Populacjologia 1400-216POP

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.