Aula Exemplo
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Populaes & Metapopulaes
1
Marco A. R. Mello
-
2Tadarida brasiliensis
-
3Tadarida brasiliensis
-
4
-
5
-
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
Uma breve introduo s populaes e metapopulaes
No d para falar sobre tudo, mas d para passar uma boa noo geral do assunto
7
-
Escopo da aula
Uma breve introduo s populaes e metapopulaes
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
Estrutura Dinmica Aplicaes
-
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
13
-
Carbono (C)
DuroTransparenteBaixa condutividade
MacioOpacoAlta condutividadeX
Diamante Grafite
13
-
Carbono (C)
DuroTransparenteBaixa condutividade
MacioOpacoAlta condutividadeX
Diamante Grafite
13
-
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
13
-
14
Sistemas de organismosda mesma espcie
-
14
Sistemas de organismosda mesma espcie
Elemento: indivduo
-
14
Sistemas de organismosda mesma espcie
Elemento: indivduo
Sistema: conjunto de indivduos que interagem
-
14
Sistemas de organismosda mesma espcie
Elemento: indivduo
Sistema: conjunto de indivduos que interagem
Como no caso dos altropos de carbono
-
15
Complexidade SistemasHistrico
Estrutura Dinmica Aplicaes
-
16
Quantos animais e plantas hem um dado local?
-
17
Pessoas e alimentos
-
18
Thomas MalthusUm ensaio sobre o princpio da populao (1798)
-
18
Thomas MalthusUm ensaio sobre o princpio da populao (1798)
A populao humana cresce exponencialmente
-
18
Thomas MalthusUm ensaio sobre o princpio da populao (1798)
A populao humana cresce exponencialmente
A produo de alimentos cresce linearmente
-
18
Thomas MalthusUm ensaio sobre o princpio da populao (1798)
A populao humana cresce exponencialmente
A produo de alimentos cresce linearmente
Resultado: misria e fome
-
18
Thomas MalthusUm ensaio sobre o princpio da populao (1798)
A populao humana cresce exponencialmente
A produo de alimentos cresce linearmente
Resultado: misria e fome
A Revoluo Verde nos salvou depois, entre os anos 1940 e 1970
-
19
Complexidade SistemasHistrico
Estrutura Dinmica Aplicaes
-
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
22
-
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?
-
24
-
25
-
E se alguns indivduos se moverem entre populaes?
26
-
Metapopulao
Exemplo: marsupiais que vivem em florestas (Micoureus paraguayanus)
27
-
ReBio Poo das AntasSilva Jardim, RJ
28
-
Paisagem heterognea:Ilhas naturais de Mata Atlntica
29
-
Populaes locais e metapopulao(Pires et al. 2002, Lira et al. 2007)
30
-
P1
P2
P3
P4
P5
P6P7
Populaes locais e metapopulao(Pires et al. 2002, Lira et al. 2007)
30
-
P1
P2
P3
P4
P5
P6P7
Populaes locais e metapopulao(Pires et al. 2002, Lira et al. 2007)
Dimetro = tamanho populacional30
-
Metapopulao
31
-
Metapopulao
Uma populao de populaes
31
-
Metapopulao
Uma populao de populaes
Conceito: Um conjunto de populaes locais conectadas por disperso de indivduos (Levins 1969)
31
-
Metapopulao
Uma populao de populaes
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
-
32
Complexidade SistemasHistrico
Estrutura Dinmica Aplicaes
-
33
Estrutura:propriedades emergentes
-
Populao
34
-
Propriedades da populao
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
Capacidade suporte
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
Capacidade suporte
Taxas de natalidade e mortalidade
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
Capacidade suporte
Taxas de natalidade e mortalidade
Taxas de emigrao e imigrao
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
Capacidade suporte
Taxas de natalidade e mortalidade
Taxas de emigrao e imigrao
Estrutura etria
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
Capacidade suporte
Taxas de natalidade e mortalidade
Taxas de emigrao e imigrao
Estrutura etria
Distribuio espacial
35
-
Propriedades da populao Tamanho = nmero de indivduos
Capacidade suporte
Taxas de natalidade e mortalidade
