EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884. Wykład 9 Różnorodność biologiczna w skali globalnej

Transkrypt

1 EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884 Wykład 9 Różnorodność biologiczna w skali globalnej

2 Górska łąka w Beskidzie Sądeckim, czerwiec 2000

3 Puszcza Niepołomicka, rez. Dębina

4 OFICJALNA DEFINICJA BIORÓŻNORODNOŚCI Różnorodność biologiczna jest to zmienność wszystkich form życia, gdziekolwiek ono występuje, włączywszy m.in. ekosystemy lądowe, morskie i słodkowodne, oraz układy ekologiczne, których są częścią; pojęcie to obejmuje zmienność wewnątrzgatunkową, międzygatunkową i różnorodność ekosystemów Art. 2 Konwencji o Bioróżnorodności ONZ (Rio de Janeiro, 1992)

5

6 Różne pojęcia różnorodności biologicznej: Zróżnicowanie genetyczne osobników Różnorodność strategii życiowych organizmów Bogactwo gatunkowe Różnorodność strukturalna biocenoz Rozmaitość biomów

7 Funkcja ekosystemu: cykl redox CO 2 Redukcja (produkcja) Utlenianie (oddychanie) (CH 2 O) n

8 Heterotrof jeden gatunek pełni funkcję ekosystemu Substrat zredukowany Ciepło Substrat utleniony Potomstwo

9 Ekosystem złożony z dwóch gatunków Substrat utleniony Energia Ciepło REDUCENT (PRODUCENT) DESTRUENT (KONSUMENT) Substrat zredukowany

10 Ekosystem złożony z wielu gatunków Energia Ciepło konkurencja drapieżnictwo pasożytnictwo mutualizm

11 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duże (ile jest gatunków?) Od czego zależy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii życia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagrożone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

12 Liczba nowo opisywanych rodzajów i gatunków orzęsków wciąż rośnie wykładniczo

13

14 wstawić przyrost l. gat. ptaków (jak w podręczniku) odkrywane ostatnio gatunki (liczby, przykłady, antylopa z Wietnamu, ośmiornice głębinowe Wollemia nobilis Anonymus 1999 (Araukariaceae); odkryta w Australii : 1994

15 Okapi (Okapia johnstoni) Giraffidae odkryty w Kongo w r. 1900

16 Pseudoryx nghetinhensis 1992

17

18 T.L.Erwin

19 OSZACOWANIE LICZBY GATUNKÓW PRZEZ ERWINA Fumigowano 19 drzew Luehea seemani (Panama) zebrano gatunków chrząszczy Założenie 1: Średnia specyficzność chrząszczy 13.5% zatem: l. gat specyficznych Założenie 2: L. gat drzew w lesie równikowym 50000, na każdym wyspecjalizowane chrząszcze zatem: łączna l. gat. wyspecjalizowanych Założenie 3: Chrząszcze stanowią 40% gat. stawonogów zatem: l. gat. stawonogów Założenie 4: W koronach drzew 2 x więcej gat. niż na dnie lasu zatem: całkowita l. gat w lesie równikowym.. 30 mln

20 Liczba gatunków owadów GB: Liczba gatunków motyli dziennych GB: 67 Liczba gatunków motyli dziennych świata: tys. Szacowana liczba gatunków owadów świata: (22000/67) x ( ) = 4.9 do 6.6 mln

21 Nieznana różnorodność gatunkowa mikroorganizmów Grupa Liczba gatunków % znanych znanych szacowana gatunków Algae Bacteria Fungi ? 5? Virales Protista RAZEM ? 8?

22 SZACOWANA RÓŻNORODNOŚĆ FORM PROCARYA ŹRÓDŁO DNA LICZEBNOŚĆ KOMÓREK SZACOWANA LICZBA GENOMÓW Gleba leśna 4.8 x Gleba pastwiska 1.8 x Gleba orna 2.1 x Osady mor skie 3.1 x Osady morskiej 7.7 x hodowli ryb Solanka 6.0 x Torsvik et al

23 Liczba znanych gatunków współczesnych organizmów: ok. 1,4 (1,8?) mln Liczba hipotetyczna: ok (?) mln

24 WSZYSTKIE ZNANE ORGANIZMY (ok. 1.4 mln gatunków) Paprot Mszak niki i Jednol iścien ne Inne 1000 Dwuliś cienne e mięczaki inne stawonogi inne bezkrgowc Pluskwiaki Muchówki zwierzęta pierwotn. rośliny grzyby bakterie wirusy Inne kręgowce owady Chrząszcze ZWIERZĘTA OWADY ROŚLINY Błonkówki Motyle

25 RÓŻNORODNOŚĆ GATUNKOWA W POLSCE (ŁĄCZNIE ZNANYCH OK GATUNKÓW) 59% 2% 2% 10% 3% 16% 2% 6% Bakterie Grzyby Porosty Rośliny Pierwotniaki Inne bezkręgowce Stawonogi Kręgowce

26 BAKTERIE I SINICE 1% 2% 10% 3% GRZYBY POROSTY 16% ROŚLINY 60% 6% 2% PIERWOTNIAKI NIŻSZE BEZKRĘGOWCE STAWONOGI KRĘGOWCE SKORUPIAKI PAJĘCZAKI WIJE OWADY pluskwiaki m otyle błonkówki muchówki chrząszcze RYBY PŁAZY GADY PTAKI SSAKI

27 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duże (ile jest gatunków?) Od czego zależy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii życia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagrożone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

28 ?

