Crescimento e regulação populacional. Gabriela Paise

Crescimento e regulação

populacional

Um fato ecológico da vida

N (agora) = N (anterior) + B – D = I - E

Principal objetivo da Ecologia:

Descrever, explicar e entender a distribuição e abundância dos organismos.

Indivíduos unitários

Dourado Salminus sp.

Homem Homo sapiens Aranhas

Indivíduos modulares

Olho d´agua Lemna sp.

Hidras Hydra sp.

Colônia de hidróides Obelia sp.

Moranguinho Fragaria sp.

População

Conjunto de indivíduos de uma mesma espécie que ocorrem em uma mesma área ao mesmo tempo e que mantém um

intercâmbio genético (Begon et al. 2007)

Qual o tamanho de uma

população modular?

Densidade: Número de indivíduos genéticos por unidade de área.

Densidade: Número de módulos por unidade de área.

Qual o tamanho de uma

população unitária?

Ciclos de Vida

Tasneira Senecio vulgaris

Roedores Brucepattersonius

Investigam padrões de natalidade de

mortalidade em relação com idade

Há dois tipos de tabelas de vida:

Tabela estática ou vertical, baseada em uma “fotografia”

de uma população em tempo definido. Produzida por um

levantamento da composição etária de uma população.

Tabela de coorte ou horizontal baseada no estudo de um

conjunto de indivíduos da mesma idade (coorte) durante

toda sua vida.

Tabelas de Vida de Coorte

Gafanhoto: Chorthippus brunneus Ciclo de vida anual.

R₀ = Taxa reprodutiva líquida

R₀ < 1 Diminuindo; R₀ = 1 Constante; R₀ > 1 Crescendo.

Tabelas de Vida de Estática

Curvas de Sobrevivência

Pearl 1928: Generalizações dos riscos de mortalidade associado a diferentes idades.

Tipo I: População humana; folhas de uma planta. Tipo II: Sementes enterradas no solo, aves.

Origem das Espécies 1859

“ Não há exceção a régra de que todo ser orgânico naturalmente cresce numa taxa tão alta que se não destruído, a Terra logo seria coberta pela progênie de um único casal.” Charles Darwin Definições: b = nascimentos d = mortes l = sobrevivência m = número de descendentes N = número de indivíduos; T = tempo;

r = taxa intrínseca de crescimento populacional (r = b – d) R₀ = taxa reprodutiva líquida (R₀ = ∑ lxmx);

Crescimento Populacional

Expressões matemáticas que descrevem crescimentos populacionais:

Crescimento exponencial N (t)= N(0) ert Crescimento geométrico N (t)= N (t + 1)/ N(t) Crescimento logístico d N / d t = rN (K – N)/K

Crescimento Populacional

Crescimento Exponencial: Quando indivíduos jovens são adicionados

continuamente na população. Ex: População humana.

N (t)= N(0) ert

• Gerações contínuas; • Recursos ilimitados;

Crescimento Populacional

Crescimento Geométrico: Ocorre acréscimos ou decréscimos de indivíduos em

intervalos discretos. Ex: População de coelhos, codornas.

N (t)= N (t + 1)/ N(t)

• Gerações discretas;

• Períodos favoráveis e desfavoráveis;

Crescimento Populacional

Crescimento Logístico: Crescimento da população depende da densidade.

• Tamanho populacional denso-dependente; • K/2 = ponto de inflexão da curva.

d N / d t = rN (K – N)/K Curva logística

Regulação Populacional

Fatores Dependentes da Densidade:

1- Alimento; 2- Espaço; 3- Parasitas; 4- Predadores; 6- Doenças.

Regulação Populacional

Fatores Independentes da Densidade:

1- Temperatura; 2- Precipitação;

3- Catástrofes ambientais e climáticas.

Regulação Populacional

Knoltown 2001. The future of coral reefs. PNAS 10:5419-5425

O efeito da densidade pode ser negativo quando a densidade é mínima.

