Różnorodność biologiczna w skali globalnej

Transkrypt

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

2 jw Górska łąka w Beskidzie Sądeckim, czerwiec 2000

3 jw Puszcza Niepołomicka, rez. Dębina

4 SHUTTERSTOCK Potamogeton perfoliatus Leśnie jezioro w Finlandii

5 jw Rafa koralowa, Morze Czerwone

6 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)

7

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

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

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

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

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

13 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?

14 Liczba nowo opisywanych rodzajów i gatunków orzęsków wciąż rośnie wykładniczo

15

16 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

17 Okapi (Okapia johnstoni) Giraffidae odkryty w Kongo w r jw

18 Pseudoryx nghetinhensis 1992

19

20 T.L.Erwin

21 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

22 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

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

24 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 hodowli ryb 7.7 x Solanka 6.0 x Torsvik et al

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

26 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

27 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

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

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 ?

31 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?

32 Liczba rodzin planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993)

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

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

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

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

37 Liczba rodzin Planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993) WIELKIE WYMIERANIA

38 ZAGINIONY ŚWIAT PERMU

39 Liczba rodzin Planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993) WIELKIE WYMIERANIA

40 2006

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

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

43 KRATER METEORYTOWY CHICXULUB

44 Ślad krawędzi krateru Chicxulub widoczny na przetworzonym zdjęciu satelitarnym

45

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

47 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?

48 Alfred Russel Wallace ( )

49 Bogactwo rodzajów termitów w zależności od szerokości geograficznej

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

62 PRODUKTYWNOŚĆ BIOSFERY (ZAWARTOŚĆ CHLOROFILU) SeaWiFS Global Biosphere

63 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 )

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

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

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

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

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

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

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

71 ZASIĘG LASÓW DESZCZOWYCH W okresie zlodowaceń Obecnie

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

73 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

74 Najnowsze syntezy Belmaker J, Jetz W 2015: Relative roles of ecological and energetic constraints, diversification rates and region history on global species richness gradients. Ecol. Letters. 18: Fine, PVA, 2016:Ecological and Evolutionary Drivers of Geographic Variation in Species Diversity. ANN. REV. ECOL., EVOL., SYST., 46:

75 GRADIENT RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ, TEMPA DYWERSYFIKACJI I RÓŻNICOWANIA NISZ PTAKI SSAKI Bogactwo gatunkowe Tempo różnicowania Podział nisz Belmaker J & Jetz W (2015)

76 RÓWNOLEŻNIKOWY GRADIENT RÓŻNORODNOŚCI BIOTYCZNEJ Hipoteza Główne przyczyny Efekt Makroekologia Heterogeniczność tempa różnicowania + Historia Różnice w wieku i wielkości regionów + Energia Dostępność zasobów + Nisza Ekologiczne ograniczenia koegzystencji (-) Belmaker & Jetz (2015) Fine (2016)

77 TEMPO EWOLUCJI Szybsze w rejonach tropikalnych Szybsza specjacja Wolniejsze wymieranie

78 RÓWNOLEŻNIKOWY GRADIENT RÓŻNORODNOŚCI BIOTYCZNEJ Hipoteza Główne przyczyny Efekt Makroekologia Heterogeniczność tempa różnicowania + Historia Różnice w wieku i wielkości regionów + Energia Dostępność zasobów + Nisza Ekologiczne ograniczenia koegzystencji (-) Belmaker & Jetz (2015) Fine (2016)

79 HISTORIA I OBSZAR REGIONÓW Obszary tropikalne są względnie duże Mają stabilne warunki (brak sezonowości) Trwają mało zmienione od milionów lat Wszystko to sprzyja kumulowaniu się liczby gatunków

80 RÓWNOLEŻNIKOWY GRADIENT RÓŻNORODNOŚCI BIOTYCZNEJ Hipoteza Główne przyczyny Efekt Makroekologia Heterogeniczność tempa różnicowania + Historia Różnice w wieku i wielkości regionów + Energia Dostępność zasobów + Nisza Ekologiczne ograniczenia koegzystencji (-) Belmaker & Jetz (2015) Fine (2016)

81 DOSTĘPNOŚĆ ZASOBÓW (ENERGII) W obszarach tropikalnych jest najwyższa produkcja pierwotna (utrzymanie największej biomasy) W cieplejszyum klimacie organizmy dysponują większym zapasem w indywidualnym budżecie enrgetycznym (więcej możliwych adaptacji)

82 RÓWNOLEŻNIKOWY GRADIENT RÓŻNORODNOŚCI BIOTYCZNEJ Hipoteza Główne przyczyny Efekt Makroekologia Heterogeniczność tempa różnicowania + Historia Różnice w wieku i wielkości regionów + Energia Dostępność zasobów + Nisza Ekologiczne ograniczenia koegzystencji (-) Czynniki 1, 2 i 3 są skorelowane (współdziałają) Belmaker & Jetz (2015) Fine (2016)

83 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?

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

85 WYMIERANIA HOLOCEŃSKIE

86

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

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

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

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

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

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

93 OCHRONA GATUNKOWA

94 DYNAMIKA RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ RÓŻNORODNOŚĆ RÓWNOWAGOWA

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

96 ZALEŻNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW DRZEW OD POWIERZCHNI WYSP (AUSTRALIA)

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

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

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

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

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

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

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

104

105

106

107

108

109 YELLOWSTONE NATIONAL PARK

110