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ecovirt:roteiro:sucess:tradeoff_base [2023/11/29 10:58] 127.0.0.1 edição externa |
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Linha 1: | Linha 1: | ||
+ | BASE | ||
+ | ===== Demandas Conflitantes ===== | ||
+ | |||
+ | {{rman10556l.png?200 |}} | ||
+ | Para criar um modelo onde exista demanda conflitante (tradeoff) entre colonização e competição em um sistema multiespécies, precisamos primeiro criar uma cenário onde há um variação na habilidade de colonização/competição das espécies. | ||
+ | Para tanto vamos montar uma comunidade onde a habilidade competitiva é inversamente relacionada a habilidade de colonização, uma clássica demanda conflitante. | ||
+ | No equilíbrio ou em intensidades baixas de distúrbios, nossa comunidade virtual teria a espécie melhor competidora com maior proporção de manchas ocupadas, assim como no modelo de coexistência de duas espécies. Vamos estabelecer que essa proporção seja 20% de manchas ocupadas e em seguida estabelecer uma sequência ordenada hierárquica onde a próxima melhor competidora ocupará 20% das manchas restantes e a seguinte 20% do que restou depois, até nossa última espécie (pior competidora) ocupar uma fração de 20% daquelas últimas manchas não ocupadas por nenhuma das outras espécies. | ||
+ | Nesse caso, teríamos o seguinte cenário na distribuição de abundâncias das nossas espécies: | ||
+ | |||
+ | $$f_{sp_i}=f_{sp1}(1-f_{sp1})^{i-1} $$ | ||
+ | |||
+ | onde: | ||
+ | |||
+ | $_i$ = posição na ordenação de abundância na comunidade; | ||
+ | |||
+ | $f_{sp_i}$ = proporção de manchas ocupadas pela espécie cuja ordem na classificação de abundância é //i// | ||
+ | |||
+ | $f_{sp1}$ = proporção de manchas ocupadas pela espécie mais abundante. | ||
+ | |||
+ | O Pesquisador David Tilman ((veja referência no final da página)) demonstrou que esse cenário de distribuição de abundâncias é possível quando todas as espécies experienciam a mesma taxa de extinção/mortalidade ($pe$) e quando a taxa de colonização de cada espécie é dada por: | ||
+ | |||
+ | $$ c_i= \frac{pe}{(1-f_{sp1})^{2i-1}}$$ | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== O Modelo ===== | ||
+ | |||
+ | O mesmo pesquisador generalizou para //n// espécies a equação de variação da proporção de manchas ocupadas ao longo do tempo que estudamos no roteiro [[ecovirt:roteiro:metap_duas:metap_coexrcmdr|]], como sendo: | ||
+ | |||
+ | $$ \frac{df_{sp_i}}{dt} = c_if_{sp_i}(1-\sum_{j=1}^{i}f_{sp_j}) - pe_if_{sp_i} - (\sum_{j=1}^{i-1}c_jf_{sp_j}f_{sp_i})$$ | ||
+ | |||
+ | Onde: | ||
+ | |||
+ | $\frac{df_{sp_i}}{dt}$: variação na fração de manchas ocupadas pela espécie //i//; | ||
+ | |||
+ | $pe_i$: probabilidade de extinção ((ou mortalidade)) da espécie //i// em uma mancha; | ||
+ | |||
+ | <WRAP center round box 60%> | ||
+ | **__Lendo a equação__** | ||
+ | |||
+ | Tente entender o que cada parte da expressão do lado direito da equação significa, o básico é: | ||
+ | |||
+ | A variação na proporção de manchas ocupadas por uma espécie de posição de abundância //i// na comunidade, em um período muito pequeno de tempo é igual: | ||
+ | * as manchas vazias que foram colonizadas pela espécie //i//, | ||
+ | * menos as manchas onde ouve extinção da espécie //i//, | ||
+ | * menos as manchas ocupadas onde um melhor competidor((espécies de posição de abundância 1 até //i//)) chegou . | ||
+ | |||
+ | |||
+ | </WRAP> | ||
+ | |||
+ | O objetivo desse roteiro é simular essa dinâmica ao longo do tempo. Para isso criamos uma função com base nesse modelo, com a seguinte sequência de eventos: | ||
+ | |||
+ | - cria a ordenação das espécies; | ||
+ | - calcula o coeficiente de colonização como acima; | ||
+ | - se o //fi// (proporção de manchas ocupadas no início) é um valor único, preenche essa proporção de manchas com (s) espécies ao acaso; | ||
+ | - se //fi// é um vetor de //s// valores, esses são utilizados para o preenchimento inicial das manchas sendo as proporções no vetor //fi// relacionadas à ordem das espécies, começando com a espécie melhor competidora para a pior; | ||
