22
Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

  • Upload
    kyne

  • View
    44

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy. Nejdůležitější dimenze diverzity: tělesná velikost. naprostá většina zvířat je malých. Evoluce tělesné velikosti. Proč je většina malých: Předek byl malý a zvětšit tělo je náročnější než zmenšit nebo zůstat. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Page 2: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Nejdůležitější dimenze diverzity: tělesná velikost

naprostá většina zvířat je malých

Page 3: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Proč je většina malých:

1. Předek byl malý a zvětšit tělo je náročnější než zmenšit nebo zůstat

Evoluce tělesné velikosti

Page 4: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

biom A biom B

habitat 1 habitat 2 habitat 3 habitat 4

Proč je většina malých:

1. Předek byl malý a zvětšit tělo je náročnější než zmenšit nebo zůstat

2. Malí toho méně spotřebují a na dané území se jich proto vejde víc → velcí mají větší pravděpodobnost vymření

Evoluce tělesné velikosti

Page 5: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Log (area)

Log

(b

od

y m

ass

)

876543210

7

6

5

4

3

2

1

0

Madagascar, New Guinea, Australia, S. America, N. America, & AfricaSunda Shelf Islands & Eurasia

Land grouping

0

1

2

3

4

5

6

7

8

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Log (area)

Log

(bod

y m

ass)

Proč je většina malých:

1. Předek byl malý a zvětšit tělo je náročnější než zmenšit nebo zůstat

2. Malí toho méně spotřebují a na dané území se jich proto vejde víc → velcí mají větší pravděpodobnost vymření

Evoluce tělesné velikosti

Page 6: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Proč je většina malých:

1. Předek byl malý a zvětšit tělo je náročnější než zmenšit nebo zůstat

2. Malí toho méně spotřebují a na dané území se jich proto vejde víc → velcí mají větší pravděpodobnost vymření

3. Malí (ale ne ti nejmenší) mají výhodnější energetickou bilanci z hlediska udržení a produkce biomasy

Evoluce tělesné velikosti

Page 7: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Vztah tělesné hmotnosti a intenzity bazálního metabolismu

hmotnost (M)

met

abol

ism

us (

P)

logP = 3/4logM + logP0P = P0M3/4

B = P/MB = B0M3/4×M-1

B = B0M-1/4

• metabolismus roste s velikostí, ale alometricky, podle mocninového zákona

• na jednotku hmotnosti mají menší zvířata rychlejší metabolismus

log

Plog M

sklon 3/4

log M

log

B

sklon -1/4

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 8: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Vztah tělesné hmotnosti a intenzity bazálního metabolismu

hmotnost (M)

met

abol

ism

us (

P)

logP = 3/4logM + logP0P = P0M3/4

B = P/MB = B0M3/4×M-1

log

Plog M

sklon 3/4

log M

log

B

sklon -1/4

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 9: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Proč se relativní rychlost metabolismu s velikostí zpomaluje?

klasické vysvětlení: vztah mezi objemem a povrchem – jenže vede ke 2/3

Proč má ten vztah sklon ¾, resp. -1/4?

Log Body Mass

Lo

g M

etab

olic

Rat

e

b=1

b=2/3

2/3<b<1

1. Teorie buněčné velikosti(Kozłowski, Konarzewski, Gawełczyk 2003)

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 10: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

2. Metabolická teorie(West, Brown & Enquist 1997)

• vztah mezi jednotou a mnohostí• zvětšování vede k vyšším nárokům

na transportní systémy• ¾ je při optimalizaci transportu

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 11: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

n = 146x = 0.738SD = 0.11Mode = 0.74Median =0.735

30

Exponent of body size (b), Peters 1983

Nu

mb

er

of o

bse

rva

tion

s

20

10

0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

Ať už vzniká vztah mezi hmotností a metabolismem jakkoli, je poměrně předvídatelný a v každém případě platí, že menší zvířata mají na jednotku hmotnosti rychlejší metabolismus a následně nejrůznější biologické rychlosti

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 12: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

prod

ukce

bio

mas

y

mor

talit

apo

pula

ční r

ůst

Další rychlosti související s hmotnostíprostřednictvím rychlosti metabolismu

• frekvence tepu a dechu (-1/4)• doba oběhu tělesných tekutin (1/4)• ontogeneze (-1/4)• délka života (1/4)• mutační rychlost (-1/4)

