Biológia | Tanulmányok, esszék » Vizkievicz András - Populációk

Vizsgakövetelmények            Értelmezze a populáció ökológiai meghatározását. Ismertesse a populáció jellemzőit (egyedszám, egyedsűrűség, koreloszlás, térbeli eloszlás) és alkalmazza ezeket problémák megoldására. Ismerje a populáció egyedszámának korlátlan és korlátozott növekedési modelljeit, értse a környezet eltartó képességének fogalmát. Értelmezzen emberi korfákat, vonjon le belőlük következtetéseket. Ismerjen példát hirtelen elszaporodó (gradáció) majd összeomló létszámú populációra. Elemezzen mezőgazdasági problémákat e fogalmak segítségével (pl. sáskajárás, biológiai védekezés) Elemezze a populációk mennyiségi változásait, értse az ezek hátterében álló okokat; tudja felismerni és jellemezni az r- és K-stratégista populációkat. Ismertesse a szimbiózis, a versengés, az asztalközösség az antibiózis, az élősködés és a táplálkozási

kölcsönhatás fogalmát, példák alapján azonosítsa ezeket a kölcsönhatástípusokat és tudjon rájuk példákat hozni. Példákkal igazolja, hogy az egyes élőlénypopulációk közti kölcsönhatások sokrétűek. Értse a niche-elmélet lényegét: tudja értelmezni több környezeti tényező együttes hatásait a populációk elterjedésére. Magyarázza és példákon értelmezze az élettani és az ökológiai optimum, az élettani és ökológiai niche különbségét. Ismerje a populációk között fellépő versengés okait, és tudja magyarázni lehetséges kimeneteleit (Gauze-elv). 1 Populációk Szerkesztette: Vizkievicz András A populáció:     azonos fajhoz tartozó egyedek, amelyek adott helyen és időben együtt élnek, egymás között szaporodnak, a faj folytonosságát fenntartó szaporodási közösséget alkotnak, tulajdonságai az egyedre nem, csak az egyedek csoportjára jellemzők. A populáció nagysága A populáció

nagyságát kifejezhetjük az egyedszámmal.   Egy területen az adott faj egyedeinek a száma, a populáció abszolút nagysága. o Pontos meghatározása sokszor nehézségekbe ütközik, (pl. pázsitfűfélék) Az egységnyi területen vagy térfogatban az egyedek száma a populáció sűrűsége. o Az egységnyi terület mérete fajonként változó lehet. o Befolyásolja az adott élőlény testnagysága, mozgása, életmódja, táplálékigénye. A populáció szerkezete Az élőhelyen a populáció egyedeinek a térbeli eloszlása, melyet az egyedek közötti kölcsönhatások rendszere határoz meg.     A legritkább az egyenletes eloszlás, ilyenek pl. az énekesmadarak populációi (A) Gyakoribb a véletlenszerű eloszlás, mint pl. a pionír pázsitfűfélék csomói, vagy az akáciák eloszlása a szavannán. (C) A felhalmozódó eloszlás főként a növényekre jellemző, szaporodási sajátságokkal kapcsolatos, így az indákkal, sarjakkal

szaporodó növényekre jellemző (eper). A szigetszerű eloszlás jellemző pl. a falkában, csordában élő állatokra (B) 2 A populációk változásai, populációdinamika A populációkra szüntelen változás jellemző, legjellemzőbb a populációk időbeli egyedszám változása. A populációk egyedszám változása függ (a környezet közvetlen hatását figyelmen kívül hagyva):  a szaporodási rátától, azaz a születések és a halálozások arányától,  a ki- és a bevándorlások számától,  az egyedek koreloszlásától,  az ivararánytól. Természetesen, ezenkívül a populáció egyedszáma függ, közvetlenül  a környezet eltartóképességétől,  a környezeti tényezők optimális értékeitől való eltérés mértékétől,  más populációktól o ragadozók, o élősködők, o versenytársak számától. Születési ráta A születések számát a születési rátával adhatjuk meg, amely az egységnyi idő alatt

született utódok száma, pl.  emberi populációk esetén az 1000 lakosra jutó születések száma.  Állatoknál a populáció női ivarú egyedeinek egységnyi idő alatt létrehozott utódainak a száma.  Értéke fajonként eltérő. A születési ráta függ,  a koreloszlástól (a populáció szaporodásra képes egyedeinek számától),  az ivararánytól,  szaporodásbiológiai sajátosságoktól (magok, termés mennyisége, generációk száma évente stb.) peteszám, A születések számából, azaz a születési rátából következtethetünk a potenciális szaporodóképességre.  A potenciális (ideális) szaporodóképesség a lehető legmagasabb elérhető utódszám. Ideális feltételek között a populációk korlátlanul növekedhetnének. Az egyedszámváltozást az idő függvényében ábrázolva egy exponenciális görbét kapunk.  A reális szaporodóképesség a ténylegesen megvalósuló szaporodás mértéke. A potenciális