Base comportamental (encontro/atração de parceiro);

Base social (tamanho mínimo para sociedade dividir tarefas); Faixa de densidade, não ponto fixo, como K;

Parece prevalente (Kramer et al. 2009);

Densidade crítica: mortos-vivos ecológicos!

“Efetivamente extintos na natureza”

K

Regulação Populacional

Regulação Populacional

Modelos Determinísticos:

As taxas de natalidade e mortalidade de uma população variam em torno de uma média que pode ser prevista. Fatores ao acaso ou eventos fortuitos não ocorrem.

Regulação Populacional

Modelos Determinísticos:

As taxas de natalidade e mortalidade de uma população variam em torno de uma média que pode ser prevista. Fatores ao acaso ou eventos fortuitos não ocorrem.

Regulação Populacional

Modelos Estocásticos:

As taxas de natalidade e mortalidade de uma população variam em torno de uma média e são influenciados por fatores imprevisíveis: - Catástrofes ambientais;

- Variações nas condições físicas do ambiente; - Eventos estocásticos.

Regulação Populacional

Modelos Estocásticos:

Estocasticidade Ambiental

Regulação Populacional

Estocasticidade Ambiental:

Tamanho da população varia em função da média e da variância.

Populações que crescem rapidamente e com variâncias muito altas

Maior chance de extinção

r = 0 a 1 r = 0

oscilações amortecidas

r = 1 a 2

Regulação Populacional

Estocasticidade Ambiental:

Tamanho da população varia em função da média e da variância.

Populações que crescem rapidamente e com variâncias muito altas

Regulação Populacional

Estocasticidade Demográfica:

Tamanho da população varia em função de sequências aleatórias de nascimentos e mortes.

Populações pequenas possuem altas

taxas de substituições de indivíduos, mais chances de encontrar uma sequência de vários nascimentos ou mortes.

Maior chance de extinção

Regulação Populacional

Crescimento logístico com variação na capacidade de suporte

(a) População com taxa de crescimento alta tende a acompanhar a variação.

(b) População com taxa de crescimento baixa tende a assimilá-la.

Regulação Populacional

Exemplos

Melospiza melodia

Smith et al. 1991. Social behaviour and population regulation in insular bird populations: implications for conservation. Birds Conservation Studies: Relevance to Conservation and Management. Oxford University Press. Ilha de Mandarte 6 ha Canadá Fêmeas reprodutivas: 4 a 32 indivíduos Machos reprodutivos: 9 a 100 indivíduos Fatores independentes da

Exemplos

Melospiza melodia

Smith et al. 1991. Social behaviour and population regulation in insular bird populations: implications for conservation. Birds Conservation Studies: Relevance to Conservation and Management. Oxford University Press.

Fatores denso-dependentes: Machos submissos;

Tamanho prole sobrevivente/fêmea; Sobrevivência dos juvenis diminui.

Fatores denso-dependentes:

Aumento alimento: aumento 4x sucesso

reprodutivo das fêmeas (Arcese & Smith 1988).

Catástrofes ambientais imprevisíveis e forças ambientais independentes da densidade.

Exemplos

Ascídia Ascidia mentula

Svane, I. 1984. Observations on the long-therm population dynamics if the perennial ascidian, Ascidia mentula on the Swedish west coast. Biological Bulletin 167:630-646.

Duração do estudo: 12 anos - 6 populações Fatores independentes da densidade:

Baixas temperaturas.

Fatores denso-dependentes:

Mortalidade presença de ouriços e Reprodução baixa em densidades altas.

Ciclos populacionais

• Algumas populações flutuam regularmente

gerando ciclos

– ocorrem em populações de regiões temperadas

– dois tipos: alguns roedores e lemingues de regiões

temperadas (assim como seus predadores) 

Exemplos

Ciclos populacionais regulados por fatores denso-dependentes:

Predação - Modelo Lotka-Volterra

Como ciclos da lebre e do lince são tão óbvios?

