Aula Exemplo

Populaes & Metapopulaes

1

Marco A. R. Mello

2Tadarida brasiliensis

3Tadarida brasiliensis

Objetivo da aula

Apresentar diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da mesma espcie e o que se sabe sobre sua estrutura e dinmica

6

Escopo da aula

7

Escopo da aula

Uma breve introduo s populaes e metapopulaes

7

Escopo da aula


No d para falar sobre tudo, mas d para passar uma boa noo geral do assunto

7

Escopo da aula


No d para falar sobre tudo, mas d para passar uma boa noo geral do assunto

Aulas mais aprofundadas sero dadas depois, em Ecologia I

7

8Complexidade SistemasHistrico

Estrutura Dinmica Aplicaes

9Complexidade SistemasHistrico


Escalasespaciais

ecolgicas

Planeta

Bioma

Regio

Paisagem

Local

10

Indivduo

Populao

Comunidade

Ecossistema

Bioma

Biosfera

Nveis de organizaoecolgicos

11

12

Complexidade

Carbono (C)

DuroTransparenteBaixa condutividade

MacioOpacoAlta condutividadeX

Diamante Grafite

13

Carbono (C)

DuroTransparenteBaixa condutividade

MacioOpacoAlta condutividadeX

Diamante Grafite

No se pode adivinhar todas as propriedades de um sistema complexo, s com base nas

propriedades dos seus elementos

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14

Sistemas de organismosda mesma espcie

14


Elemento: indivduo

14


Elemento: indivduo

Sistema: conjunto de indivduos que interagem

14


Elemento: indivduo

Sistema: conjunto de indivduos que interagem

Como no caso dos altropos de carbono

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Complexidade SistemasHistrico


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Quantos animais e plantas hem um dado local?

17

Pessoas e alimentos

18

Thomas MalthusUm ensaio sobre o princpio da populao (1798)

18


A populao humana cresce exponencialmente

18



A produo de alimentos cresce linearmente

18




Resultado: misria e fome

18




Resultado: misria e fome

A Revoluo Verde nos salvou depois, entre os anos 1940 e 1970

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20

Sistemas de organismos conspecficos

Populao

21

Conjunto de organismos de uma mesma espcie que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo

Limites: Onde a populao comea e termina?

Limites fsicos reais:barreiras para sobrevivncia ou

disperso

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Limites: Onde a populao comea e termina?

Limites fsicos reais:barreiras para sobrevivncia ou

disperso

Limites fsicos arbitrrios:definidos de acordo com a pergunta de trabalho ou as

limitaes amostrais22

Problema

23

Problema

23

A grande maioria dos estudos parte da premissa de que as populaes so fechadas, pelo menos durante o perodo de estudo

Problema

23

A grande maioria dos estudos parte da premissa de que as populaes so fechadas, pelo menos durante o perodo de estudo

Ser que populaes naturais so assim mesmo?

E se alguns indivduos se moverem entre populaes?

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Metapopulao

Exemplo: marsupiais que vivem em florestas (Micoureus paraguayanus)

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ReBio Poo das AntasSilva Jardim, RJ

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Paisagem heterognea:Ilhas naturais de Mata Atlntica

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Populaes locais e metapopulao(Pires et al. 2002, Lira et al. 2007)

30

P1

P2

P3

P4

P5

P6P7


30

P1

P2

P3

P4

P5

P6P7


Dimetro = tamanho populacional30

Metapopulao

31

Metapopulao

Uma populao de populaes

31

Metapopulao


Conceito: Um conjunto de populaes locais conectadas por disperso de indivduos (Levins 1969)

31

Metapopulao


Conceito: Um conjunto de populaes locais conectadas por disperso de indivduos (Levins 1969)

Hbitat distribudo em manchas: uma populao em cada mancha (e.g., fragmentos de mata)

