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Ecologia de Populações




          Prof. Dr. Harold Gordon Fowler
              popecologia@hotmail.com
Demografia Específica ao
Habitat

 Teoria de biogeografia insular
 Teoria da meta-população
Raízes históricas co conceito de
meta-populações
   Andrewartha e Birch (1954)
“…pontos que estão ocupados hoje podem ficar vazios amanha e
ocupados de novo na próxima semana ou próximo ano”
•Foco na estocasticidade ambiental, extinção local, e falta de
equilíbrio sugerido pelos modelos simples de dependência de
densidade.

  MacArthur e Wilson (1967)
•Teoria de biogeografia insular

  •Previsão da riqueza de espécies em ilhas reais baseada na dinâmica de
  colonização e extinção
Biogeografia Insular
MacArthur e Wilson propuseram que
 habitat apropriado e a diversidade de
 espécies variam diretamente
Quanto mais habitat mais espécies

“população” em equilíbrio de espécies
  (extinção – re-colonização)
Meta-população
Proposto por Levins em 1969, mas ignorado por
  20 anos

Originou a partir da “teoria da biogeografia de
 ilhas”, de MacArthur e Wilson em 1967

Muito interesse a partir de 1990

A dinâmica populacional opera em dois níveis –
  entre e dentro de manchas
Teoria de Meta-populações

               Biogeografia de ilhas
continente




             Meta-população de Levins
Uma comparação entre a
     biogeografia insular e meta-
             populações
 Equilíbrio: Riqueza de Espécies
  versus população
 Técnica de comunidade vs. Técnica
  de população:
 A teoria insular ignora a presencia
  e ausência de espécies individuais
 Movimentação entre manchas
Populações pequenas e
      extinções locais
Biogeografia de       Meta-população
  Ilhas               Habitat vazio re-
Extinções             colonizado mas a
  substituídas por    extinção é elevada
  re-colonizações
                      Habitat vazio
Persistência muita    importante
  rara na realidade
                      Habitat pequeno
                      importante para a
                      persistência
As causas para uma
        (meta)população
      pequena/espécie rara
Poucas manchas (ilhas)
Poucos indivíduos demais em cada mancha
Manchas ficam apropriadas por pouco
  tempo
A distancia de dispersão é além da
  capacidade do indivíduo
Teoria de Meta-populações
Desenvolvida a partir de 1950
Primeira evidencia experimental em
1958
Populações de um predador e uma presa
eram mais estáveis (menos oscilações) e
que a persistência aumenta quando o
habitat é mais heterogêneo
As populações pequenas as vezes
ocupam temporariamente habitats
pequenos
Historia de meta-populações
       (Hanski 1999 Metapopulation Ecology)

– Populações locais conectadas pela migração;
  colonização e extinção (Andrewartha e Birch 1954)
  de demes locais (Sewall Wright 1940)
– Os ‘Experimentos de garrafa’ com moscas varejeiras
  (Nicholson 1933) e ácaros (Huffaker (1958)
– Biogeografia de ilhas – balance entre imigração e
  extinção (MacArthur e Wilson 1967)
– Evolução da dispersão numa meta-população (Gadgil
  1971) e espalhamento dos riscos (den Boer 1968)
– A persistência de meta-populações refleitando um
  balance entre a colonização e a extinção (Levins
  19969, 1970)
– Começo teórico a partir de 1990 (Hanski 1999)
Meta-populações
A teoria de meta-populações (Levins 1969,
 1970) descreve uma rede de manchas,
 algumas ocupadas e outras vazias, na
 qual as sub-populações se interagem

Esse modelo clássico se baseia na
 presencia e ausência, e não de um
 modelo demográfica
O Modelo de Levins é Simples
Uma técnica espacialmente implícita — mas não considera
as localizações de manchas de habitat. A dispersão é
global e a colonização é equiprovável independente de
onde uma mancha se localiza.

As manchas são
homogêneas — ignora
qualquer variação do
tamanho da mancha e
qualidade de habitat
Teoria de Meta-populações
As ilhas de habitas sofrem extinções
 periódicas previsíveis

As ilhas são re-colonizadas por
 dispersoras de ilhas vizinhas

Se a migração é maior do que a extinção a
 população persiste
Processos Chaves
Extinção
  – Usualmente uma constante multiplicado pelo
    número de manchas ocupadas
Colonização
  – Dependente de número de manchas ocupadas
    (fontes de colonizadores) e manchas vazias (alvos)
Troca
  – Extinção de populações locais e o estabelecimento
    de populações locais novas em manchas vazias de
    habitat por migrantes de populações locais
    existentes
        Enfoque populações é não espécies, como na teoria de
        biogeografia insular
Processos chaves em populações
                         reais
           • Colônias reprodutivas de common
             Eiders em ilhas demonstram trocas
             elevadas, mas o tamanho populacional
             em vez do isolamento é um indicador
             melhor da extinção e colonização
             (Chaulk et al. 2006).
              – As espécies migratórias com uma
                capacidade boa de dispersão e
                tamanhos grandes de ilhas têm mais
                predadores do que em ilhas pequenas

           • Os insetos em dunas de areia na
             Europa têm dinâmicas de extinção e
             colonização consistentes com meta-
             populações e nas espécies com
             tamanho limitado de mancha de
             dispersão e isolamento são indicadores
             melhores da troca (Maes e Bonte
             2006).
              – Uma diversidade maior em sistemas de
                dunas grandes e conectados (a
                esquerda)
A Meta-população
Clássica

  Um conjunto de manchas pequenas
  que tem tendência individual para
  a extinção mas são
  suficientemente grandes e
  próximas de forma que a re-
  colonização é igual a extinção.
Meta-populações
– Meta-populações – rede de populações
  pequenas isoladas em habitats espaçados
  na paisagem. Esses grupos pequenos tem a
  tendência de serem extintos.
     Membros dos grupos que sobrevivem exportam
     indivíduos para colonizar esses habitats vazios.
     Membros dos grupos que sobrevivem também
     exportam indivíduos a habitats novos.
     A resposta da natureza para compensar a
     extinção. Podemos ajudar?
A meta-população
 clássica
                                       Toda mancha é igual
                                    Sem estrutura espacial
                                 Número grande de manchas
   tempo
                                    A mudança de deve a

                                         Extinção
                                             e
                                        Colonização



As meta-populações são protegidas pelos efeitos de
resgate ou a re-colonização após a extinção local
Meta-populações
Cada sub-população tem sua própria taxa de
  natalidade e mortalidade, e probabilidade de
  ser extinta (dependência da densidade da
  população inteira não importa - porque?)