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 13: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Velká vs. malá zvířata

Malá VelkáRychlejší růst a rozmnožování Šetrnější metabolismus

Větší relativní množství zdrojů k dispozici Větší výdrž v době nouze (hladovění)

Snadnější pasivní disperze Lepší schopnost aktivní migrace

Větší možnost úkrytů Nižší pravděpodobnost predace

Konsekvence různé tělesné velikosti

Page 14: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

hmotnost (g)

popu

lačn

í hus

tota

D (

n/km

)sp

otře

ba e

nerg

ie p

opul

ací C

hustota D = kM-3/4

metabolismus P = P0M3/4

energie C = D×P

C = kM-3/4P0M3/4 = kP0M0 = kP0

PRAVIDLO ENERGETICKÉ EKVIVALENCE

Jak souvisí spotřeba energie druhem s jeho tělesnou velikostí?

Ekologická dominance

Page 15: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

• v rámci taxonu nepřevažují větší nad menšími co se týče využití energie

• některé taxony mohou převažovat nad jinými jak celkovými početnostmi (biomasou), tak počtem druhů

• ptáci mají 10x nižší populační hustoty než savci

Ekologická dominance

Page 16: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Vysvětlení

• ptáci létají, takže se musí potravně specializovat

• ptáci létají, takže si mohou dovolit adaptace vedoucí k nízkým populačním hustotám

• v každém případě aktivní let vede u obratlovců k velké rozmanitosti a malé hustotě

Ekologická dominance

• v rámci taxonu nepřevažují větší nad menšími co se týče využití energie

• některé taxony mohou převažovat nad jinými jak celkovými početnostmi (biomasou), tak počtem druhů

• ptáci mají 10x nižší populační hustoty než savci

Page 17: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Dominantní taxony

• nematoda• členovci – korýši – hmyz• měkkýši• obratlovci – ryby• tetrapoda –

• obojživelníci - žáby• plazi – ještěři, hadi• ptáci – pěvci• savci – placentálové

• hlodavci• hmyzožravci• letouni• kopytníci

Dominanci velkých zvířat v různých typech prostředí vysvětlíme jakž takž metabolicky, ale u malých zvířat jde o konkrétní unikátní evoluční vynálezy, o nichž můžeme jen spekulovat

Dominance (i ekologická s.s.) některých skupin může být způsobena zkrátka schopností diverzifikovat, která sama nemusí být ekologicky podmíněná, a druhotným obsazením nejrozmanitějších ekologických nik

Ekologická dominance

Page 18: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Latitudinální trendy I: rychlost metabolismu u ektotermů a množství metabolických možností u endotermů

log

(in

ten

zity

me

tab

oli

sm

u)

Page 19: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Latitudinální trendy II: velikost těla

Endotermové: Bergmannovo pravidlo

Page 20: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Latitudinální trendy II: velikost těla

zjevně více omezené pro suchozemské bezobratlé, u nichž nelze adjustovat metabolismus

Ektotermové: Maximální velikosti v tropech

Page 21: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

0100200300400500600

Richness

14

24

34

44

54

64

74

84

94

104

114

124

134

144

60120180240300360420480540600660720780840900

1122334556677890101112124135

-20020406080100

SpeciesRichness

1

11

21

31

41

51

61

71

81

91

101

111

121

131

ptáci

obojživelníci

Latitudinální trendy III: počet druhů

Page 22: Tělesná velikost, ekologická dominance a biogeografické trendy

Shrnutí

• nejdůležitější dimenze variability živočichů je tělesná velikost, většina je malých (10:100)

• velká zvířata mají spíše individuální výhody, malá pak populační

• tělesná velikost určuje všechny biologické rychlosti, hlavně prostřednictvím vlivu na rychlost metabolismu

• metabolismus roste s hmotností, ale rychleji než by odpovídalo vztahu objemu a povrchu P ~ M3/4

• menší zvířata mají rychlejší metabolismus na jednotku hmotnosti a následně i rychlejší rozmnožování a populační růst, kratší život a rychlejší obměnu

• důležitá je možnost mít dostatečně velké populace

• ekologická dominance řady taxonů je důsledkem unikátních evolučních novinek a adaptací a pouhé metabolické rozvahy často nestačí