31

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33

Estrutura:propriedades emergentes

Populao

34

Propriedades da populao

35

Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos

35


Capacidade suporte

35


Capacidade suporte

Taxas de natalidade e mortalidade

35


Capacidade suporte


Taxas de emigrao e imigrao

35


Capacidade suporte



Estrutura etria

35


Capacidade suporte



Estrutura etria

Distribuio espacial

35


Capacidade suporte



Estrutura etria

Distribuio espacial

Viabilidade

35

Estimativa do tamanho populacional

Nmero de indivduos em uma rea

Populaes fechadas ou abertas

Censo

Marcao e recaptura

Es.ma.vas estaas.cas

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Estrutura etria

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Metapopulao

38

Propriedades da metapopulao

39


Tamanho = nmero de populaes locais

39



Taxas locais de migrao

39




Probabilidade de colonizao de populaes locais

39





Probabilidade de ex.no de populaes locais

39






Arranjo espacial

39






Arranjo espacial

Estrutura de rede

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Tipos de metapopulao

em manchas

continente-ilha

no-equilbrio

clssica

Manchas ocupadas

Manchas vazias

Limites da populao

Disperso

Limites da metapopulao

altamenteconectada

manchasisoladas

altamenteisolada

continente-ilha

todas pequenas pequenas e grandes todas grandes

Tamanho das manchas40


41

P1

P2

P3

P4

P5

P6P7


41

nmero depopulaes locais

P1

P2

P3

P4

P5

P6P7


taxa demigrao

41


P1

P2

P3

P4

P5

P6P7


taxa demigrao

41


colo

niza

o

extino

P4

P2

P6

P5

P1 P7

P3

Dimetro do vr5ce ~ centralidadeEspessura da aresta ~ freqncia de disperso

Populao = vr.ceMigrao = aresta

42

Metapopulaes como redes complexas(Urban et al. 2001, 2009 )

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44

Populaes

Fatores que determinam as variaes no tamanho populacional

tamanho populacional

45



imigrao

natalidade

45



imigrao emigrao

natalidade

mortalidade

45



imigrao emigrao

natalidade

mortalidade

45

r = natalidade/mortalidadetaxa intrnseca de crescimento

N = tamanho populacionalr = taxa intrnseca de crescimento

Crescimento populacional

Tempo (t)

Crescimento exponencial no reflete a realidade: recursos ilimitados,

nenhuma competio intraespecfica, mortalidade zero


mortalidade zero

Adaptado de Begon (2006) 46

Capacidade suporte: KQual o tamanho mximo que a populao pode atingir

em um dado local, em um dado momento?

Natalidade

Mortalidade


Capacidade suporte: KQual o tamanho mximo que a populao pode atingir

em um dado local, em um dado momento?

Histria natural da espcie

Clima, alimento, inimigos naturais, doenas

Varia de acordo com o ambiente

Regulao dependente de densidade

Natalidade

Mortalidade




Tempo (t)




mortalidade zero




Tempo (t)




mortalidade zero

Crescimento logstico mais realista, pois considera fatores limitantes do

crescimento e dependentes de densidade


K = capacidade suporte

Crescimento logstico

Tempo (t)

Tam

anho

pop

ulac

iona

l (N

)

crescimentoexponencial

a populao estabiliza

potencialbitico

capacidade suporte (K)

resistnciaambiental

49Adaptado de Begon (2006)

Dinmica estruturadapela idade

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I

II

III

Idade (x)

Sobr

evivn

cia ln[l(

x)]

Anlise de viabilidade populacional

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51

Qual chance de uma dada populao local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo?


51


Simulao matem.ca parametrizada com dados de histria natural


51


Simulao matem.ca parametrizada com dados de histria natural

Parmetros:

N0

r

K

heterozigosidade

vrios outros...


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Prob

abili

dade

de

extin

o

loca

l

Tempo

Padres de distribuio espacial dos indivduos de uma populao

aleatria uniforme agregadaAdaptado de Begon (2006) 53

Distribuio espacial: fatores

Distribuio do alimento/nutrientes

Distribuio de abrigos/ninhos

Compe.o intra- e interespecca

Relao custo-benefcio dos recursos

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Uso do espao

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A forma como os indivduos de uma populao local usam o espao inuencia a estrutura da metapopulao

Metapopulaes

56

57

Modelo metapopulacional simples(Levins 1969)

57


P = proporo de manchas de hbitat ocupadas

1 - P = proporo de manchas de hbitat desocupadas

c = taxa de colonizao de manchas (natalidade)

= taxa de ex.no de manchas (mortalidade)

57






Se > c, a metapopulao no persiste

57






Se > c, a metapopulao no persiste

Para a metapopulao persis.r, /c < 1

58

Modelo metapopulacional baseado na equao de crescimento logstico (Hanski 2001)