Dinâmica depende da distância entre manchas,
  capacidade de dispersão, e número de
  manchas


Extingue se o número de manchas é pequeno
  demais
Dinâmica de Meta-populações
No conceito original de Levins (1969), muitas populações ou
   manchas de habitat apropriado estão conectados pela
dispersão ao largo de uma matriz intermédia de habitat não
apropriado (ou seja, nenhuma variabilidade de qualidade de
           habitat necessária entre as manchas)

                           Pop. ou
         Pop. ou           Habitat
         Habitat              B
                                            Habitat
            A                                vazio
                                               D
                        Pop. ou
                        Habitat
                           C
Dinâmica de Meta-populações
  Uma probabilidade finita de extinção existe em todas as
   manchas; em qualquer momento algumas manchas estão
ocupadas e algumas estão vazias; a meta-população se mantêm
 pela dispersão e re-colonização das manchas temporiamente
                            vazias

                           Pop. ou
         Pop. ou           Habitat
         Habitat              B
                                            Habitat
            A                                vazio
                                               D
                        Pop. ou
                        Habitat
                           C
Dinâmica de Meta-populações
A extinção de sub-populações locais pequenas pode ser inibida
pelo efeito de resgate (Brown e Kodric-Brown 1977), ou seja,
        os imigrantes que chegam de manchas vizinhas



                            Pop. ou
          Pop. ou           Habitat
          Habitat              B
                                             Habitat
             A                                vazio
                                                D
                         Pop. ou
                         Habitat
                            C
Dinâmica de Meta-
   populações
f = fração das manchas ocupadas
  (proporção de manchas que contem
  populações)
f varia ente 0 e 1
  – f= 0, a meta-população é extinta
    regionalmente
  – f = 1, todas as manchas estão ocupadas
Como caracterizar a dinâmica
    de meta-populações?

   Somente interesse se as manchas estão ocupadas:
                             16 manchas
                               4 ocupadas
                              12 vazias




O variável de estado é a fração das manchas ocupadas f.

                  f = 4/16 = 0.25
As taxas relevantes da dinâmica de
meta-populações:
Probabilidade de extinção local pe
      a probabilidade que num período de tempo uma
      população local será extinta.

            pe
                                          pe * f

Probabilidade de colonização local pi:
      a probabilidade que num período de tempo, uma mancha
      será colonizada.



                                          pi * (1  f )
            pi
As taxas relevantes da dinâmica
 de meta-populações:

A taxa da perda de ocupação:       pe * f

A taxa de re-colonização:        pi * (1  f )

                            df
A taxa de mudança de f:         pi (1  f )  pe * f
                            dt
Variáveis da Dinâmica de
    Meta-populações
Número de manchas apropriadas
p(t) p*(t)
  – p(t)= a fração das manchas de habitat
    ocupadas no tempo t
  – p(t) depende das taxas de extinção e
    colonização locais
Tempo para estabelecimento populacional
Distancia de dispersão e a capacidade de
 dispersão
Premissas do Modelo Geral
   de Meta-populações
Manchas homogêneas é iguais
Nenhuma estrutura espacial e nenhum efeito da
  distancia
Sem tempos de retorno no modelo contínuo
Taxas constantes de pe e pi
A ocorrência regional (f) afeita a colonização
  (pi) e extinção local (pe): a migração é
  importante
Número grande de manchas. Nenhuma
  estocasticidade demográfica devido ao
  número pequeno de manchas
Meta-populações
Definimos matematicamente a extinção e
  colonização
Extinção pe e assim a persistência é 1-pe
Colonização é pi e vacância é 1-pi
Podemos analisar o que acontece a uma
  mancha ou a meta-população inteira no
  tempo
Meta-populações
•O conceito de Meta-populações e a
heterogeneidade do habitat

•O modelo clássico de Levins       dp=cp(1-p)-ep
                                   dt
     •Dispersal Global
     •Manchas Homogêneas

•Técnicas práticas de Meta-populações
   •Efeitos do tamanho da Mancha
        •Dispersão limitada espacialmente

                   •Efeito de Resgate
O Modelo de Levins
         • Some proportion (p) of
           habitat patches is
           occupied
          Occupied Habitat


        Unoccupied Habitat

            • Continually, some
              habitats go
              extinct at rate m
O Modelo de Levins
            • Uma proporção (p)
              das manchas de
              habitat são
              ocupadas
            • Continuamente,
              algumas manchas se
              extinguem a taxa m

            • A re-colonização
              ocorre a partir das
              manchas sobreviventes
              (m)
O Modelo de Levins
            • Uma proporção (p)
              das manchas de
              habitat são
              ocupadas
            • Continuamente,
              algumas manchas se
              extinguem a taxa m

            • A re-colonização
              ocorre a partir das
              manchas sobreviventes
              (m)
O Modelo de Levins

   dp/dt = mp(1-p) -m p

Colonizatção é      Extinção ocorre
função de           somente em
manchas             manchas
ocupadas e          ocupadas
vazias
Qual é a dinâmica da proporção
das manchas de habitat ocupado
(p) nesse modelo?
dp/dt = mp (1 - p) - m p
Hanski (1994) demonstrou que isso resulta
em:
    dp/dt = (m - m) p (1 - p )
                      1 - m /m
                                    p

Isso é uma função sigmóide de p:
    dp/dt = h p ( 1 - p / d )
                                        Tempo
     h = (m - m) , d = (1 - m /m)
      ondee h e d são constantes
Meta-populações
Objetivos
 – Determinar como os parâmetros e e c
   influenciam a dinâmica de meta-
   populações
 – Determinar como o número de
   manchas num sistema afeita a
   probabilidade de extinção local e
   regional
Meta-populações
Um modelo similar ao equilíbrio de espécies em ilhas
descreve a dinâmica de uma meta-população sem um
continente. Neste caso, as ilhas vizinhas viram uma fonte de
colonização. A proporção de ilhas colonizadas muda segundo
a equação diferencial:


onde c = taxa de colonização por 1 ilha, e
e= taxa de extinção. A proporção em
equilíbrio de ilhas colonizadas pode ser
resolvida pela equação dp/dt = 0:

Esse modelo pode ser expandido ao
incorporar o tamanho da ilha e seu grau
de isolamento como no modelo anterior
O modelo básico de                                  A função básica da teoria da colonização de
                                                               ilhas de McArthur e Wilson
         Levins
                   KP                                            dS       R S 
           dP
               iP      eP                                           cS         eS
           dt       K                                             dt        R 
       Os modelos descrevem mudanças no número de espécies e ocupações no tempo
                                     dpi
                                          m 1  pi    pi
                                     dt
   O último modelo descreve as mudanças da probabilidade de ocorrência na mancha i a
                  uma taxa de colonização de m e taxa de extinção de 