29 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duże (ile jest gatunków?) Od czego zależy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii życia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagrożone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

30 Liczba rodzin planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993)

31 Zmiany różnorodności gatunkowej radiolarii (a) i roślin lądowych (b) w okresie fanerozoiku

32 Zmiany różnorodności (liczba rodzin) owadów i kręgowców czworonogów w okresie fanerozoiku

33 Zmiany różnorodności form życiowych w biosferze w ciągu fanerozoiku wszystkie organizmy organizmy lądowe organizmy morskie (Benton, 1995)

34 ZMIANY RÓŻNORODNOŚCI BIOLOGICZNEJ BIOSFERY W FANEROZOIKU (OSZACOWANA LICZBA RODZIN WSZYSTKICH TAKSONÓW) wg Bentona, 1995

35 Liczba rodzin Planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993) WIELKIE WYMIERANIA

36 ZAGINIONY ŚWIAT PERMU

37 Liczba rodzin Planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993) WIELKIE WYMIERANIA

38 2006

39 DINOZAURY WYGINĘŁY W KATASTROFIE NA PRZEŁOMIE KREDY I TRZECIORZĘDU 65 MLN LAT TEMU

40 Jezioro Manicouagan w pn. Quebec, Kanada, 70 km średnicy KRATERY IMPAKTOWE Krater meteorytu Barringer w Arizonie, średnica 1.5 km

41 KRATER METEORYTOWY CHICXULUB

42 Ślad krawędzi krateru Chicxulub widoczny na przetworzonym zdjęciu satelitarnym

43

44 TRAPY DEKANU (miąższość 2000 m) Pozostałość gigantycznej aktywności wulkanicznej

45 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duże (ile jest gatunków?) Od czego zależy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii życia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagrożone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

46 Alfred Russel Wallace ( )

47 Bogactwo rodzajów termitów w zależności od szerokości geograficznej

48 GRADIENT GEOGRAFICZNY BOGACTWA RODZIN Rośliny kwiatowe Płazy Liczba rodzin Gady Ssaki Strefa szerokości geograficznej Gaston et al

49 Gradient geograficzny różnorodności gatunków (a) i rodzajów (b) morskich małży (wg Flessa & Jablonski 1995) Liczba gatunków Liczba rodzajów Szerokość geograficzna Szerokość geograficzna

50 Gradient geograficzny różnorodności rodzajów współczesnych koralowców (Fraser & Currie 1996)

51 Gradient geograficzny różnorodności gatunków fosylnych otwornic (wg Stehli et al. 1969) % znanych gatunków Szerokość geograficzna

52 Bogactwo gatunkowe ptaków w Ameryce Północnej (Brown & Gibson, 1983; Currie, 1991) Szerokość geograficzna

53 Bogactwo gatunkowe ptaków wróblowatych w Argentynie (Rabinowich & Rapoport 1975)

54 Bogactwo gatunkowe płazów w Ameryce Północnej (Currie, 1991)

55 Bogactwo gatunkowe ssaków w Ameryce Północnej (Currie, 1991) Szerokość geograficzna

56 Gradient bogactwa gatunkowego ssaków Ameryki Pn. i Środkowej (Rozenzweig, 1995) Średnia liczba gatunków Szerokość geograficzna

57 Bogactwo gatunkowe gadów w Ameryce Północnej (Currie, 1991) Szerokość geograficzna

58 Przykład odwróconego gradientu różnorodności gatunkowej: błonkówki z rodziny pilarzowatych Liczba gatunków na 1000 km 2 Szerokość geograficzna

59 Bogactwo gatunkowe drzew w Ameryce Północnej (Currie, 1991)

60 PRODUKTYWNOŚĆ BIOSFERY (ZAWARTOŚĆ CHLOROFILU) SeaWiFS Global Biosphere

61 ZALEŻNOŚĆ BOGACTWA GATUNKOWEGO OD PRODUKTYWNOŚCI EKOSYSTEMÓW Ssaki mięsożerne w Teksasie Drzewa Azji Wsch. i Ameryki Liczba gatunków Liczba gatunków Produktywność (g x m -2 x rok -1 ) Produktywność (t x ha -2 x rok -1 )

62 Liczba gatunków ZALEŻNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW OD SUMY OPADÓW (Gaston and Spicer) Drzewa w Afryce Pd. Płazy w Australii Suma opadów rocznych (mm)

63 Zależność liczby rodzajów koralowców współczesnych od temperatury powierzchni morza (Fraser & Currie 1996)Wpływ temperatury (Liczba rodzajów koralowców) ½ Średnia temperatura powierzchni morza (⁰C)

