Class Notes (838,386)
Canada (510,872)
Biology (2,437)
Ben Bolker (16)

life history.docx

11 Pages
Unlock Document

Ben Bolker

February 25 , 2014 Biology 3SS3: Population Ecology Life History Life History ­ All the things that influence fitness similar to R ­ Life history refers to patterns of how organisms allocate resources to key  components underlying fitness (reproductive success); life history characteristics  (Affect fitness): • Survival (l x • Growth • Reproduction (f )x • Dispersal Diversity ­ Differing life­history strategies are part of the reason for the remarkable diversity  of life ­ Organisms that are too similar are not expected to co­exist ­ One species per niche  ­ But two organisms may be able to exploit the same resources using different life­ history strategies Oaks and Dandelions ­ We can think of acorns as machines for making more acorns, and dandelion seeds  as machines for making more dandelion seeds ­ Both have access to very similar biochemical machinery ­ Both use the same resources ­ Water, light nutrients ­ What is one difference in oak and dandelion life history • Oak trees wait longer to reproduce • Oak trees reproduce many times (survival) • Oak trees pit much more energy into each seed • Dandelion seeds are dispersed by wind, acorns by animals February 27 , 2014 Scales of Competition ­ Organisms compete with other individuals of the same species ­ They also compete with other species ­ We think about life history on different scales ­ Evolution within population ­ Competition between populations Tradeoffs ­ Some evolutionary changes simply help organisms function better ­ Most have advantages and disadvantages ­ Building a strong immune system may reduce growth rates ­ A leaf that produces a lot of energy at high light may not be able to produce any at  low light ­ A tradeoff occurs when improvements in one area come at a cost of disadvantages  in another area Optimization Frontiers ­ Constraints of growing too fast Evolution and Optimization ­ We often think of organisms as making choices that maximize their evolutionary  fitness ­ What process is really occurring to give the appearance of choice? • Evolution • Phenotypic plasticity • Natural selection is selection random variations • On average, variants which survive are better at producing offspring over  the long­term than those which don’t survive Programmed Optimization ­ Organisms pursue very sophisticated strategies to optimize fitness ­ But they don’t know they’re doing this ­ Plants sensing water environments ­ Seeds sensing opportunities for germination (serotiny) ­ People pursuing sexual opportunities Tradeoff: Quick Maturation vs. large final size ­ IMPORTANT AND THINK ABOUT THE CONSTRAINTS ­ A key component of a life history is how quickly an organism matures ­ Organisms that mature quickly can reproduce quickly ­ Organisms that mature slowly have more time to get large, or build lasting  structures, before they reproduce • They typically reproduce more (or for a longer time period) in the long run • Or allocate more energy to each offspring, giving the offspring a better  chance to be successful Tradeoff: Large Reproductive Output vs. Longevity ­ Survival­reproduction balance: at a given time, organisms face a tradeoff  between: • Energy spent on producing offspring  Produce more offspring, or give more resources to helping each get  started in life  Energy reserved for survival and future offspring  Spend less energy reproducing this year, but live for longer Semelparity ­ The extreme case of this balance is called semelparity (reproducing once): the  life­history strategy of reproducing only once ­ Many organisms are semelparous ­ We can imagine that converting all your resources to reproduction once you start  could be very efficient ­ Many organisms are iteroparous: they reproduce many times Recall Cole’s Paradox ­ Why are many organisms iteroparous? ­ If  λ = f+ p, surely it is easier to increase f by spending on reproduction, than to  increase p, which can never be larger than 1 ­ Make sure you remember what f and p are Responses to Cole ­ What are some reasons why it makes evolutionary sense for organisms to be  iteroparous, in light of Cole’s argument ­ Closing the loop: f is not seeds per plants, its plants per plant; not as high as you  think (juvenile mortality is high) ­ Population regulation: the long­term average value of  λ  is 1, so both f and p  on average are between 0 and 1 ­ Risky environments long­live organisms can deal better wit variation in offspring  success “bet hedging” Tradeoff: Many offspring vs. high­quality Offspring ­ Apart form how much energy to put into offspring now vs. later, organisms can  make many or few offspring, using a given amount of energy ­ What is a pair of ecologically similar organisms that produce wildly different  numbers of offspring? • Oaks vs. pines ­ What are