+ | - inicia ciclos até //tmax//; | ||
+ | - a cada ciclo calcula a extinção para cada espécie e sua colonização respeitando a hierarquia de competição para decidir qual espécie é deslocada da mancha e qual permanece; | ||
+ | - guarda a proporção de manchas ocupadas por cada espécie a cada ciclo; | ||
+ | - produz o gráfico e retorna o resultado de número de manchas ocupadas por cada espécie a cada tempo. | ||
+ | |||
+ | ===== Argumentos ===== | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ^opção ^ parâmetro ^ definição ^ | ||
+ | ^ data set |objeto no R | guarda os resultados| | ||
+ | ^ Maximum time |tmax|Número de iterações da simulação | | ||
+ | ^ columns | cl |número de colunas de habitat da paisagem | | ||
+ | ^ rows | rw |número de linhas de habitat da paisagem | | ||
+ | ^ INITIAL PARAMETERS ^^ ^ | ||
+ | ^ Occupied patches | fi |proporção de manchas ocupadas no início por todas espécies| | ||
+ | ^ Number of Species | S |número de espécies no início da simulação | | ||
+ | ^ Moratality rate | pe |probabilidade de extinção por mancha ou mortalidade | | ||
+ | ^ Best Competitor Abundance (sp1)|fsp1 |prop. manchas ocupada pela melhor competidora no equilíbrio| | ||
+ | ^ DISTURBANCE PARAMETERS ^^ ^ | ||
+ | ^ Frequency | fr |frequência: 1 => distúrbio em toda iteração | | ||
+ | ^ Intensity | int |intensidade: 1 => todas as manchas afetadas | | ||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Testando o Modelo ===== | ||
+ | Vamos testar o nosso modelo com 10 espécies (S = 10), 400 manchas (cl = 20, rw = 20), com a espécie competidora tendo o potencial de ocupar 20% das manchas(fsp1) e probabilidade de extinção (mortality rate) pe = 0.04. Vamos rodar primeiro com 200 ciclos de tempo (tmax = 200) e deixar de lado o distúrbio (fr = 0 e int = 0) por enquanto. Vamos começar com uma proporção de manchas ocupadas no início de 10% (fi = 0.1), simulando uma situação de colonização de manchas disponíveis. | ||
+ | |||
+ | <code> | ||
+ | tmax= 200 | ||
+ | cl=20 | ||
+ | rw=20 | ||
+ | fi=0,1 | ||
+ | fsp1=0,2 | ||
+ | pe=0,04 | ||
+ | S=10 | ||
+ | fr=0 | ||
+ | int=0 | ||
+ | </code> | ||
+ | |||
+ | <WRAP half column> | ||
+ | - Aumente tmax=1000, há diferença na interpretação dos resultados? Mantenha tmax=100 | ||
+ | - Aumente o número de manchas para cl=100; rw=100. Qual a diferença? Explique. | ||
+ | - Aumente o número de manchas ocupadas no início para 50% (fi=0,5) | ||
+ | </WRAP> | ||
+ | |||
+ | <WRAP center round alert 40% > | ||
+ | Aumentar o tempo ou o número de manchas faz com que simulação demore a rodar, aguarde!! | ||
+ | </WRAP> | ||
+ | |||
+ | |||
+ | <WRAP round box 80% important > | ||
+ | Como percebemos que o número de manchas na simulação, associado a quantas estão ocupadas no início, está relacionada a extinção estocásticas das espécies, vamos manter esses parâmetros altos e fixos (cl=100, rw=100, fi=1) para evitar a perda de muitas espécies. Como vimos também que o sistema demora para estabilizar vamos manter também o parâmetro tmax alto (tmax =1000). | ||
+ | </WRAP> | ||
+ | |||
+ | |||
+ | **Interprete o resultado do modelo em termos de:** | ||
+ | - demanda conflitante de colonização x competição, | ||
+ | - substituição de espécies e | ||
+ | - sucessão ecológica. | ||
+ | |||
+ | |||
+ | |||
+ | ===== Incluindo distúrbios ===== | ||
+ | {{disturbio.jpg?200 |}} | ||
+ | Vamos simular agora um sistema com distúrbios. Nos modelos de metapopulação vimos que a probabilidade de extinção ($p_e$) podia ser interpretada como distúrbio, já que atingia uma parte das manchas tornando-as vagas para posterior colonização. Aqui, vamos interpretar o $p_e$ como a mortalidade basal das populações, não mais como distúrbio. Essa probabilidade de morte é constante e igual para todas as espécies no nosso modelo. | ||