szaporodóképességet korlátozza a környezet eltartóképessége (Kapacitás). Egyedszám Környezet eltartóképessége azt jelzi, hogy az adott környezetben mekkora egyedszámú populáció képes tartósan fennmaradni. Az eltartóképességet egyedsűrűségi értékkel jellemezzük. 3 A környezet eltartóképességét egy adott területen egy adott populációra vonatkoztatjuk. Ez alapvetően faji jellegtől, (méret, táplálékigény, territoriális viselkedési szokások) függ. A valóságban az egyedszám nem áll be egy állandó szintre, hanem az eltartóképesség környékén ingadozik (fluktuál). A szaporodási ráta A szaporodási rátát a születések és a halálozások különbségéből kapjuk meg. A szaporodási rátából a populációk szaporodóképességére, növekedésére következtethetünk. A szaporodási ráta  általában új élőhelyek benépesítésekor a legmagasabb,  kis egyedszám esetén a legnagyobb. Ez persze felveti a

beltenyészet veszélyét, ami viszont az egyedek genetikai leromlásához vezet. Ezért populációknak van egy kritikus egyedszáma – ún. kihalási küszöb -, amely alatt már a szaporodóképesség rohamosan csökken (genetikai okok, lásd populációgenetika jegyzet). A létszám (sűrűség) növekedése következtében a populáció a  születési rátája b) csökken,  a halálozási ráta d) pedig emelkedik.  A két ráta metszéspontjában az állomány egyensúlyba kerül (K, egyensúlyi állományméret vagy eltartóképesség).  E feletti egyedsűrűség esetén a populáció mérete csökken. A születések és a halálozások száma döntően befolyásolja a koreloszlást. A populáció koreloszlása A populációt alkotó egyedek különböző korosztályokba (korcsoportokba) sorolhatók, és ezek egymáshoz viszonyított arányai határozzák meg a korösszetételt. A korösszetételt a korfával ábrázoljuk, ahol a  függőleges tengelyen az egyes

korcsoportokat,  a vízszintes tengelyen az y tengelytől jobbra a nők, balra a férfiak arányát tüntetjük fel. Típusai:  Növekvő, vagy fiatalodó populáció:  az egészen fiatal egyedek száma meghaladja a középkorú és az idős egyedek számát. A természetben az állatokra,  ill. a 3 világ elmaradott népességeire jellemző  Stabil populáció:  a különböző korosztályokhoz tartozó egyedek aránya nemzedékről nemzedékre változatlan marad.  Kihaló, vagy elöregedő populációban a középkorú és idős egyedek száma jóval meghaladja a fiatalokét.  Fejlett ipari társadalmakra jellemző, és Magyarországra.  4 Gradáció A populáció egyedszámának ugrásszerű emelkedése. Egyedszám A környezet eltartóképessége kitörés lappangási szakasz befejező szakasz bevezető szakasz   összeomlás A kitörést mindig összeomlás követi az eltartóképesség korlátai miatt. Rovarokra (vándorsáska,

levéltetvek, gyapjaslepke), egérfélékre, algákra (vízvirágzás) jellemző. idő Szaporodási stratégiák A szaporodási stratégiájuk alapján a populációk nagy része alapvetően két csoportba sorolhatók. A „K” stratégia (K – konstans (állandó)) A K stratégista fajok:  egyedei hosszú életűek, általában nagytestűek,  élőhelyeik környezeti feltételei állandóak,  hosszú idő után válnak ivaréretté,  utódaik száma csekély,  fejlett az ivadékgondozás, az utódok felnevelésébe sok energiát fektetnek,  a szaporodásuk során az utódok túlélési rátája,  ilyenek a nagytestű gerincesek és a fák. Az „r” stratégisták (r – reproduktív) Az r stratégista fajok:  egyedei rövid életűek, kistermetűek,  élőhelyeik környezeti feltételei gyorsan változhatnak,  rövid idő után válnak ivaréretté,  utódaik száma jelentős,  nagyszámú utódjuk nevelésére kevés energiát fektetnek, az

ivadékgondozás sokszor nem jellemző,  a szaporodásuk során az utódok túlélési rátája alacsony,  elsőként jelennek meg egy társulás kialakulásánál (pionírtársulás-alkotók),  nem versenyképesek.  Ilyenek pl. a rovarok, gyomnövények, rágcsálók 5 A populációk kölcsönhatásai Egy adott területen különböző fajok populációi élhetnek együtt és ezek között különféle kölcsönhatások lehetnek. A kölcsönhatásban lévő populációk kölcsönösen befolyásolják egymás egyedszámát. A kapcsolat lehet előnyös (+), hátrányos (-), vagy közömbös (0) +,+ mutualizmus (kölcsönösség) a) Szimbiózis, együttélés: két vagy több különböző faj szoros együttélése. A szimbiózisban mindkét fél kölcsönös előnyökhöz jut.  Pillangós virágúak (bab, borsó, lucerna, akác) és a N-kötő baktériumok.  Mikorrhiza, gombák – virágos növények gyökerei.  Termeszek - cellulózbontó ostoros