potential advantages of producing fewer offspring with the same amount  of energy? • Greater chance of survival • Grow up to be more fit in turn: offspring higher quality leads to higher  fecundity • Better dispersal Tradeoff: Direct Investment vs. Dispersal Investment ­ Plants’ investment in reproduction may not go directly to the offspring, but  instead to mechanisms to help the offspring disperse • Edible fruits • Helicopter attachments • Exploding seed pops ­ This may be particularly important to plants because of the eggs in one basket  problem • Parent­assisted dispersal is often their only chance to move February 28 , 2014 The r vs. K Metaphor – Connecting Life History to Regulation ­ Regulated growth provides a powerful metaphor for life­history tradeoffs  involving growth vs. competitive ability ­ Recall r and K from our regulated population models ­ r is the per­capita rate of growth ­ Per capita growth vs. pop density intercept at K  • Little r = fastest you can grow • K = carrying capacity • Units of [1/t] ­ K is the stable, equilibrium level that we expect a population to reach • Units of [population] Reminder ­ Our mathematical model is: dN/dt = (b(N) – d(N))N = r(N)N ­ In the absence r vs. K ­ Organisms can attempt to increase long­term fitness by increasing r , or0by  increasing K ­ We call organisms that grow rapidly at low densities r­strategists = mice ­ They can rapidly take advantage of new opportunities ­ We call organisms that compete well at high densities K­strategists = elephants ­ If space is filling up, they maintain high growth rates up until a higher density Example: Trees ­ Assuming there is a tradeoff between r  and K, would you expect individuals with  high r , or high K, to do well: ­ In an empty, suitable habitat after a fire, flood or other major disturbances: high r   0 leads to faster exponential growth ­ In a crowded, stable old­growth forest: high K means you can continue to do well  when the forest is already too crowded for others others ­ K strategist are good at competing R vs. K strategies ­ All species are selected for characteristics relating to both r  0nd K ­ Btu it is often useful to compare species based on which they emphasize more  heavily ­ There will often be tradeoffs between r  an0 K ­ Species that specialize in colonizing distributed environments are thought of as r  strategists ­ Apple trees are often the first to reproduce in abandoned fields ­ Species that specialize in stable environments are thought of as K strategists ­ Hemlock trees do best in stable, closed forests ­ Name another r­strategist organism Measuring K ­ Which Is the K strategist: ample trees or marigolds ­ Maple trees do better at competing under stable conditions ­ Which has a higher value of K? • Marigolds have a higher K, if you measure in indiv/ha ­ How should we measure K? • In units that reflect the effect of crowding on the competitive environment • Biomass; areas covered; resource consumed Life Hisotry Cahracteristics ­ Compared to K strategists, r strategists should: • Have relatively fast life cycles • Reach maturity earlier • Allocate more resources tor reproduction (and thus reproduce more and  survive less) • Produce more offspring with less resources for each • Be more aggressive about dispersal ­ This allows high growth rates in the absence of competition ­ In the presence of competition these quick offspring may be out­competed by  offspring with more resources ­ Try to find the next empty, suitable habitat before this one gets too crowded Biology is Complicated ­ The r­K dichotomy is useful for thinking about strategies, but organisms don’t  always fit it perfectly ­ Some species live long, but don’t invest a lot in each offspring ­ Sea turtles, pine trees ­ Some species mature slowly but reproduce only once (semelparous) • 17­year locusts, century plants, salmon ­ Every species life history has specific, important details ­ But general principles are very important to guide our understanding Changing Conditions ­ Recall lambda is usually between 1 and R, gets closer to 1 when life cycle is  slower ­ When conditions are bad (R<1), what can organisms do to make lambda less  extreme: a slower life cycle ­ When conditions are good (R>1), what can organisms do to make lambda more  extreme: a faster life cycle Changing Life History ­ Some organisms have evolved to change their life history patterns in response to  good or bad condition ­ Move slow when things are bad, and fast when things are good ­ Many animals reach sexual maturity faster under good conditions ­ Trees may survive longer under bad conditions (by growing slowly and not  allocating energy to reproduction) ­ Bacteria enter stationary state when conditions are bad – don’t reproduce or grow  at all, but may survive
More Less

Related notes for BIOLOGY 3SS3

Log In


Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.