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L' ecologia delle popolazioni studia la struttura e la dinamica delle popolazioni. Insieme alla genetica delle popolazioni forma una disciplina più generale, ovvero la biologia delle popolazioni. “Popolazione" : - PowerPoint PPT Presentation
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L'ecologia delle popolazioni studia la struttura e la dinamica delle popolazioni. Insieme alla genetica delle popolazioni forma una disciplina più generale, ovvero la biologia delle popolazioni.
“Popolazione":
in genetica: un insieme di individui della stessa specie che si incrociano, in isolamento da altri insiemi di individui della stessa specie.
in ecologia: un insieme di individui della stessa specie che vive in una determinata area geografica.
Problema principale: derivare le caratteristiche delle popolazioni dalle caratteristiche degli individui e derivare la dinamica dei processi delle popolazioni dalla dinamica dei processi individuali.
Ad esempio:
individuo popolazione
caratteristica sesso rapporto dei sessi
processo morte mortalità
Assioma: tutti gli individui di una popolazione sono ecologicamente equivalenti.
In altre parole, tutti gli individui di una popolazione:
hanno lo stesso ciclo vitale
sono implicati negli stessi processi ecologici (a parità di stadio di sviluppo)
i tassi di tali processi o le probabilità di determinati eventi sono statisticamente identici
Sia assumonocome nulli
Processi demografici
Nt+1=Nt+nati-morti+immigrati-emigrati
Nt+1=Nt+nati-morti
N numero di individui nella popolazione
Ma cosa è un individuo?
Paesi in viadi sviluppo
Paesiindustrializzati
Popolazionestabile
Popolazionesenescente
Popolazionein espansione
Tavola dim ortalitàper coorte
Cervo nobile ), Isola di Rhum , S cozia (Cervus elaphus
Locusta (E g itto )
R a tto b ianco (labo ra torio )
Sopravvivenza[0,1]
M ortalità[0,1]
Tasso di m ortalità(d /l )x x
P opolaz ione d i D aphn ia m agna
Modello esponenziale (T.R. Malthus, 1766-1834)
t
N
rNdt
dN
dbr
K
NKrN
dt
dN
Modello logistico (P. Verhulst, 1838): competizione intraspecifica
K
K/2
t
N
0 10 20 30 40 500
150
300
450
600
KN t
t
0 150 300 450 6000
150
300
450
600
N t 1
N t
N t
K 200
r0 1
0 10 20 30 40 500
150
300
450
600
KN t
t
0 150 300 450 6000
150
300
450
600
N t 1
N t
N t
K 200
r0 2
0 10 20 30 40 500
150
300
450
600
KN t
t
0 150 300 450 6000
150
300
450
600
N t 1
N t
N t
K 200
r0 3
K
NKrN
dt
dN
Competizione interspecifica
• Esperimenti di G.F. Gause in Russia nel 1934-35
• Paramecium aurelia, Paramecium caudatum, Paramecium bursaria
• Paramecium aurelia esclude Paramecium caudatum
• Paramecium bursaria coesiste con Paramecium caudatum
Competizione interspecifica
Competizione interspecifica
• Paramecium aurelia è più efficiente nell’uso delle risorse condivise (batteri e cellule di lievito) di Paramecium caudatum
• Paramecium bursaria utilizza prevalentemente le cellule di lievito al fondo dei tubi di coltura, Paramecium caudatum i batteri in sospensione
• In competizione, nessuna specie raggiunge la capacità portante che raggiungerebbe senza competizione
Competizione interspecifica
• Paramecium caudatum – Strettamente eterotrofo– Ha bisogno di O2
• Paramecium bursaria– Autotrofo, ma si nutre anche di cellule di
lievito– Ha alghe endosimbionti e quindi produce O2
– Può nutrirsi al fondo dei tubi di coltura
• Le due specie usano risorse differenti• La competizione interspecifica è debole,
quindi ci può essere coesistenza
Competizione interspecifica
Principio di esclusione competitiva
Due specie in continua e diretta competizione per una risorsa limitante
non possono coesistere
K
NKrN
dt
dN
2121 NNN
K
NNKrN
dt
dN )( 2121
Coefficiente di competizione:(1 ind. N2 = 12 “N1-equivalenti”)
Modello logistico (P. Verhulst, 1838): competizione intraspecifica
1
11
11
Modello di Lotka (1925) e Volterra (1926): competizione intra- ed interspecifica
2
1212222
2
1
2121111
1
)(
)(
K
NNKNr
dt
dN
K
NNKNr
dt
dN
1
2121111
1 )(
K
NNKNr
dt
dN
:se 01 dt
dN
0
0
1
1
N
r
0)(
1
21211
K
NNK
12
12
1
2
110
0
KN
N
N
KN
(triviale!)