  Premissas “canônicas’ adicionais                      O modelo básico de meta-populações
                   1
            i 
                   Ai                                                   dij
                                                          dpi                            a
                          
                              dij                              m (e A jp j ) 1  pi   pi
                                                                        
            mi   (e         
                                    A jp j )              dt     i, j                     Ai
                   i, j


      Descreve a probabilidade de ocorrências em termos das distancias médias entre
          manchas dij, a distancia média de migração a, e a área da ilha fonte Aj

                                               O modelo prevê
Ocorrências de espécies em ambientes fragmentados Troça Espacial de Espécies
Probabilidades de Extinção                                      Troça Temporal de Espécies
O modelo de Lotka e Volterra do
   crescimento populacional
                         dN        KN
                              rN ( de que a mudança da ocupação
Levins (1969) começou com a premissa   )
                         dt         K
de habitats solitários e separados espacialmente (ilhas) segue
mesmo modelo.
P é o número de ilhas (total K) ocupadas. Q= K-P é a probabilidade
de ilhas não ocupadas. m é a imigração e e a probabilidade de
extinção local.
              Imigração
        dP       KP      Q          Em equilíbrio dP/dt = 0
            mP       mP  
        dt       K        K
               Emigração
                                            KP       P      e
                                    0  mP       eP   1 
                dP                          K         K      m
                    eP
                dt

         dP       KP
             mP       eP
         dt       K 
O modelo de Lotka e Volterra do
   crescimento populacional
                       dP          K(t)  P 
                           m(t)P             e(t)P
                       dt          K(t) 
                 m, e e até K não são constantes simples.
    Esses variáveis variam no tempo com respeito a outros variáveis

c(t) = f(área, qualidade de habitat, capacidade de dispersão, capacidades
      de suporte, composição genética, distancia as manchas, efeitos de
      borda, número de manchas, morfologia, taxas de produção, nível
      trófico, heterogeneidade, efeitos competitivos, variabilidade
      temporal, taxas de mortalidade, influencias ambientais, recursos,
      distribuição etária...)
e(t) = f(área, qualidade de habitat, capacidade de dispersão, capacidades
      de suporte, composição genética, distancias as manchas, efeitos de
      borda, número de manchas, morfologia, taxa reprodutiva, nível
      trófico, heterogeneidade, efeitos competitivos, variabilidade
      temporal, taxa de mortalidade, influencias ambientais, recursos,
      distribuição etária, carga genética, localização do par reprodutivo,
      eventos estocásticos...)
Modelo de Levins (1969, 1970)
A taxa de mudança da fração do habitat
  ocupado (manchas, p)
               dp/dt = cp(1-p) – ep
onde e é a taxa de extinção local de manchas e c
  é a taxa de re-colonização de manchas vazias
Idêntico estruturalmente ao modelo logístico
  (Hanski 1994)
         dp/dt = (c - e)p {1- p/[1- (e/c)]}
A meta-população total alcança um equilíbrio
  estável com uma fração p* =1- e/c de
  manchas ocupadas
Dinâmica de Metapopulações
Modelo de Levins            (áreas iguais das manchas)

                           P : fração das manchas ocupadas
                        (1-P) : fração das manchas vazias
                           c : taxa de re-colonização
                            e : taxa de extinção
                       dP  cP(1 P) eP
                       dt
 A re-colonização aumenta com o número de manchas vazias
 (1-P) e com o número de manchas ocupadas (P).

 A extinção aumenta com o número de manchas sujeitos a
 extinlçao (P).
Dinâmica de Meta-populações

         Modelo de Levins:            dP
                                          mP(1  P)  eP
                                      dt

        dP/dt = 0 => P1* = 1 – e/m            P2* = 0
                                   Melitaea cinxia

                                                         Valor de   a!


                                     Hanski e Gyllenberg (1993) Two
                                     general meta-população models and
           Entre meta-populações     the core-satellite species
                                     hypothesis. American Naturalist
Hanski et al. 1995
                                     142, 17-41
Dinâmica de Metapopulações
Modelo de Levins          (áreas iguais das manchas)

                          P : fração das manchas ocupadas
                       (1-P) : fração das manchas vazias
                          c : taxa de re-colonização
                           e : taxa de extinção
                          cP cP2 eP         Dado (c – e) > 0,
  dP  cP(1 P) eP       (c e)P cP2        a meta-população
  dt                                                   cresce até o
                                                    
                                   
                                           P         
                                                         equilíbrio
     P       1-e/c        (c e)P 1
                                   
                                   
                                                     
                                                     
                                        1 e / c
                                                  
                                                   
                                   
                                   
                                        
                                        
                                                    
                                                        dP/dt = 0 =>
                                                          P* = 1 – e/c
               tempo      dN      1  N 
                              rN        (trivial: P* = 0)
                          dt       K
Modelo Geral de Meta-
        populações
Substituir as equações de I e E no modelo
 anterior de meta-populações

      df
          pi (1  f )  pe f
      dt
A dinâmica de uma meta-população é um
balance entre a colonização e a extinção
Equilíbrio é P
    Taxas de extinção e colonização são iguais (E = C)
    A taxa de crescimento da meta-população é 0 (DP/Dt = 0)
O valor de equilíbrio de P é uma função de:
    Probabilidade de extinção (e)
    Probabilidade de colonização (m)
    P = 1 – e/m
Premissas do modelo de Levins:
    Todas as manchas são do tamanho e qualidade igual
    Cada mancha contribua de forma igual ao poço de emigrantes
    Emigrantes têm uma probabilidade igual de colonizar qualquer
     mancha de habitat não ocupada
    Probabilidade de extinção de qualquer população local é
     independente das outras populações locais (assíncronas)
Mas, muitas dessas premissas não são reais!
A dinâmica de uma meta-população é um
balance entre a colonização e a extinção
Modelo simples da dinâmica de uma meta-
  população
A taxa de colonização de manchas vazias (C)
   Depende da fração de manchas vazias (1 – P)
    disponíveis para a colonização e
   A fração de manchas ocupadas que emitam
    colonizadoras (P) e
   A probabilidade de colonização (m)
   C = [mp (1 – P)]
O crescimento da meta-população é análogo ao
 crescimento populacional
   A mudança na fração de manchas de habitat
    ocupadas por populações locais no tempo
   DP/Dt = C – E ou DP/Dt = [mP (1 – P)] – eP
Modelagem da meta-
população clássica
Extinção = taxa de extinção x proporção de manchas
ocupadas
             = e.p
Colonização = taxa de colonização x proporção de
manchas vazias
             = cp. (1-p)