egysejtű.  Emlősök és a vastagbélben élő bélbaktérium, cellulózbontás, K és a B vitamintermelés.  Zuzmókban moszatok gombafonalak. - 6 b) Alliancia: két populáció között kialakuló laza, alkalomszerű kapcsolat.  Zebrák – struccok,  tisztogató alliancia: bivaly – pásztorgém. c) Szaporodási mutualizmus: alkalomszerű, az egyik populáció számára nélkülözhetetlen. Ide tartozik az állatok általi virágmegporzás valamennyi formája,  lucerna – poszméh. d) Szimfilia: olyan együttélés, amikor egy társas rovar védelmet és táplálékot biztosít valamely másik rovar számára, amelynek testváladékát fogyasztja.  Hangyák – levéltetvek. +,a) Zsákmányszerzés (predáció): az egyik populáció egyedei részben vagy egészben elfogyasztják a másik populáció egyedeit (préda). a. Növényevésről beszélünk, ha a préda növény, b. ragadozásról, ha a préda állat A ragadozás prédája a zsákmány

(rovaremésztő növények is ragadozók). A növényevés és a ragadozás között lényeges különbség, hogy a növényevés során a préda rendszerint nem pusztul el, csupán károsodik. c. Kannibalizmus: a populáció egyedei saját fajtársaikat fogyasztják 7 b) Parazitizmus (élősködés) Az élősködő szervezet egy másik szervezet - a gazdaszervezet - testanyagaival táplálkozik. A gazdaszervezet károsodásával jár, többnyire azonban anélkül, hogy közvetlenül, vagy azonnal elpusztulna. a) Ektoparazitizmus esetén a parazita külső testfelületen él.  Ilyen pl. a pióca, a marhabögöly, a gyötrőszúnyog vagy a közönséges kullancs b) Endoparazitizmus esetén a parazita a gazdaszervezet belsejében él.  Vírusok, baktériumok, bélférgek, stb. c) Fakultatív paraziták: táplálkozás után elhagyják a gazdaszervezetet, hosszabb ideig is képesek a gazdaszervezet nélkül élni.  Ilyenek általában az ektoparaziták. d) Obligát

paraziták: a gazdaszervezetet nem hagyják el, hosszabb ideig nélkülük életképtelenek.  Ilyenek általában endoparaziták. e) Hiperparazitizmus: a hiperparaziták lárvái egyes parazitaként élő rovarlárvákban fürkészlegyek vagy fürkészdarazsak lárváiban - fejlődnek. f) Félparazitizmus: a növényvilágban előforduló félparazita szervezetek, például a sárga fagyöngy, szívógyökereiket a gazdaszervezet faelemeibe növesztik és a vizet valamint a szervetlen ionokat szívják el. Fotoszintetizálnak Léteznek teljesen parazita, heterotróf növények, melyek nem képesek fotoszintetizálni, a megtámadott növények háncselemibe mélyesztik szívógyökereiket, és a szerves anyagot vonják el a gazdanövénytől, ilyen pl. az aranka 8 0,+ Kommenzalizmus (asztalközösség)     Oroszlánok és hiénák, cápák és kalauzhalak, rénszarvasok és hófajdok, fák és mohák, bromliák, orchideák. A kommenzalista viszony legtágabban

értelmezett kapcsolata, ha egy populáció puszta létével egy másik populáció számára biztosítja az életfeltételeket. Például a szagos mügés bükkösökben a bükk árnyékoló hatása teremti meg a szagos müge számára a létezés feltételeit. 0,- Amenzalizmus, antibiózis Az egyik populáció egyedeinek az anyagcsere-termékei a másik populáció egyedei számára kedvezőtlen körülményeket teremtenek. Az ecsetpenészekhez tartozó Penicillum fajok antibiotikumokat termelnek, amelyek a baktériumok nagy többsége számára mérgezőek. Az allelopátia a növények közötti kölcsönhatások egyik típusa. Az allelopatikus kölcsönhatás lényege az, hogy egy növény valamilyen vegyületet juttat a talajba, amely gátolja, vagy ritkábban serkenti a szomszédos növény egyedek növekedését, vagy más életjelenségét. Ilyen pl a dió által kibocsátott csírázást gátló juglon. -,- Versengés A hasonló környezeti igényű populációk szüntelen

