Tavoitteet:
- Ymmärtää metapopulaation peruskäsitteitä ja -dynamiikkaa sekä populaation stabiilisuutta matemaattisten mallien avulla.
- Tutustua siihen, miten parametrit c ja e vaikuttavat populaation dynamiikkaan.
- Ymmärtää, miten systeemissä vallattujen laikkujen alkuperäinen määrä vaikuttaa paikalliseen sukupuuttoon n vuoden kuluttua.
Metapopulaatio:
Metapopulaatio on populaatio, jossa yksilöt ovat jakautuneet elinympäristössä alueellisesti kahteen tai useampaan osapopulaatioon. Perhosten ja koralliriutakalojen populaatiot ovat hyviä esimerkkejä metapopulaatiosta . Ihmisen toiminta ja luonnonkatastrofit ovat metapopulaatioiden pääasiallisia syitä ja lisäävät metapopulaatioina esiintyvää populaatiota. Tällaiset tekijät aiheuttavat laajan elinympäristön pirstoutumisen laikkuihin. Tämä voi olla tärkeä syy siihen, että metapopulaatiodynamiikan malleista tulee tärkeitä menetelmiä/työkaluja suojelubiologian alalla.
Vuorenlammas-koralliriittikalat
Vuorenlampaiden kaltaisten lajien populaatiot valtaavat korkealaatuisen elinympäristön laikkuja, ja ne siirtyvät laikusta toiseen vain joidenkin vetovoimatekijöiden vuoksi. Nämä lajit jakautuvat useisiin populaatioihin, jotka ovat joko eristyksissä tai joissa on jonkin verran yksilöiden vaihtoa. Tällaista populaatiokokoelmaa ja sen dynamiikkaa kutsutaan metapopulaatiodynamiikaksi. Metapopulaation kutakin paikallista elinympäristöä kutsutaan osapopulaatioiksi.
Levinsin malli:
Metapopulaation käsitteen esitteli Richard Levins (amerikkalainen ekologi) vuonna 1969. Levinsin malli perustuu populaatioon, jossa yksilöt lisääntyvät ja kuolevat elinympäristön paikallisissa laikuissa, ja niiden jälkeläiset leviävät muihin laikkuihin.
Nykyisin suosituin lähestymistapa perustuu metapopulaatiokäsitteeseen (Levins 1969) ja metapopulaatiodynamiikan tutkimiseen (katsauksia ks. Hanski 1994, Hastings ja Harrison 1994, Hanski ja Gilpin 1997). Tärkeä oletus on, että kaikilla paikallisilla populaatioilla on merkittävä sukupuuttoriski. Toisin sanoen metapopulaatio on stokastisessa tasapainossa paikallisen sukupuuton ja tällä hetkellä tyhjän maan kolonisoimisen välillä sopivilla elinympäristölaikuilla. Yksilön vaellus riippuu etäisyydestä ja maiseman spatiaalisesta konfiguraatiosta ja vaikuttaa metapopulaation dynamiikkaan, joka ei sisälly Levinsin malliin. Levinsin mallissa oletetaan, että 1) metapopulaatio on olemassa homogeenisessa elinympäristössä, joka on jälleen jaettu osapopulaatioihin 2) nuoret hajaantuvat satunnaisesti elinympäristön sisällä.
Levinsin mallissa vallattujen laikkujen osuus (p) saadaan differentiaaliyhtälöstä.
Jossa h on elinympäristössä olevien laikkujen kokonaismäärä, p on miehitettyjen laikkujen alkuperäinen määrä, 1-p on tyhjien laikkujen osuus, c on nopeus, jolla miehitetyt laikut tuottavat pesäkkeitä, cp(1-p) on nopeus, jolla tyhjistä laikuista tulee miehitettyjä laikkuja, e on nopeus, jolla miehitetty laikku häviää.
Metapopulaatioiden stabiilisuus:
Metapopulaatiot ovat stabiileja pitkään. Osapopulaatioiden kasvunopeus heterogeenisessa ympäristössä vaihtelee vastaavasti paikallisten olosuhteiden mukaan. Kokonaispopulaatio on jossain määrin vakaa, koska yksilöt leviävät elinympäristön sisällä.
Kahdella tavalla voidaan tutkia paikallisen ympäristön vaikutusta metapopulaation vakauteen.
1) Yhden osapopulaation populaation kasvu on riippumaton toisesta osapopulaatiosta. Tieto yhden osapopulaation kasvun dynamiikasta ei anna tietoa metapopulaation muista osapopulaatioista.
2) Paikallisen ympäristön laatu korreloi negatiivisesti toisen paikallisen ympäristön laadun kanssa.
oletusten mukaan lisääntyminen on kausittaista ja kasvu tapahtuu diskreetissä ajassa. Tarkastellaan tällaista populaatiota, joka on jaettu osapopulaatioihin, joista kukin tuottaa ainutlaatuisissa ympäristöolosuhteissa, joilla on erilainen kasvunopeus. Kaksi tällaista osapopulaatiota, jotka ovat yhteydessä toisiinsa leviämisen avulla, kasvunopeuden diskreetit yhtälöt ovat,
perhoset
Jossa d on leviäminen, todennäköisyys, että yksilö leviää osapopulaatiostaan, I on aste, jolla kahden osapopulaation ympäristöt eroavat toisistaan, rgood on populaation kasvunopeus hyvinä vuosina, rbad on populaation kasvunopeus huonoina vuosina, n1 ja n2 ovat populaatioiden alkuperäiset koot. Aikajaksoa merkitään t. (1 – d) on, että populaatio ei hajaannu. Jos d:n arvo on 0,5 tai suurempi, kaksi populaatiota sekoittuu täysin, populaatiota pidetään pikemminkin yhtenä populaationa kuin kahtena osapopulaationa.