                              C
 E


     0              1
           p                   0      p         1
Dinâmica de Meta-
        populações
A mudança de f no tempo
  – f pode aumentar se manchas vazias são
    colonizadas
      I = a taxa de imigração: proporção das manchas
      colonizadas por unidade de tempo
  – f pode diminuir se as manchas ocupadas se
    tornam extintas
      E = a taxa de extinção: proporção de manchas
      que são extintas
  – A mudança de f pode ser modelada como:
      df/dt = I - E
Taxa de Imigração (I)
I = pi (1-f)
  – I é igual a zero sob duas condições
       Quando pi = 0, a probabilidade de colonização
       local é zero (nenhuma migração possível) ou
       Quando f = 1, todas as manchas estão ocupadas
Equilíbrio de meta-
          populaçôes
Equilíbrio de f (a fração de manchas
 ocupadas) existe no modelo de meta-
 populações quando I = E
Taxas de Extinção e Colonização como
  Função de Ocupação de Manchas


                                           Taxa de extinção
                                                 (eP)

    Taxa de colonização
       [mp(1 – P)]




                      Valor de equilíbrio de ocupação de
                                   manchas
Modelagem da meta-
     população clássica
   Em equilíbrio

   Extinção = Colonização    Pergunta
   ep = cp (1-p)
                             O que influencia a
   P*= 1- e/c
                             Extinção
          Graficamente

                             Colonização
Central




      0                  1
                p
Meta-populações clássicas e
perda de habitat
 Perda de uma mancha        Redução do tamanho da mancha
 -->uma taxa reduzida de    Aumento de extinção
       colonização          Redução da colonização




   0                    1
          Pnovo Poriginal
                                   0                  1
                                          Pnovo   Poriginal
A dinâmica de uma meta-população é um
 balance entre a colonização e a extinção
A persistência de uma meta-população refeita
  um balance entre:
   A extinção de populações locais e
   A re-colonização de manchas vazias
Um modelo simples da dinâmica de uma meta-
 população
   Proposto por Levins (1970)
   O tamanho da meta-população é definido pela
    fração de manchas discretas de habitat (P) ocupada
    num período de tempo (t)
   Dentro de um intervalo de tempo, cada sub-
    população ocupando uma mancha tem uma
    probabilidade de extinção (e)
   Assim, a taxa pela qual as sub-populações são
    extintas (E) is é E = eP
Tipos de extinções em
  meta-populações
Extinção Local
  – A extinção de uma população local


Extinção Regional
  – Todas as populações são extintas
  – Probabilidade de extinção regional
    tipicamente menor do que a probabilidade
    de extinção local
A perturbação física e biológica
freqüentemente resulta na rápida
extinção local
A re-colonização é assim necessária para que uma espécie
persiste a uma escala regional
                                   dN/dt = cN(1-N) – eN

                                         Modelo de Levins
                                         N = tamanho populacional
                                         c = taxa de colonização
                                         e = extinção

Nos sistemas terrestres, essa dinâmica pode ser formalizada pela
dinâmica de meta-populações. Porém, nos sistemas marinhos, o termo
da dispersão (colonização) é dominante, e por isso a dinâmica da meta-
população provavelmente se aplica raramente
Probabilidade da Extinção
          Local
Probabilidade de extinção de uma
  população numa mancha ocupada (pe)

pe varia entre 0 e 1
  – No tempo, toda população é extinta, e por
    isso precisamos especificar a unidade
    temporal para medir a probabilidade de
    extinção (anos ou décadas)
Taxa de Extinção (E)
E = pe f

E é o produto da probabilidade de
  extinção local vezes a fração de
  manchas ocupadas.

E é igual a zero sob duas condições:
  – Probabilidade de extinção é (pe=0)
  – Nenhuma das manchas é ocupada (f = 0)
Probabilidade da Extinção
         Regional
Para considerar o que acontece a meta-
  população inteira (ou seja a probabilidade
  de extinção da população inteira)
Se todas as manchas tem a mesma
  probabilidade de extinção, essa é
  simplesmente pex
Por exemplo, se pe=0.5 entre 6 manchas
  então Px = 1-(pe)x ou 0.56 = 0.0156 ou
  1.5%
Meta-populações
Com a definição de e e c, fazemos o
 modelo básico de meta-populações
              df / dt = I -E
 onde f é a fração de manchas ocupadas
 no sistema (por exemplo, 5/25 = 0.2)

Se f é a fração de manchas ocupadas,
 então 1-f é a fração de manchas vazias,
 e podemos computar I como I = pi (1 -f )
Meta-populações
Começando com E, a taxa de extinção de
 manchas ocupadas

E deve depender do número de manchas
 ocupadas e a probabilidade de extinção
 ( pe )            E=p f e


Substituindo os novos valores de I e E
          df/dt = pi (1 – f) - pef
Exemplo de uma meta-
população clássica de
3 condados da Florida
central. A ocorrência
de Aphelocoma
coerulescensus em
ilhas pequenas de
distancias iguais entre
ilhas.
Pergunta
You are studying insect infestations of
isolated isolated desert shrubs. Though not
lethal to the shrub, your observations
suggest that the insetos morrem sob a
mangue com uma probabilidade de 0.3 por
semana e que as mangues vazias são
colonizadas com uma probabilidade de 0.4 a
cada semana. What is the expected
equilibrium occurrence of colonized shrubs in
this desert area? Como poderia ser
testada?
Assuming that Levin’s model is appropriate:

     dp/dt = (m - m) p (1 - p )
                        1 - m /m
   m = 0.4         Is there a potential to persist?
   m = 0.3                  iff. m > m

What is the equilibrium
proportion of occupancy
predicted?            peq = 1 - m /m 1 - 0.3/0.4 = 0.25
 What if a subsequent survey indicates 50% occupan
Resultado Central
É possível existir instabilidade em escalas locais: Ainda
  se nenhuma das populações locais é estável
Mas pode existir estabilidade em escalas maiores: …uma
  meta-população pode persistir estavelmente como
  resultado de extinções e re-colonizações aleatórias A
  extinção e colonização local tomam papeis de
  organização. A persistência de uma meta-população
  depende menos das taxas locais de mortalidade e
  natalidade, imigração ou emigração e mais nas taxas
  de extinção e colonização
A adição de detalhes relevantes. O modelo de Levins
  não considera a variação dos processos e variáveis que
  potencialmente podem influenciar a dinâmica, como o
  tamanho das manchas, a localização espacial das
  manchas, e a dinâmica de populações dentro manchas
  individuais
O modelo clássico de meta-populações não
e real: todas as manchas são do mesmo
tamanho; todas as manchas são
igualmente conectadas