versengésben vannak a korlátozott mértékben rendelkezésükre álló erőforrásokért. Rövidtávon mindkét fél számára korlátozó jellegű. Hosszútávon az egyik populáció kiszorulását eredményezheti  Növények esetében a fényért, vízért, tápanyagokért, élőhelyért stb.  Állatok esetében a táplálékért, a vadászterületért, búvóhelyért stb. Versengés alakul ki két populáció között akkor is, ha egy élőhelyen olyan új populáció jelenik meg, amelynek környezeti igényei nagymértékben átfedik valamelyik másik populáció környezeti igényeit. Ökológiai niche A környezeti tényezők olyan n-dimenziós tere (minden dimenzióját egy olyan környezeti tényező adja, amely a populáció előfordulását meghatározza), ahol a populáció egyedei előfordulhatnak és szaporodni képesek. A niche (ejtsd: nis) az ökológiai térnek az a része, amelyet a populáció jelenlétével kitölt. A niche francia szó, fülkét jelent Egy

populáció ökológiai niche-ét meghatározza  környezeti (hőmérséklet, páratartalom, stb.) tűrőképessége,  az elfogyasztott táplálék típusa,  ragadozói,  viselkedési szokásai. 9 Az ökológiai niche-nél tágabban értelmezett az élettani niche, amely a populáció egyedeinek kísérleti körülmények között meghatározott, az adott környezeti tényezővel szembeni élettani tűrőképességét mutatja. A természetben a populációk nem tudják teljesen kihasználni a tűrőképességük által meghatározott lehetőségeiket, mivel az adott tartományban számos más hasonló tűrőképességű populáció lehet jelen. Így a populációk felosztják egymás között a hasonló környezeti tényezők által meghatározott teret, és az adott populáció a tűrőképessége által meghatározott térnek csupán kis hányadát foglalja el. Tehát az élettani niche sokkal szélesebben határozza meg a populációk előfordulását, mint a

ténylegesen megvalósuló ökológiai niche. Az élettani niche a többi fajjal (populációival) való kölcsönhatás nélkül, az ökológiai niche e kölcsönhatások figyelembevételével mutatja meg a faj életlehetőségeit. Minden fajnak saját, rá jellemző ökológiai niche-e van; ha két populációnak azonos az ökológiai niche-e, akkor e két csoport között kompetició alakul ki (vadgerle, balkáni gerle). A hasonló igényű populációk felosztják egymás közt a hasonló élettereket, úgy hogy a különböző biotópok legalább egy lényeges tulajdonságukban különböznek. Ez a nicheszegregáció       Csúszkák az ágak alsó felszínén, a fakúszok a fa vastagabb ágainak felső felszínén, a fakopács a törzs mélyebb részeiből táplálkoznak, a harkályok az ágak mélyebb részeiből, a széncinege a vékony ágakon, a kékcinege az ágvégeken keresgél. Gauze-elv, a kompetitív kizárás elve A Gauze-elv szerint nem létezhet

egy életközösségben (élőhelyen) két, teljesen azonos ökológiai igényű azaz niche-ű populáció. Másképp: két faj ugyanazt a niche-t nem foglalhatja el. 10 Koevolúció A koevolúció a biológiában két faj egymással kölcsönhatásban történő evolúcióját jelenti.  A különböző növények virágai és az őket beporzó rovarok vagy madarak (kolibri) egymáshoz alakulása,  a gazdaszervezet-parazita,  a ragadozó és zsákmányállata között. Összefoglalva a populációk kölcsönhatásait +,+ mutualizmus a) Szimbiózis, együttélés  pillangós virágúak  mikorrhiza  termeszek.  bélbaktérium  zuzmók b) alliancia  zebrák  tisztogató közösség c) szaporodási mutualizmus:  lucerna – poszméh d) szimfilia  Hangyák - levéltetvek +,a) Zsákmányszerzés (predáció) a. b. c. növényevés ragadozás Kannibalizmus  Vírusok, baktériumok, bélférgek, stb. c) Fakultatív paraziták  az ektoparaziták

d) Obligát paraziták  endoparaziták e) Hiperparazitizmus f) félparazitizmus 0,+ kommenzalizmus (asztalközösség) a) táplálékszerzési  oroszlánok és hiénák,  cápák és kalauzhalak  rénszarvasok és hófajdok b) beköltözés, szünókia, együttlakás parőkia  A kékvércsék a vetési varjak elhagyott fészkeit használják.  a gólyafészkek oldalában költő verebek. c) rátelepedés, epőkia.  Az epifiton b) Parazitizmus (élősködés) 0,- antibiózis a) Ektoparazitizmus  a pióca, a marhabögöly, a gyötrőszúnyog vagy a közönséges kullancs. b) Endoparazitizmus   antibiotikumok allelopátia -,- versengés 11 Példa az ökológiai niche-re. Biológia emeltszintű érettségi feladat 2012 május 12 Megoldás 13 14 Megoldás 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Megoldás 34