1- Ciclos das lebres correlacionados aos ciclos solares.

Moran 1949: Ciclo lebres 10 anos ciclos solares 11 anos;

2- Existem locais no Canadá e Alasca onde não existem linces e as populações de lebres oscilam ciclicamente (Smith 1983);

3- Lebres e recursos alimentares (Keith 1983). Lebre morre por predação (aumento de susceptibilidade);

4- Sinclair et al. (1993): Ciclos solares; clima e crescimento da vegetação;

5- Assincronia entre países continua (Ranta et al. 1997; Sinclair & Gosline 1997).

Exemplos

Krebs et al. 2001. What drives the 10-year cycle os snowshoe hares? Bioscience 51:25-35.

• Ciclo populacional do Lemming (Lemmus

lemmus)

Hipóteses para os ciclos

• Dependência direta da densidade e do retardo

da densidade;

• Difícil elaborar testes que separem causas e

efeitos;

• muitas das causas consideradas poderiam ser

efeitos colaterais das próprias mudanças

cíclicas nas populações;

• as hipóteses não são necessariamente

excludentes, dois ou mais dos mecanismos

hipotéticos poderiam estar funcionando

simultaneamente em uma determinada

situação;

• 1. Hipótese do

fenômeno do stress

– em densidades

extremamente altas

(nos picos

populacionais), mais

“brigas” ocorreriam.

Animais se tornariam

muito agressivos e o

sucesso reprodutivo

cairia quase a zero

• 2. Hipótese da oscilação

predador-presa

– Populações de presas e de

predadores podem oscilar

devido às interações entre

eles. População do

predador diminui - pop. da

presa aumenta. Há um

retardo na resposta das

populações, o que causaria

os ciclos. No entanto,

alguma vezes a pop. de

presas oscila mesmo na

ausência de predadores

• 3. Hipótese do parasitismo

– epidemias seriam frequentes em altas densidades,

levando a mortalidade massiva. Porém a baixas

densidades haveria pouco parasitismo, levando as

populações a crescerem mais rapidamente

• 4. Hipótese da quantidade de comida

– Altas densidades de lebres diminuiriam a qtde. de

plantas (recursos), causando um declínio nas

populações dos animais. Depois que as plantas

voltassem a ocorrem em maior quantidade,

aumentaria novamente a pop. de lebres - os linces

poderiam também entrar nesse ciclo

• 5. Hipótese da recuperação dos nutrientes

– a qualidade do alimento variaria de uma forma cíclica. Em

altas densidades animais nutrientes (por exemplo nitrogênio

e fósforo) estariam retidos nas fezes dos animais e

não-disponíveis para as plantas. Como o tempo de decomposição

é mais longo em regiões temperadas, haveria uma

diminuição populacional devido à falta de recursos de

qualidade (plantas com menos nutrientes)

• 6. Hipótese do controle genético

– As mudanças na composição genética das populações

causariam os ciclos. Baixas densidades: pouca competição

 relativamente r-selecionados. Altas densidades: intensa

competição  relativamente k- selecionados. Sempre há

um tempo de resposta que causaria os ciclos.

Exemplos

Anchova Engraudis ringens

Krebs, C. J. 1985. Ecology: The experimental analysis of distribution and abundance. Harper & Row. Taxa de crescimento populacional

máxima; Estratégias: 1- Conservador 2- Excesso

Rendimento pesqueiro

1920 declínio das populações sobre-pesca

Curva crescimento logístico impopular

Exemplos

Anchova Engraudis ringens

Krebs, C. J. 1985. Ecology: The experimental analysis of

distribution and abundance. Harper & Row.

Rendimento pesqueiro

Decréscimo Sobre-pesca e El Niño Navios fábrica:

1989 = 3 milhões de navios pesqueiros = 92 bilhões dólares;

Captura total = 72 bilhões (Pitt 1993).

Desaparecimento sociedades que dependem da pesca;

Acordos internacionais;