Mas as manchas naturais variam de tamanho e
isolamento
 Modelos de meta-populações espacialmente
 realísticos




Pergunta: Quais manchas têm mais probabilidade de
serem extintas ou ser colonizadas de novo?
Idéias Principais da Ecologia
     de Meta-populações
1.  O tamanho populacional é afeitado pela migração
2. A densidade populacional é afeitado pela área e grau de
    isolamento
3. Dinâmica local assíncrona
4. Troca populacional, extinções locais e novas colonizações
5. Presencia de habitat vazio
6. Meta-populações persistem em face da troca populacional
7. O risco de extinção depende da área da mancha
8. Modelos espacialmente reais podem prever a dinâmica de meta-
    populações em paisagens altamente fragmentadas
9. A coexistência de meta-populações de competidoras
    (competidora inferior é colonizadora superior)
10. A coexistência de meta-populações de predadores e presas
Leitura
MacAuthur, R.H. e E.O. Wilson. 1967. The
  theory of Island Biogeography.
  Monographs in Population Biology.
Levins, R. 1970. Some demographic and
  genetic consequences of heterogeneity
  for biological control. Bull. Ent. Soc. Am.
  15:237-240

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Modelo Básico de Meta-populações

  • 1. Ecologia de Populações Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com
  • 2. Demografia Específica ao Habitat Teoria de biogeografia insular Teoria da meta-população
  • 3. Raízes históricas co conceito de meta-populações Andrewartha e Birch (1954) “…pontos que estão ocupados hoje podem ficar vazios amanha e ocupados de novo na próxima semana ou próximo ano” •Foco na estocasticidade ambiental, extinção local, e falta de equilíbrio sugerido pelos modelos simples de dependência de densidade. MacArthur e Wilson (1967) •Teoria de biogeografia insular •Previsão da riqueza de espécies em ilhas reais baseada na dinâmica de colonização e extinção
  • 4. Biogeografia Insular MacArthur e Wilson propuseram que habitat apropriado e a diversidade de espécies variam diretamente Quanto mais habitat mais espécies “população” em equilíbrio de espécies (extinção – re-colonização)
  • 5. Meta-população Proposto por Levins em 1969, mas ignorado por 20 anos Originou a partir da “teoria da biogeografia de ilhas”, de MacArthur e Wilson em 1967 Muito interesse a partir de 1990 A dinâmica populacional opera em dois níveis – entre e dentro de manchas
  • 6. Teoria de Meta-populações Biogeografia de ilhas continente Meta-população de Levins
  • 7. Uma comparação entre a biogeografia insular e meta- populações  Equilíbrio: Riqueza de Espécies versus população  Técnica de comunidade vs. Técnica de população:  A teoria insular ignora a presencia e ausência de espécies individuais  Movimentação entre manchas
  • 8. Populações pequenas e extinções locais Biogeografia de Meta-população Ilhas Habitat vazio re- Extinções colonizado mas a substituídas por extinção é elevada re-colonizações Habitat vazio Persistência muita importante rara na realidade Habitat pequeno importante para a persistência
  • 9. As causas para uma (meta)população pequena/espécie rara Poucas manchas (ilhas) Poucos indivíduos demais em cada mancha Manchas ficam apropriadas por pouco tempo A distancia de dispersão é além da capacidade do indivíduo
  • 10. Teoria de Meta-populações Desenvolvida a partir de 1950 Primeira evidencia experimental em 1958 Populações de um predador e uma presa eram mais estáveis (menos oscilações) e que a persistência aumenta quando o habitat é mais heterogêneo As populações pequenas as vezes ocupam temporariamente habitats pequenos
  • 11. Historia de meta-populações (Hanski 1999 Metapopulation Ecology) – Populações locais conectadas pela migração; colonização e extinção (Andrewartha e Birch 1954) de demes locais (Sewall Wright 1940) – Os ‘Experimentos de garrafa’ com moscas varejeiras (Nicholson 1933) e ácaros (Huffaker (1958) – Biogeografia de ilhas – balance entre imigração e extinção (MacArthur e Wilson 1967) – Evolução da dispersão numa meta-população (Gadgil 1971) e espalhamento dos riscos (den Boer 1968) – A persistência de meta-populações refleitando um balance entre a colonização e a extinção (Levins 19969, 1970) – Começo teórico a partir de 1990 (Hanski 1999)
  • 12. Meta-populações A teoria de meta-populações (Levins 1969, 1970) descreve uma rede de manchas, algumas ocupadas e outras vazias, na qual as sub-populações se interagem Esse modelo clássico se baseia na presencia e ausência, e não de um modelo demográfica
  • 13. O Modelo de Levins é Simples Uma técnica espacialmente implícita — mas não considera as localizações de manchas de habitat. A dispersão é global e a colonização é equiprovável independente de onde uma mancha se localiza. As manchas são homogêneas — ignora qualquer variação do tamanho da mancha e qualidade de habitat
  • 14. Teoria de Meta-populações As ilhas de habitas sofrem extinções periódicas previsíveis As ilhas são re-colonizadas por dispersoras de ilhas vizinhas Se a migração é maior do que a extinção a população persiste
  • 15. Processos Chaves Extinção – Usualmente uma constante multiplicado pelo número de manchas ocupadas Colonização – Dependente de número de manchas ocupadas (fontes de colonizadores) e manchas vazias (alvos) Troca – Extinção de populações locais e o estabelecimento de populações locais novas em manchas vazias de habitat por migrantes de populações locais existentes Enfoque populações é não espécies, como na teoria de biogeografia insular
  • 16. Processos chaves em populações reais • Colônias reprodutivas de common Eiders em ilhas demonstram trocas elevadas, mas o tamanho populacional em vez do isolamento é um indicador melhor da extinção e colonização (Chaulk et al. 2006). – As espécies migratórias com uma capacidade boa de dispersão e tamanhos grandes de ilhas têm mais predadores do que em ilhas pequenas • Os insetos em dunas de areia na Europa têm dinâmicas de extinção e colonização consistentes com meta- populações e nas espécies com tamanho limitado de mancha de dispersão e isolamento são indicadores melhores da troca (Maes e Bonte 2006). – Uma diversidade maior em sistemas de dunas grandes e conectados (a esquerda)