64 Bogactwo gatunkowe drzew Ameryki Północnej w zależności od czynników klimatycznych (Currie, 1991) Bogactwo gatunków drzew Szerokość geograficzna ºN Opady, mm x rok -1

65 BOGACTWO GATUNKÓW KRĘGOWCÓW LĄDOWYCH W ZALEŻNOŚCI OD POTENCJALNEJ EWAPOTRANSPIRACJI (Currie 1991) Bogactwo gatunków Potencjalna ewapotranspiracja, mm x rok -1

66 WPŁYW NASŁONECZNIENIA NA BOGACTWO GATUNKÓW MOTYLI DZIENNYCH I NOCNYCH W WIELKIEJ BRYTANII

67 WPŁYW SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ NA EKONOMIĘ Rolnictwo (% dochodu) Dochód narodowy na głowę Mineralne zasoby energetyczne Szerokość geograficzna

68 Zależności liczby osobników i liczby gatunków drzew od szerokości geograficznej i czynników środowiska Currie et al. 2004

69 ZASIĘG LASÓW DESZCZOWYCH W okresie zlodowaceń Obecnie

70 HOT SPOTS OBSZARY O SZCZEGÓLNIE WYSOKIEJ RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ, OBECNIE ZAGROŻONE Wilson, 1992

71 HISTORIA BADAŃ NAD GEOGRAFIĄ RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ Wallace 1878 Dobzhanski 1950 Hutchinson 1959 MacArthur (i wsp.) 1965, 1969, 1972 Pianka 1966 OSTATNIE PRZEGLĄDY (z nowymi hipotezami) Rosenzweig 1992 Brown 1988 Currie 1991 Rohde 1992 Wright, Currie & Maurer 1993 Turner, Lennon & Greenwood 1996 Fraser & Currie 1996 Rohde 1999 Kaspari et al. 2000

72 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duże (ile jest gatunków?) Od czego zależy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii życia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagrożone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

73 Tendencje zmian zagęszczenia populacji europejskich derkacza (Crex crex) krętogłowa (Jynx torquilla)

74 WYMIERANIA HOLOCEŃSKIE

75

76 ZAREJESTROWANE WYMARCIA GATUNKÓW ROŚLIN OD R Takson Wymarcia Liczba gat. % wymarłych Paprotniki Paprocie Nagozalążkowe Jednoliścienne Jednoliścienne: palmy Dwuliścienne RAZEM

77 ZAREJESTROWANE WYMARCIA GATUNKÓW ZWIERZĄT OD R Takson Wymarcia Liczba gat. % wymarłych Koralowce Mięczaki Skorupiaki Owady Ryby Płazy Gady Ptaki Ssaki RAZEM

78 LICZBA GATUNKÓW ROŚLIN ZAGROŻONYCH WYMARCIEM Takson Liczba zagrożonych Liczba gat. % zagrożonych Nagozalążkowe Jednoliścienne Jednoliścienne: palmy Dwuliścienne RAZEM

79 LICZBA GATUNKÓW ZWIERZĄT ZAGROŻONYCH WYMARCIEM Takson Liczba zagrożonych Liczba gat. % zagrożonych Mięczaki Skorupiaki Owady Ryby Płazy Gady Ptaki Ssaki RAZEM

80 Zarejestrowane (z datami) przypadki wymierania gatunków kręgowców od ok. r % wymarłych gatunków Ryby Płazy Gady Ptaki Ssaki rok

81 Dodo (Raphus cucullatus) Gołąb wędrowny (Ectopistes migratorius) 1890 (1914)

82 OCHRONA GATUNKOWA

83 DYNAMIKA RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ RÓŻNORODNOŚĆ RÓWNOWAGOWA

84 ZALEŻNOŚĆ BOGACTWA GATUNKOWEGO OD POLA POWIERZCHNI ZAJMOWANEGO TERENU S = ca z log S = log c + z log A

85 ZALEŻNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW DRZEW OD POWIERZCHNI WYSP (AUSTRALIA)

86 LICZBA GATUNKÓW DŻDŻOWNIC W ZALEŻNOŚCI OD WIELKOŚCI OBSZARU (EUROPA)

87 ZALEŻNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW ROŚLIN OD POWIERZCHNI OBSZARU: CHANNEL ISLANDS I FRANCJA KONTYNENTALNA

88 ZALEŻNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW MRÓWEK OD POWIERZCHNI OBSZARU W OCEANII WYBRANE OBSZARY NOWEJ GWINEI WYSPY

89 Liczba gatunków ptaków na wyspach mórz tropikalnych w zależności od powierzchni i odległości od lądu

90 Liczba gatunków na wyspach Azorskich i Channel Isl. zależy od sposobu dyspersji

91 LICZBA GATUNKÓW PTAKÓW NA WYSPACH ZALEŻY OD ODLEGŁOŚCI OD LĄDU STAŁEGO

92 Model biogeografii wysp MacArthura i Wilsona (1967) bliska mała daleka duża

93

94

95

96

97

98 YELLOWSTONE NATIONAL PARK

99