36
Temperature „biological clock“

Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Temperature„biological clock“

Page 2: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Temperature influences development, physiology and reproduction of most organisms.

Smith & Smith 6th ed. (p. 102)

Page 3: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Each organism has its temperature requirements

Page 4: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Influence of temperature and net photosynthesis

Fig. 6.6, Smith & Smith 6th ed. (p. 110)

Page 5: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Endotherms vs. Ectotherms

Fig

. 4

0.1

2, C

am

pb

ell

& R

ee

ce

7th

ed

. (p

. 8

34

)

Page 6: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed. (p. 148)

Thermodynamics and the organism sizesmall object do have relatively larger surface to their volume….

Page 7: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Fig. 7.14, Smith & Smith 6th ed. (p. 149)

„Price“of stable body temperature

hmotnost v kg

Page 8: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Fig. 7.11, Smith & Smith 6th ed. (p. 147)

„Regulation“ of body temperature by some ectotherms

Page 9: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Cost of metabolism

85 kg aligator needs 60 kcal/per day under 20°C

85 kg human needs 1600 kcal/per day under 20°C

Page 10: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

In case ectotherms – poikilothermic organisms the rate of development depends on temperature of the environment.

Page 11: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Fig. 33.36, Campbell & Reece 7th ed. (p. 661)

It is possible to use accumulated temperature to estimate developmental stage of ectoterm….as a „biological clock“.

Page 12: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Fig. 33.36, Campbell & Reece 7th ed. (p. 661)

Principle of calculations of degree days (°C)

• There is a base temperature e.g. 5 or 10°C)

• Development starts only over this threshold.

• For each degree above the base temperature 1 Degree day is accumulated…

• Total number of degree-days for reaching individual life stages (e.g. pupa, blooming etc.) is more or less constant!!!

Fig. 45.1, Campbell & Reece 7th ed. (p. 943)

Page 13: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

degree days (°C)

10

24 hodin

Page 14: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Calculation of DD with lower and upper thresholds

Page 15: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Formula….

where TMAX andTMIN are daily temp. extremes.

base temperature e.g. 10°C;

t

i

iTMINTMAXtDS i

1

2/)()(

Page 16: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

In Reality

Page 17: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed
Page 18: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Application of DD

• Introduction of new crops• Pest and disease monitoring and prognosis• Monitoring of alergen plants…..etc.

Page 19: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Vine production in the New York stateMinimum temp. requirement is 2200 DS (base of 50°F)= 1222°C (base ~ 10°C)

Introduction of new crops/cultivars

Page 20: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Pest and diseases monitoring

Gypsy moth

Page 21: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Evalution of the pest and disease risk

Gypsy moth study

Page 22: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Gypsy mothAssumed male flight dates

(Régniere a Sharov, 1999)

Page 23: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Potential niche….

Page 24: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Concept of potential niche

Page 25: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Actual range does not have to correspond with potential niche!!

Page 26: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Why it is so popular?

Enables:

1) better results of field studies

2) map potential risk of introduction of non-native species

3) better define protected areas

4) serve as a warning systém (e.g. climate change)

Page 27: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Red -

new observations

Blue/Yellow -older observation

Green -

model BIOCLIM

Regent Honeyeater

Improvement of field studies

Page 28: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Invasive species projection

Thuiller et al. 2005

South Africa Biomes projection

Page 29: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Highway iceplant

Thuiller et al. 2005

Carpobrotus edulis

Page 30: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Mapovat nebezpečí invazivních druhů

Thuiller et al. 2005

Odhad počtu druhů a směrů šíření (díky obchodu a cestovnímu ruchu) –číslo indikuje počet druhů jejichž zavlečení reálně připadá v úvahu

Page 31: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

Life cycle Damage

European corn borer

Page 32: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

ECB – present area• Originally Europe /Asia species

• It can survive on number of species (potatoes, sorghum, peppers,hemp or corn)

• Extremely adaptable

• It managed to colonize 2/3 of USA in just over 80 years

• Sharp increase of damage caused by ECB in the CR during 1990´s

Page 33: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

ECAMON – model for ECB evaluation

Page 34: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

ECAMON – výskyty Zavíječe kukuřičného1961-1990

Page 35: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

ECAMON – výskyty Zavíječe kukuřičného1991-2000

Page 36: Teplota prostředí – „řídící“ proměnná přírodyweb2.mendelu.cz/.../InovaceAB/Erasmus/Lecture_3.pdfEndotherms vs. Ectotherms 7 th 834) Fig. 7.13, Smith & Smith 6th ed

ECAMON estimates vs. real damage