  • 17. A Meta-população Clássica Um conjunto de manchas pequenas que tem tendência individual para a extinção mas são suficientemente grandes e próximas de forma que a re- colonização é igual a extinção.
  • 18. Meta-populações – Meta-populações – rede de populações pequenas isoladas em habitats espaçados na paisagem. Esses grupos pequenos tem a tendência de serem extintos. Membros dos grupos que sobrevivem exportam indivíduos para colonizar esses habitats vazios. Membros dos grupos que sobrevivem também exportam indivíduos a habitats novos. A resposta da natureza para compensar a extinção. Podemos ajudar?
  • 19. A meta-população clássica Toda mancha é igual Sem estrutura espacial Número grande de manchas tempo A mudança de deve a Extinção e Colonização As meta-populações são protegidas pelos efeitos de resgate ou a re-colonização após a extinção local
  • 20. Meta-populações Cada sub-população tem sua própria taxa de natalidade e mortalidade, e probabilidade de ser extinta (dependência da densidade da população inteira não importa - porque?) Dinâmica depende da distância entre manchas, capacidade de dispersão, e número de manchas Extingue se o número de manchas é pequeno demais
  • 21. Dinâmica de Meta-populações No conceito original de Levins (1969), muitas populações ou manchas de habitat apropriado estão conectados pela dispersão ao largo de uma matriz intermédia de habitat não apropriado (ou seja, nenhuma variabilidade de qualidade de habitat necessária entre as manchas) Pop. ou Pop. ou Habitat Habitat B Habitat A vazio D Pop. ou Habitat C
  • 22. Dinâmica de Meta-populações Uma probabilidade finita de extinção existe em todas as manchas; em qualquer momento algumas manchas estão ocupadas e algumas estão vazias; a meta-população se mantêm pela dispersão e re-colonização das manchas temporiamente vazias Pop. ou Pop. ou Habitat Habitat B Habitat A vazio D Pop. ou Habitat C
  • 23. Dinâmica de Meta-populações A extinção de sub-populações locais pequenas pode ser inibida pelo efeito de resgate (Brown e Kodric-Brown 1977), ou seja, os imigrantes que chegam de manchas vizinhas Pop. ou Pop. ou Habitat Habitat B Habitat A vazio D Pop. ou Habitat C
  • 24. Dinâmica de Meta- populações f = fração das manchas ocupadas (proporção de manchas que contem populações) f varia ente 0 e 1 – f= 0, a meta-população é extinta regionalmente – f = 1, todas as manchas estão ocupadas
  • 25. Como caracterizar a dinâmica de meta-populações? Somente interesse se as manchas estão ocupadas: 16 manchas 4 ocupadas 12 vazias O variável de estado é a fração das manchas ocupadas f. f = 4/16 = 0.25
  • 26. As taxas relevantes da dinâmica de meta-populações: Probabilidade de extinção local pe a probabilidade que num período de tempo uma população local será extinta. pe pe * f Probabilidade de colonização local pi: a probabilidade que num período de tempo, uma mancha será colonizada. pi * (1  f ) pi
  • 27. As taxas relevantes da dinâmica de meta-populações: A taxa da perda de ocupação: pe * f A taxa de re-colonização: pi * (1  f ) df A taxa de mudança de f:  pi (1  f )  pe * f dt
  • 28. Variáveis da Dinâmica de Meta-populações Número de manchas apropriadas p(t) p*(t) – p(t)= a fração das manchas de habitat ocupadas no tempo t – p(t) depende das taxas de extinção e colonização locais Tempo para estabelecimento populacional Distancia de dispersão e a capacidade de dispersão
  • 29. Premissas do Modelo Geral de Meta-populações Manchas homogêneas é iguais Nenhuma estrutura espacial e nenhum efeito da distancia Sem tempos de retorno no modelo contínuo Taxas constantes de pe e pi A ocorrência regional (f) afeita a colonização (pi) e extinção local (pe): a migração é importante Número grande de manchas. Nenhuma estocasticidade demográfica devido ao número pequeno de manchas
  • 30. Meta-populações Definimos matematicamente a extinção e colonização Extinção pe e assim a persistência é 1-pe Colonização é pi e vacância é 1-pi Podemos analisar o que acontece a uma mancha ou a meta-população inteira no tempo
  • 31. Meta-populações •O conceito de Meta-populações e a heterogeneidade do habitat •O modelo clássico de Levins dp=cp(1-p)-ep dt •Dispersal Global •Manchas Homogêneas •Técnicas práticas de Meta-populações •Efeitos do tamanho da Mancha •Dispersão limitada espacialmente •Efeito de Resgate
  • 32. O Modelo de Levins • Some proportion (p) of habitat patches is occupied Occupied Habitat Unoccupied Habitat • Continually, some habitats go extinct at rate m
  • 33. O Modelo de Levins • Uma proporção (p) das manchas de habitat são ocupadas • Continuamente, algumas manchas se extinguem a taxa m • A re-colonização ocorre a partir das manchas sobreviventes (m)
  • 34. O Modelo de Levins • Uma proporção (p) das manchas de habitat são ocupadas • Continuamente, algumas manchas se extinguem a taxa m • A re-colonização ocorre a partir das manchas sobreviventes (m)
  • 35. O Modelo de Levins dp/dt = mp(1-p) -m p Colonizatção é Extinção ocorre função de somente em manchas manchas ocupadas e ocupadas vazias Qual é a dinâmica da proporção das manchas de habitat ocupado (p) nesse modelo?
  • 36. dp/dt = mp (1 - p) - m p Hanski (1994) demonstrou que isso resulta em: dp/dt = (m - m) p (1 - p ) 1 - m /m p Isso é uma função sigmóide de p: dp/dt = h p ( 1 - p / d ) Tempo h = (m - m) , d = (1 - m /m) ondee h e d são constantes
  • 37. Meta-populações Objetivos – Determinar como os parâmetros e e c influenciam a dinâmica de meta- populações – Determinar como o número de manchas num sistema afeita a probabilidade de extinção local e regional
  • 38. Meta-populações Um modelo similar ao equilíbrio de espécies em ilhas descreve a dinâmica de uma meta-população sem um continente. Neste caso, as ilhas vizinhas viram uma fonte de colonização. A proporção de ilhas colonizadas muda segundo a equação diferencial: onde c = taxa de colonização por 1 ilha, e e= taxa de extinção. A proporção em equilíbrio de ilhas colonizadas pode ser resolvida pela equação dp/dt = 0: Esse modelo pode ser expandido ao incorporar o tamanho da ilha e seu grau de isolamento como no modelo anterior
