakości pokarmu.

Populacjologia roślin

Skrócony opis

Zajęcia terenowe odbywać się będą w rezerwacie przyrody Las Bielański i w Kampinoskim Parku Narodowym. W trakcie ćwiczeń studenci wykonają własne badania dotyczące liczebności, zagęszczenia i struktury populacji wybranych gatunków leśnych oraz przystosowania osobników do warunków środowiska (zarówno drzew, jak i roślin zielnych), zarówno gatunków charakterystycznych i pospolitych w fitocenozach grądów, łęgów, olsów i borów, jak i gatunków rzadkich i zagrożonych wyginięciem. Obiektem samodzielnych badań studentów będą ponadto populacje i osobniki ekspansywnych gatunków obcych, stanowiących największe zagrożenia dla flory rodzimych zbiorowisk leśnych, powodujących spadek ich różnorodności gatunkowej i fitocenotycznej oraz degradację leśnych biotopów.

Pełny opis

Zakres zajęć terenowych w rezerwacie przyrody Las Bielański i w Kampinoskim Parku Narodowym obejmie poznanie metod stosowanych w badaniach populacji gatunków reprezentujących różne formy życiowe roślin (fanerofity, geofity, terofity), zarówno pospolitych, w tym gatunków inwazyjnych oraz rzadkich i zagrożonych wyginięciem. W trakcie ćwiczeń studenci wykonają własne badania populacyjne: m.in. oszacują frekwencję, liczebność i zagęszczenie, rozkład przestrzenny, strukturę wielkości, udział faz wiekowo-rozwojowych osobników, a także zmienność ich cech morfologicznych. Na podstawie właściwości populacji i adaptacji osobników studenci poznają różne strategie życiowe gatunków, które zapewniają im sukces reprodukcyjny w leśnych ekosystemach, tj. w warunkach konkurencji m.in. o światło i przestrzeń. Wszelkie wątpliwości napotkane podczas ćwiczeń takie jak: wybór odpowiednich metod, wielkość powierzchni, problem osobnika w populacjach roślin, biologia rozwoju gatunków klonalnych, budowa polikormonów zostaną omówione w terenie.

Program zajęć terenowych:

· przystosowania osobników i struktura populacji wczesnowiosennych geofitów (Anemone nemorosa, A. ranunculoides, Ficaria verna, Adoxa moschatelina, Gagea lutea) w różnych warunkach siedliskowych w rezerwacie Las Bielański; biologia i ekologia pierwszych zwiastunów wiosny, których kwitnienie i owocowanie zachodzi przed pełnią ulistnienia drzew; strategie życiowe wczesnowiosennych geofitów; funkcje podziemnych organów przetrwalnikowych - geofity kłączowe, cebulowe, bulwkowe;

· struktura populacji lasotwórczych gatunków drzew w rezerwacie Las Bielański: Quercus robur, Q. petraea, Tilia cordata, Fraxinus excelsior, Carpinus betulus, Alnus glutinosa, Acer platanoides - ich rozkład przestrzenny i struktura wielkości (szacowane na podstawie wysokości osobników i ich pierśnic); ocena skuteczności naturalnej reprodukcji populacji drzew (i odnawiania się drzewostanów); struktura populacji drzew jako podstawa długoterminowej prognozy dynamiki leśnych fitocenoz w rezerwacie;

· zagęszczenie i struktura populacji gatunków obcego pochodzenia w leśnych ekosystemach; strategie życiowe gatunków inwazyjnych, źródła ich sukcesu reprodukcyjnego w konkurencji z gatunkami rodzimymi; przyczyny i skutki ekspansji Padus serotina, Robinia pseudacacia, Quercus rubra, Impatiens parviflora w rezerwacie przyrody Las Bielański i w Kampinoskim Parku narodowym; ocena skuteczności wybranych metod eliminacji populacji gatunków obcych z leśnych fitocenoz;

· metody monitoringu w geodezyjnie wyznaczonej sieci stałych punktów oraz charakterystyka populacji gatunków roślin rzadkich i zagrożonych w rezerwacie Las Bielański, na przykładzie Carex digitata, Carex remota, Paris quadrifolia i Asarum europaeum i in.; dynamika liczebności i struktury populacji gatunków rzadkich - analiza porównawcza wybranych cech populacji po upływie 20 lat; ocena zagrożenia wybranych gatunków runa w rezerwacie Las Bielański na podstawie analizy wieloletniej dynamiki liczebności i struktury populacji oraz wskazanie skutecznych metod ochrony;

· populacyjna struktura leśnych fitocenoz; właściwości populacji wybranych gatunków charakterystycznych i wyróżniających zbiorowiska leśne, ich inwentaryzacja i optimum występowania w rezerwacie Las Bielański i/lub w Kampinoskim Parku Narodowym – m.in. na podstawie liczebności i zagęszczenia populacji, wielkości osobników oraz efektywności reprodukcji generatywnej i wegetatywnej; dynamiczne typy populacji: populacje progresywne, ustabilizowane i regresywne.

Wszystkie badane w terenie gatunki studenci scharakteryzują na podstawie literatury pod względem biologii i ekologii, a także potencjalnych zagrożeń i wskazań ochronnych.

Podstawa zaliczenia ćwiczeń z Populacjologii roślin: aktywny udział w ćwiczeniach terenowych, własna inwencja oraz prezentacja uzyskanych wyników w formie artykułów naukowych z uwzględnieniem literatury przedmiotu.