12121 KNN
12
12
1
2
110
0
KN
N
N
KN
N1
N2
K1
K112
N1
N2
K1
K112
K2
K221
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
t
N
0 5 10 15 20 250
10
20
N1
N2
K1
1
5
K2
2
12
r1
0.2 K1
15 1
1
3 K2
2
24K
1
1
15r2
0.3 K2
12 2
2
0.5
AA
N1
N2
K1
K112
K2
K221
N1
N2
K1
K112
K2
K221
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
t
N
0 5 10 150
5
10
15
N1
N2
K1
1
5
K2
2
12
r1
0.2 K1
15 1
3K
2
2
6K
115
r2
0.3 K2
12 2
2
A
AA
B
B
N1
N2
K1
K112
K2
K221
r1 0.2 K1 12 1
1
0.4
r2 0.3 K2 5 2
2
0.2
0 20 40 60 80 1000
5
10
15
20
t
N
0 10 20 300
10
20
30
N1
N2
K1
1
30
K2
2
5
K2
2
25K
1
1
12
A
A
N1
N2
K1
K112
K2
K221
N1
N2
K1
K112
K2
K221
N1
N2
K1
K112
K2
K221
N1
N2
K1
K112
K2
K221
2212
2111
mNNaNfdt
dN
NaNNrdt
dN
2212
2111
mNNaNfdt
dN
NaNNrdt
dN
2212
2111
mNNaNfdt
dN
NaNNrdt
dN
0 20 40 60 800
20
40
60
80
N1
N2
ra
m
N -1
N -2
N -1
N +2
N +1
N +2
N +1
N -2
f a
0 20 40 60 8 0 10 00
2 0
4 0
6 0
8 0
p re d a p re d a t o ret
NN (0) = 60N (0) = 20
r = 0.75f = 0.25
a = 0.05m = 0.25
1
2
ra
mf a
0 20 40 60 800
20
40
60
80
N1
N2
0 20 40 60 80 1000
20
40
60
80
predapredatore
N
222221
2
212
1111
mNNbNaNfdt
dN
NaNNbNrdt
dNCompetizioneintraspecificaper prede epredatori
0 20 40 60 800
20
40
60
80
N1
N2
222221
2
212
1111
mNNbNaNfdt
dN
NaNNbNrdt
dNCompetizioneintraspecificaper prede epredatori
density-independent death rate
density-dependent seed production
Allee effect
Scientific American, dicembre 1984
Prezzo (USA) 1565 $CPU Intel 8088 4.77 MHz
RAM 16 kB/256 kB
PC IBM1981-1987
Pesce (preda)
Squalo (predatore)
Cella libera
Wa-Tor
Regole per i pesci
1.ad ogni epoca, ogni pesce si muove a caso in una delle celle adiacenti libere;2.se non ci sono celle libere, il pesce non si muove;3.trascorse almeno N epoche, un pesce che si sposta lascia un nuovo nato nella sua cella e azzera il contatore delle epoche;4.se non si può muovere, non si riproduce.
Regole per gli squali
1.ad ogni epoca, ogni squalo si muove a caso in una delle caselle adiacenti libere da squali;2.ad ogni epoca ogni squalo usa un’unità di energia; 3.se uno squalo si muove in una casella che contiene un pesce, lo mangia e incamera una certa quantità di energia;4.quando l'energia incamerata supera una determinata soglia, se uno squalo si può muovere, allora lascia un nuovo nato nella sua cella e si sposta in una cella adiacente;5.squalo padre e squalo figlio avranno ciascuno metà dell’energia dello squalo padre;6.se l’energia di uno squalo cala oltre un determinato livello, lo squalo muore.
Wa-Tor