  • 39. O modelo básico de A função básica da teoria da colonização de ilhas de McArthur e Wilson Levins KP dS  R S  dP  iP    eP  cS    eS dt  K  dt  R  Os modelos descrevem mudanças no número de espécies e ocupações no tempo dpi  m 1  pi    pi dt O último modelo descreve as mudanças da probabilidade de ocorrência na mancha i a uma taxa de colonização de m e taxa de extinção de  Premissas “canônicas’ adicionais O modelo básico de meta-populações 1 i  Ai dij dpi  a  dij  m (e A jp j ) 1  pi   pi  mi   (e  A jp j ) dt i, j Ai i, j Descreve a probabilidade de ocorrências em termos das distancias médias entre manchas dij, a distancia média de migração a, e a área da ilha fonte Aj O modelo prevê Ocorrências de espécies em ambientes fragmentados Troça Espacial de Espécies Probabilidades de Extinção Troça Temporal de Espécies
  • 40. O modelo de Lotka e Volterra do crescimento populacional dN KN  rN ( de que a mudança da ocupação Levins (1969) começou com a premissa ) dt K de habitats solitários e separados espacialmente (ilhas) segue mesmo modelo. P é o número de ilhas (total K) ocupadas. Q= K-P é a probabilidade de ilhas não ocupadas. m é a imigração e e a probabilidade de extinção local. Imigração dP  KP Q Em equilíbrio dP/dt = 0  mP    mP   dt  K  K Emigração  KP P e 0  mP    eP   1  dP  K  K m  eP dt dP  KP  mP    eP dt  K 
  • 41. O modelo de Lotka e Volterra do crescimento populacional dP  K(t)  P   m(t)P    e(t)P dt  K(t)  m, e e até K não são constantes simples. Esses variáveis variam no tempo com respeito a outros variáveis c(t) = f(área, qualidade de habitat, capacidade de dispersão, capacidades de suporte, composição genética, distancia as manchas, efeitos de borda, número de manchas, morfologia, taxas de produção, nível trófico, heterogeneidade, efeitos competitivos, variabilidade temporal, taxas de mortalidade, influencias ambientais, recursos, distribuição etária...) e(t) = f(área, qualidade de habitat, capacidade de dispersão, capacidades de suporte, composição genética, distancias as manchas, efeitos de borda, número de manchas, morfologia, taxa reprodutiva, nível trófico, heterogeneidade, efeitos competitivos, variabilidade temporal, taxa de mortalidade, influencias ambientais, recursos, distribuição etária, carga genética, localização do par reprodutivo, eventos estocásticos...)
  • 42. Modelo de Levins (1969, 1970) A taxa de mudança da fração do habitat ocupado (manchas, p) dp/dt = cp(1-p) – ep onde e é a taxa de extinção local de manchas e c é a taxa de re-colonização de manchas vazias Idêntico estruturalmente ao modelo logístico (Hanski 1994) dp/dt = (c - e)p {1- p/[1- (e/c)]} A meta-população total alcança um equilíbrio estável com uma fração p* =1- e/c de manchas ocupadas
  • 43. Dinâmica de Metapopulações Modelo de Levins (áreas iguais das manchas) P : fração das manchas ocupadas (1-P) : fração das manchas vazias c : taxa de re-colonização e : taxa de extinção dP  cP(1 P) eP dt A re-colonização aumenta com o número de manchas vazias (1-P) e com o número de manchas ocupadas (P). A extinção aumenta com o número de manchas sujeitos a extinlçao (P).
  • 44. Dinâmica de Meta-populações Modelo de Levins: dP  mP(1  P)  eP dt dP/dt = 0 => P1* = 1 – e/m P2* = 0 Melitaea cinxia Valor de a! Hanski e Gyllenberg (1993) Two general meta-população models and Entre meta-populações the core-satellite species hypothesis. American Naturalist Hanski et al. 1995 142, 17-41
  • 45. Dinâmica de Metapopulações Modelo de Levins (áreas iguais das manchas) P : fração das manchas ocupadas (1-P) : fração das manchas vazias c : taxa de re-colonização e : taxa de extinção  cP cP2 eP Dado (c – e) > 0, dP  cP(1 P) eP  (c e)P cP2 a meta-população dt   cresce até o    P  equilíbrio P 1-e/c  (c e)P 1     1 e / c            dP/dt = 0 => P* = 1 – e/c tempo dN 1  N   rN   (trivial: P* = 0) dt  K
  • 46. Modelo Geral de Meta- populações Substituir as equações de I e E no modelo anterior de meta-populações df  pi (1  f )  pe f dt
  • 47. A dinâmica de uma meta-população é um balance entre a colonização e a extinção Equilíbrio é P  Taxas de extinção e colonização são iguais (E = C)  A taxa de crescimento da meta-população é 0 (DP/Dt = 0) O valor de equilíbrio de P é uma função de:  Probabilidade de extinção (e)  Probabilidade de colonização (m)  P = 1 – e/m Premissas do modelo de Levins:  Todas as manchas são do tamanho e qualidade igual  Cada mancha contribua de forma igual ao poço de emigrantes  Emigrantes têm uma probabilidade igual de colonizar qualquer mancha de habitat não ocupada  Probabilidade de extinção de qualquer população local é independente das outras populações locais (assíncronas) Mas, muitas dessas premissas não são reais!
  • 48. A dinâmica de uma meta-população é um balance entre a colonização e a extinção Modelo simples da dinâmica de uma meta- população A taxa de colonização de manchas vazias (C)  Depende da fração de manchas vazias (1 – P) disponíveis para a colonização e  A fração de manchas ocupadas que emitam colonizadoras (P) e  A probabilidade de colonização (m)  C = [mp (1 – P)] O crescimento da meta-população é análogo ao crescimento populacional  A mudança na fração de manchas de habitat ocupadas por populações locais no tempo  DP/Dt = C – E ou DP/Dt = [mP (1 – P)] – eP
  • 49. Modelagem da meta- população clássica Extinção = taxa de extinção x proporção de manchas ocupadas = e.p Colonização = taxa de colonização x proporção de manchas vazias = cp. (1-p) C E 0 1 p 0 p 1
  • 50. Dinâmica de Meta- populações A mudança de f no tempo – f pode aumentar se manchas vazias são colonizadas I = a taxa de imigração: proporção das manchas colonizadas por unidade de tempo – f pode diminuir se as manchas ocupadas se tornam extintas E = a taxa de extinção: proporção de manchas que são extintas – A mudança de f pode ser modelada como: df/dt = I - E
  • 51. Taxa de Imigração (I) I = pi (1-f) – I é igual a zero sob duas condições Quando pi = 0, a probabilidade de colonização local é zero (nenhuma migração possível) ou Quando f = 1, todas as manchas estão ocupadas
  • 52. Equilíbrio de meta- populaçôes Equilíbrio de f (a fração de manchas ocupadas) existe no modelo de meta- populações quando I = E