Taxas de emigrao e imigrao
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
36
-
Estrutura etria
37
-
Metapopulao
38
-
Propriedades da metapopulao
39
-
Propriedades da metapopulao
Tamanho = nmero de populaes locais
39
-
Propriedades da metapopulao
Tamanho = nmero de populaes locais
Taxas locais de migrao
39
-
Propriedades da metapopulao
Tamanho = nmero de populaes locais
Taxas locais de migrao
Probabilidade de colonizao de populaes locais
39
-
Propriedades da metapopulao
Tamanho = nmero de populaes locais
Taxas locais de migrao
Probabilidade de colonizao de populaes locais
Probabilidade de ex.no de populaes locais
39
-
Propriedades da metapopulao
Tamanho = nmero de populaes locais
Taxas locais de migrao
Probabilidade de colonizao de populaes locais
Probabilidade de ex.no de populaes locais
Arranjo espacial
39
-
Propriedades da metapopulao
Tamanho = nmero de populaes locais
Taxas locais de migrao
Probabilidade de colonizao de populaes locais
Probabilidade de ex.no de populaes locais
Arranjo espacial
Estrutura de rede
39
-
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
-
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
-
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
-
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
-
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
-
Propriedades da metapopulao
41
-
P1
P2
P3
P4
P5
P6P7
Propriedades da metapopulao
41
nmero depopulaes locais
-
P1
P2
P3
P4
P5
P6P7
Propriedades da metapopulao
taxa demigrao
41
nmero depopulaes locais
-
P1
P2
P3
P4
P5
P6P7
Propriedades da metapopulao
taxa demigrao
41
nmero depopulaes locais
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 )
-
43
Complexidade SistemasHistrico
Estrutura Dinmica Aplicaes
-
44
Populaes
-
Fatores que determinam as variaes no tamanho populacional
tamanho populacional
45
-
Fatores que determinam as variaes no tamanho populacional
tamanho populacional
imigrao
natalidade
45
-
Fatores que determinam as variaes no tamanho populacional
tamanho populacional
imigrao emigrao
natalidade
mortalidade
45
-
Fatores que determinam as variaes no tamanho populacional
tamanho populacional
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
Crescimento exponencial no reflete a realidade: recursos ilimitados,
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
Adaptado de Begon (2006) 47
-
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
Adaptado de Begon (2006) 47
-
N = tamanho populacionalr = taxa intrnseca de crescimento
Crescimento populacional
Tempo (t)
Crescimento exponencial no reflete a realidade: recursos ilimitados,
nenhuma competio intraespecfica, mortalidade zero
Crescimento exponencial no reflete a realidade: recursos ilimitados,
mortalidade zero
Adaptado de Begon (2006) 48
-
N = tamanho populacionalr = taxa intrnseca de crescimento
Crescimento populacional
Tempo (t)
Crescimento exponencial no reflete a realidade: recursos ilimitados,
nenhuma competio intraespecfica, mortalidade zero
Crescimento exponencial no reflete a realidade: recursos ilimitados,
mortalidade zero
Crescimento logstico mais realista, pois considera fatores limitantes do
crescimento e dependentes de densidade
Adaptado de Begon (2006) 48
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
50
I
II
III
Idade (x)
Sobr
evivn
cia ln[l(
x)]
-
Anlise de viabilidade populacional
51
-
Anlise de viabilidade populacional
51
Qual chance de uma dada populao local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo?
-
Anlise de viabilidade populacional
51
Qual chance de uma dada populao local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo?
Simulao matem.ca parametrizada com dados de histria natural
-
Anlise de viabilidade populacional
51
Qual chance de uma dada populao local se ex.nguir dentro de um dado intervalo de tempo?
Simulao matem.ca parametrizada com dados de histria natural
Parmetros:
N0
r
K
heterozigosidade
vrios outros...