Andrzejewski R., Falińska K. (praca zbiorowa) Populacje roślin i zwierząt - ekologiczne studium porównawcze. PWN 1986

Begon M., Mortimer M., Thompson D. J. Ekologia populacji. Studium porównawcze zwierząt i roślin. PWRiL, Warszawa, 1999

Falińska K. Plant Demography in Vegetation Succession. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston, London, 1991

Falińska K. Przewodnik do badań biologii populacji roślin. PWN, Warszawa, 2002

Falińska K. Ekologia roślin, PWN, Warszawa, 2012

Gray A. J., Crawley M. J., Edwards P. J. (red.), Colonization, succession and stability. Blackwell, London, 1987

Grime J. P. Plant Strategies and Vegetation Processes. John wiley, Chichester, 1979

Grime J. P., Hodgson J. G., Hunt R. Comparative Plant Ecology. London, Unwin Hyman, 1988

Jędrzejewska B, Jędrzejewski W. Ekologia zwierząt drapieżnych Puszczy Białowieskiej. PWN 2001

Krebs Ch. Ekologia. Eksperymentalna analiza rozmieszczenia i liczebności. PWN 2011 i wcześniejsze

Krebs J.R, Davies N. B. Wprowadzenie do ekologii behawioralnej. PWN 2001, 2011

Mackenzie A. i in. Krótkie wykłady - Ekologia. PWN 2000, 2003

Matuszkiewicz W. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski. PWN, Warszawa, 2001

Weiner J. Życie i ewolucja biosfery. Podręcznik ekologii ogólnej.PWN, Warszawa, 1999

Zarzycki K., Trzcińska-Tacik H., Różański W., Szeląg Z., Wołek J., Korzeniak U. Ekologiczne liczby wskaźnikowe roślin naczyniowych Polski. Ecological indicator values of vascular plants of Poland. Szafer Institute of botany, Polish Academy of Sciences, 2002

WIEDZA

Rozumie zjawiska i procesy przyrodnicze zachodzące na poziomie osobnika, populacji i ekosystemu. (KW_08)

Zna ogólne uwarunkowania środowiskowe życia oraz wpływ czynników środowiskowych na rozwój i funkcjonowanie organizmów żywych i wirusów; identyfikuje najważniejsze zagrożenia stanu środowisk wodnych, lądowych i atmosfery (K_W13)

Rozumie złożoność procesów i zjawisk w przyrodzie, których rozwiązanie wymaga podejścia interdyscyplinarnego, opartego na danych empirycznych. (K_W08)

Zna na poziomie podstawowym różnorodność gatunkową i fitocenotyczną. (K_W09)

UMIEJĘTNOŚCI

Wykorzystuje podstawowe metody i techniki stosowane w pracy terenowej w środowisku przyrodniczym. (K_U01)

Potrafi przedstawić otrzymane wyniki w formie pracy pisemnej lub prezentacji multimedialnej.

(K_U07)

Potrafi krytycznie opracować wybrany problem biologiczny na podstawie danych literaturowych i wyników własnych badań. (K_U03)

Ma umiejętność wyboru i zastosowania właściwych metod w populacyjnych badaniach terenowych. (K_U06)

KOMPETENCJE SPOŁECZNE

Rozumie konieczność doskonalenia zawodowego. (K_K06)

Potrafi pracować w zespole, realizując własne badania, współorganizując pracę całego zespołu. (K_K07)

Rozumie konieczność prowadzenia rzetelnych badań terenowych, laboratoryjnych dla uzyskania wiarygodnej bazy danych. (K_K03)

Efekty kształcenia dla programu studiów obowiązującego od roku akademickiego 2018/2019:

Rozumie zjawiska i procesy przyrodnicze zachodzące na poziomie osobnika, populacji i ekosystemu.

Zna ogólne uwarunkowania środowiskowe życia oraz wpływ czynników środowiskowych na rozwój i funkcjonowanie organizmów żywych i wirusów; identyfikuje najważniejsze zagrożenia stanu środowisk wodnych, lądowych i atmosfery.

Rozumie złożoność procesów i zjawisk w przyrodzie, których rozwiązanie wymaga podejścia interdyscyplinarnego, opartego na danych empirycznych.

Zna na poziomie podstawowym różnorodność gatunkową i fitocenotyczną.

Wykorzystuje podstawowe metody i techniki stosowane w pracy terenowej w środowisku przyrodniczym.

Potrafi przedstawić otrzymane wyniki w formie pracy pisemnej lub prezentacji multimedialnej.

Potrafi krytycznie opracować wybrany problem biologiczny na podstawie danych literaturowych i wyników własnych badań.

Ma umiejętność wyboru i zastosowania właściwych metod w populacyjnych badaniach terenowych.

Rozumie konieczność doskonalenia zawodowego.

Potrafi pracować w zespole, realizując własne badania, współorganizując pracę całego zespołu.

Rozumie konieczność prowadzenia rzetelnych badań terenowych, laboratoryjnych dla uzyskania wiarygodnej bazy danych.

ćwiczenia z Populacjologii zwierząt: seminarium, prezentacja, opracowanie danych z eksperymentu

ćwiczenia z Populacjologii roślin: prezentacja, praca końcowa

Wykład: egzamin pisemny

Nie ma