  • 53. Taxas de Extinção e Colonização como Função de Ocupação de Manchas Taxa de extinção (eP) Taxa de colonização [mp(1 – P)] Valor de equilíbrio de ocupação de manchas
  • 54. Modelagem da meta- população clássica Em equilíbrio Extinção = Colonização Pergunta ep = cp (1-p) O que influencia a P*= 1- e/c Extinção Graficamente Colonização Central 0 1 p
  • 55. Meta-populações clássicas e perda de habitat Perda de uma mancha Redução do tamanho da mancha -->uma taxa reduzida de Aumento de extinção colonização Redução da colonização 0 1 Pnovo Poriginal 0 1 Pnovo Poriginal
  • 56. A dinâmica de uma meta-população é um balance entre a colonização e a extinção A persistência de uma meta-população refeita um balance entre:  A extinção de populações locais e  A re-colonização de manchas vazias Um modelo simples da dinâmica de uma meta- população  Proposto por Levins (1970)  O tamanho da meta-população é definido pela fração de manchas discretas de habitat (P) ocupada num período de tempo (t)  Dentro de um intervalo de tempo, cada sub- população ocupando uma mancha tem uma probabilidade de extinção (e)  Assim, a taxa pela qual as sub-populações são extintas (E) is é E = eP
  • 57. Tipos de extinções em meta-populações Extinção Local – A extinção de uma população local Extinção Regional – Todas as populações são extintas – Probabilidade de extinção regional tipicamente menor do que a probabilidade de extinção local
  • 58. A perturbação física e biológica freqüentemente resulta na rápida extinção local A re-colonização é assim necessária para que uma espécie persiste a uma escala regional dN/dt = cN(1-N) – eN Modelo de Levins N = tamanho populacional c = taxa de colonização e = extinção Nos sistemas terrestres, essa dinâmica pode ser formalizada pela dinâmica de meta-populações. Porém, nos sistemas marinhos, o termo da dispersão (colonização) é dominante, e por isso a dinâmica da meta- população provavelmente se aplica raramente
  • 59. Probabilidade da Extinção Local Probabilidade de extinção de uma população numa mancha ocupada (pe) pe varia entre 0 e 1 – No tempo, toda população é extinta, e por isso precisamos especificar a unidade temporal para medir a probabilidade de extinção (anos ou décadas)
  • 60. Taxa de Extinção (E) E = pe f E é o produto da probabilidade de extinção local vezes a fração de manchas ocupadas. E é igual a zero sob duas condições: – Probabilidade de extinção é (pe=0) – Nenhuma das manchas é ocupada (f = 0)
  • 61. Probabilidade da Extinção Regional Para considerar o que acontece a meta- população inteira (ou seja a probabilidade de extinção da população inteira) Se todas as manchas tem a mesma probabilidade de extinção, essa é simplesmente pex Por exemplo, se pe=0.5 entre 6 manchas então Px = 1-(pe)x ou 0.56 = 0.0156 ou 1.5%
  • 62. Meta-populações Com a definição de e e c, fazemos o modelo básico de meta-populações df / dt = I -E onde f é a fração de manchas ocupadas no sistema (por exemplo, 5/25 = 0.2) Se f é a fração de manchas ocupadas, então 1-f é a fração de manchas vazias, e podemos computar I como I = pi (1 -f )
  • 63. Meta-populações Começando com E, a taxa de extinção de manchas ocupadas E deve depender do número de manchas ocupadas e a probabilidade de extinção ( pe ) E=p f e Substituindo os novos valores de I e E df/dt = pi (1 – f) - pef
  • 64. Exemplo de uma meta- população clássica de 3 condados da Florida central. A ocorrência de Aphelocoma coerulescensus em ilhas pequenas de distancias iguais entre ilhas.
  • 65. Pergunta You are studying insect infestations of isolated isolated desert shrubs. Though not lethal to the shrub, your observations suggest that the insetos morrem sob a mangue com uma probabilidade de 0.3 por semana e que as mangues vazias são colonizadas com uma probabilidade de 0.4 a cada semana. What is the expected equilibrium occurrence of colonized shrubs in this desert area? Como poderia ser testada?
  • 66. Assuming that Levin’s model is appropriate: dp/dt = (m - m) p (1 - p ) 1 - m /m m = 0.4 Is there a potential to persist? m = 0.3 iff. m > m What is the equilibrium proportion of occupancy predicted? peq = 1 - m /m 1 - 0.3/0.4 = 0.25 What if a subsequent survey indicates 50% occupan
  • 67. Resultado Central É possível existir instabilidade em escalas locais: Ainda se nenhuma das populações locais é estável Mas pode existir estabilidade em escalas maiores: …uma meta-população pode persistir estavelmente como resultado de extinções e re-colonizações aleatórias A extinção e colonização local tomam papeis de organização. A persistência de uma meta-população depende menos das taxas locais de mortalidade e natalidade, imigração ou emigração e mais nas taxas de extinção e colonização A adição de detalhes relevantes. O modelo de Levins não considera a variação dos processos e variáveis que potencialmente podem influenciar a dinâmica, como o tamanho das manchas, a localização espacial das manchas, e a dinâmica de populações dentro manchas individuais
  • 68. O modelo clássico de meta-populações não e real: todas as manchas são do mesmo tamanho; todas as manchas são igualmente conectadas Mas as manchas naturais variam de tamanho e isolamento Modelos de meta-populações espacialmente realísticos Pergunta: Quais manchas têm mais probabilidade de serem extintas ou ser colonizadas de novo?
  • 69. Idéias Principais da Ecologia de Meta-populações 1. O tamanho populacional é afeitado pela migração 2. A densidade populacional é afeitado pela área e grau de isolamento 3. Dinâmica local assíncrona 4. Troca populacional, extinções locais e novas colonizações 5. Presencia de habitat vazio 6. Meta-populações persistem em face da troca populacional 7. O risco de extinção depende da área da mancha 8. Modelos espacialmente reais podem prever a dinâmica de meta- populações em paisagens altamente fragmentadas 9. A coexistência de meta-populações de competidoras (competidora inferior é colonizadora superior) 10. A coexistência de meta-populações de predadores e presas
  • 70. Leitura MacAuthur, R.H. e E.O. Wilson. 1967. The theory of Island Biogeography. Monographs in Population Biology. Levins, R. 1970. Some demographic and genetic consequences of heterogeneity for biological control. Bull. Ent. Soc. Am. 15:237-240