-
Anlise de viabilidade populacional
52
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
54
-
Uso do espao
55
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
Modelo metapopulacional simples(Levins 1969)
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
Modelo metapopulacional simples(Levins 1969)
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)
Se > c, a metapopulao no persiste
-
57
Modelo metapopulacional simples(Levins 1969)
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)
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
Modelo metapopulacional baseado na equao de crescimento logstico (Hanski 2001)
Capacidade suporte anloga a K Peq = 1-/c
-
58
Modelo metapopulacional baseado na equao de crescimento logstico (Hanski 2001)
Capacidade suporte anloga a K Peq = 1-/c
Natalidade e mortalidade de populaes locais
-
58
Modelo metapopulacional baseado na equao de crescimento logstico (Hanski 2001)
Capacidade suporte anloga a K Peq = 1-/c
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
61
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
62
-
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
-
Outra vantagem da estrutura demetapopulao
63
Uma estrutura de metapopulao permite o uxo gnico entre populaes locais, evitando a depresso por endocruzamento
-
Outra vantagem da estrutura demetapopulao
63
Uma estrutura de metapopulao permite o uxo gnico entre populaes locais, evitando a depresso por endocruzamento
Isso fundamental em espcies com populaes ameaadas
-
Outra vantagem da estrutura demetapopulao
63
Uma estrutura de metapopulao permite o uxo gnico entre populaes locais, evitando a depresso por endocruzamento
Isso fundamental em espcies com populaes ameaadas
Corredores ecolgicos so estabelecidos para criar metapopulaes
-
64
Complexidade SistemasHistrico
Estrutura Dinmica Aplicaes
-
Populaes: r e K
65
-
Populaes: r e K
Planejamento do uso de recursos pesqueiros de acordo com a capacidade de recuperao dos estoques
65
-
Populaes: r e K
Planejamento do uso de recursos pesqueiros de acordo com a capacidade de recuperao dos estoques
Controle populacional humano
65
-
Populaes: AVP
66
-
Populaes: AVP
Es.ma.va da probabilidade de persistncia de uma populao em um dado intervalo de tempo
66
-
Populaes: AVP
Es.ma.va da probabilidade de persistncia de uma populao em um dado intervalo de tempo
Recuperao de populaes ameaadas
66
-
Populaes: AVP
Es.ma.va da probabilidade de persistncia de uma populao em um dado intervalo de tempo
Recuperao de populaes ameaadas
Exemplo: mico-leo dourado
66
-
Metapopulaes:desenho de reservas
67
-
Metapopulaes:desenho de reservas
Dilema SLOSS: single large or several small?
67
-
Metapopulaes:desenho de reservas
Dilema SLOSS: single large or several small?
Planejamento do arranjo espacial de fragmentos de hbitat
67
-
Metapopulaes:desenho de reservas
Dilema SLOSS: single large or several small?
Planejamento do arranjo espacial de fragmentos de hbitat
Planejamento de corredores ecolgicos
67
-
Metapopulaes:dinmica de epidemias
68
-
Metapopulaes:dinmica de epidemias
Doenas emergentes: ameaa biodiversidade, segurana alimentar e aos humanos
68
-
Metapopulaes:dinmica de epidemias
Doenas emergentes: ameaa biodiversidade, segurana alimentar e aos humanos
Probabilidade de contgio como uma funo da estrutura metapopulacional
68
-
Moral da histria69
-
Mensagens principais
70
-
Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da
mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao
70
-
Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da
mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao
Uma populao um conjunto de organismos da mesma espcie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo
70
-
Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da
mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao
Uma populao um conjunto de organismos da mesma espcie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo
Uma metapopulao um conjunto de populaes locais interligadas por indivduos migrantes
70
-
Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da
mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao
Uma populao um conjunto de organismos da mesma espcie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo
Uma metapopulao um conjunto de populaes locais interligadas por indivduos migrantes
Populaes e metapopulaes tm propriedades emergentes
70
-
Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da
mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao
Uma populao um conjunto de organismos da mesma espcie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo
Uma metapopulao um conjunto de populaes locais interligadas por indivduos migrantes
Populaes e metapopulaes tm propriedades emergentes
Populaes e metapopulaes variam no tempo em funo de fatores intrnsecos, interaes ecolgicas e fatores ambientais
70
-
Mensagens principais H diferentes .pos de sistemas locais formados por organismos da
mesma espcie, agrupados sob os conceitos de populao e metapopulao
Uma populao um conjunto de organismos da mesma espcie, que cruzam entre si e habitam um mesmo local ao mesmo tempo
Uma metapopulao um conjunto de populaes locais interligadas por indivduos migrantes
Populaes e metapopulaes tm propriedades emergentes
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
70
-
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.
72