+ | Vamos criar distúrbios na nossa comunidade que acontecem a uma certa frequência (//fr//) de intervalo de tempo constante e uma certa intensidade (//int//) relacionada à proporção de manchas afetadas. Portanto menores valores de //fr// implicam em maior intervalo de tempo entre os distúrbios (ex: 0.1 indica que a cada 10% de tempo total há um distúrbio; 1 indica que a todo intervalo há distúrbio) e quanto maior o valor de //int// maior é o número de manchas afetadas. | ||
+ | Vamos manter nossas simulações constantes com relação às outras variáveis e vamos variar apenas os parâmetros de distúrbio: | ||
+ | <code> | ||
+ | tmax=1000, | ||
+ | cl=100, | ||
+ | rw=100, | ||
+ | S=10, | ||
+ | fi=1.0, | ||
+ | fsp1=0.2 | ||
+ | pe=0.01, | ||
+ | </code> | ||
+ | |||
+ | ==== Aplicando distúrbios ==== | ||
+ | |||
+ | - rode uma simulação sem distúrbio para ser seu //controle no experimento// de distúrbio | ||
+ | - faça predições sobre o que espera que aconteça com o sistema com o aumento do distúrbio. Escreva suas predições. | ||
+ | - mantenha a intensidade de distúrbio em 10% das manchas (int = 0.1) e aumente a frequência (0,01 ; 0,15; 0,25; 0,4; 0,5 até 1) | ||
+ | - mantenha agora a frequência de distúrbio constante em 10% dos tempos (fr=0.1) e varie a intensidade (0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,6; 0,8;...) | ||
+ | - avalie se os resultados obtidos pela simulações corroboram sua predições. Há pontos discordantes? Consegue elaborar uma explicação alternativa? | ||
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+ | * **Algumas questões para orientar sua interpretação:** | ||
+ | - Em que situações as melhores competidoras se dão melhor? | ||
+ | - E as piores competidoras? | ||
+ | - Consegue detectar algum padrão na coexistência de espécies com essas poucas simulações? | ||
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+ | ==== Distúrbio Intemediário ==== | ||
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+ | É creditado ao pesquisador Joseph Connell (1978) a teoria do distúrbio intermediário, apesar dela ter sido proposta por J. Phillip Grime alguns anos antes em 1973, tratando de exclusão competitiva em plantas. O trabalho de Connel (veja referência) pode ter tido preferência na citação da teoria por ter contrastando dois ambientes muito distintos e reconhecidamente entre os mais diversos do planeta (recifes de corais e florestas tropicais). Nele o pesquisador advoga que o principal fator relacionado à manutenção da alta diversidade nesse ecossistemas é a presença de distúrbios em frequências e intensidade intermediárias. | ||
+ | Suas simulações apoiam essa teoria? | ||
+ | |||
+ | <WRAP center round todo 60%> | ||
+ | ===Atenção=== | ||
+ | As simulações e perguntas do tópico ** Distúrbios ** (//Aplicando Distúrbios e Distúrbio intermediário//) devem ser enviados ao monitor. | ||
+ | </WRAP> | ||
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+ | ===== Referências ===== | ||
+ | * Connell, J. H. (1978) Diversity in tropical rain forests and coral reefs. Science 199(4335):1302 - 1310 | ||
+ | * Hastings, A. (1980) Disturbance, coexistence, history and competition for space. Theoretical Population Biology, 18:363–373. | ||
+ | * Stevens, M.H.H. (2009) A primer in ecology with R. New York, Springer. | ||
+ | * Tilman, D. (1994) Competition and biodiversity in spatially structured habitats. Ecology, 75:2-16. | ||
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+ | * {{diversity_in_rainforests_and_coral_reefs.pdf|Connell, J. H. 1978}} Diversity in tropical rain forests and coral reefs. Science 199(4335):1302 - 1310 | ||
+ | * {{hastings_80_theorpopbiol.pdf|Hastings, A. (1980)}} Disturbance, coexistence, history and competition for space. Theoretical Population Biology, 18:363–373. | ||
+ | * Stevens, M.H.H. (2009) A primer in ecology with R. New York, Springer. {{stevens_cap9.pdf|capítulo 9}} | ||
+ | */ | ||
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+ | {{tag>RCMDR multipopulações comunidades competição distúrbio sucessão}} |