58


Capacidade suporte anloga a K Peq = 1-/c

58



Natalidade e mortalidade de populaes locais

58



Natalidade e mortalidade de populaes locais

Presume-se que todas as populaes locais se comportem de maneira igual

Dinmica metapopulacional

c = 0.75 = 0.55

Peq = 0.27

Tempo

Prop

or

o de

man

chas

ocu

pada

s

59

Caos

60

Dinmica catica

r1 = 0.5r2 = 1.5

r3 = 2.2

Tempo Tempo

Tam

anho

pop

ulac

iona

l

Tam

anho

pop

ulac

iona

l

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Pequenas variaes em r podem levar a uma dinmica com

comportamento catico

Tempo

Tam

anho

pop

ulac

iona

lTa

man

ho p

opul

acio

nal

Uma estrutura de metapopulao pode acalmar as dinmicas caticas das populaes locais

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Tempo

Tam

anho

pop

ulac

iona

lTa

man

ho p

opul

acio

nal

Uma estrutura de metapopulao pode acalmar as dinmicas caticas das populaes locais

As populaes se conectam em T = 49 com m = 0.362

Outra vantagem da estrutura demetapopulao

63


63

Uma estrutura de metapopulao permite o uxo gnico entre populaes locais, evitando a depresso por endocruzamento


63


Isso fundamental em espcies com populaes ameaadas


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Isso fundamental em espcies com populaes ameaadas

Corredores ecolgicos so estabelecidos para criar metapopulaes

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Populaes: r e K

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Populaes: r e K

Planejamento do uso de recursos pesqueiros de acordo com a capacidade de recuperao dos estoques

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Populaes: r e K

Planejamento do uso de recursos pesqueiros de acordo com a capacidade de recuperao dos estoques

Controle populacional humano

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Populaes: AVP

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Populaes: AVP

Es.ma.va da probabilidade de persistncia de uma populao em um dado intervalo de tempo

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Populaes: AVP


Recuperao de populaes ameaadas

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Populaes: AVP


Recuperao de populaes ameaadas

Exemplo: mico-leo dourado

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Metapopulaes:desenho de reservas

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Dilema SLOSS: single large or several small?

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Planejamento do arranjo espacial de fragmentos de hbitat

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Planejamento do arranjo espacial de fragmentos de hbitat

Planejamento de corredores ecolgicos

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Metapopulaes:dinmica de epidemias

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Doenas emergentes: ameaa biodiversidade, segurana alimentar e aos humanos

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Doenas emergentes: ameaa biodiversidade, segurana alimentar e aos humanos

Probabilidade de contgio como uma funo da estrutura metapopulacional

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Moral da histria69

Mensagens principais

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Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da

mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao

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Uma populao um conjunto de organismos da mesma espcie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo

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Uma metapopulao um conjunto de populaes locais interligadas por indivduos migrantes

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Populaes e metapopulaes tm propriedades emergentes

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Populaes e metapopulaes variam no tempo em funo de fatores intrnsecos, interaes ecolgicas e fatores ambientais

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Populaes e metapopulaes variam no tempo em funo de fatores intrnsecos, interaes ecolgicas e fatores ambientais

As teorias relacionadas a essas duas en.dades ecolgicas so aplicadas ao manejo de recursos naturais, conservao e restaurao

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Sugestes de leitura71

Sugestes de leitura Livros

Begon et al. 1996. Popula.on ecology: a unied study of animals and plants. Willey-Blackwell, New York.

Gotelli NJ. 2001. A primer of ecology. Sinauer Associates, Sunderland.

Hanski I. 1999. Metapopula.on ecology. Oxford University Press, Oxford.

Malthus TR. 1798. An essay on the principle of popula.on. Reprint by Electronic Scholarly Publishing Project, London.

Ar8gos

Fernandez FAS. 2011. Nunca por causa da demograa. O Eco, online.

Levins R. 1969. Some demographic and gene.c consequences of environmental heterogeneity for biological control. Bulle.n of the Entomological Society of America 15: 237240.

Urban DL, Minor ES, Treml EA, Schick RS. 2009. Graph models of habitat mosaics. Ecology Le|ers 12:260-273.

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Documents

Aula Exemplo