ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 11 BIORÓśNORODNOŚĆ I KULTURA

Transkrypt

1 ŚRODOWISKO NATURALNE CZŁOWIEKA: BIOSFERA CZY CYWILIZACJA? WYKŁAD 11 BIORÓśNORODNOŚĆ I KULTURA 1

2 PARADOKS śycia: - jednorodność - róŝnorodność

3 ZMIANY PODEJŚCIA w NAUKACH O śyciu Tradycyjna biologia (XVIII-XIX w.): róŝnorodność (systematyka, strategie adaptacyjne) Opis bogactwa przyrody Metoda porównawcza Teoria ewolucji

4 ZMIANY PODEJŚCIA w NAUKACH O śyciu Nowoczesna biologia (XX w.): jednorodność Ŝycia (biochemia, biologia komórki, genetyka, ewolucja) Wybrane organizmy modelowe: bakteria; Drosophila; szczur; człowiek Metody eksperymentalne Ogólne prawa i teorie (fizjologia, genetyka, biologia molekularna) Produkt uboczny: podział biologii; izolacja

5 Górska łąka w Beskidzie Sądeckim

6 Rezerwat Dębina w Puszczy Niepołomickiej

7 OFICJALNA DEFINICJA BIORÓŻNORODNO NORODNOŚCI RóŜnorodność biologiczna jest to zmienność wszystkich form Ŝycia, gdziekolwiek ono występuje, włączywszy m.in. ekosystemy lądowe, morskie i słodkowodne, oraz układy ekologiczne, których są częścią; pojęcie to obejmuje zmienność wewnątrzgatunkową, międzygatunkową i róŝnorodność ekosystemów Art. 2 Konwencji o BioróŜnorodności ONZ (Rio de Janeiro, 1992)

8 BioróŜnorodność ( Biodiversity, Rosen 1985) lepiej: RóŜnorodność biotyczna, ale... Biopaliwa Pseudonauka

9 RÓśNORODNOŚĆ BIORÓśNORODNOŚCI Zmienność genetyczna (wewnątrzgatunkowa? wewnątrzpopulacyjna?) Bogactwo gatunków (zespołu? danego obszaru? regionu? świata?) ZróŜnicowanie fragmentów biosfery (biocenoz? ekosystemów? biomów?)

10 RÓśNORODNOŚĆ BIORÓśNORODNOŚCI Polimorfizm genetyczny Bogactwo gatunkowe Przestrzenne zróŝnicowanie siedlisk

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

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

13 Ekosystem złoŝony z dwóch gatunków Substrat utleniony Energia Ciepło REDUCENT (PRODUCENT) DESTRUENT (KONSUMENT) Substrat zredukowany

14 Ekosystem złoŝony z wielu gatunków Energia Ciepło konkurencja drapieŝnictwo pasoŝytnictwo mutualizm

15 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duŝe (ile jest gatunków?) Od czego zaleŝy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii Ŝycia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagroŝone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

16 Na tej sali? W najbliŝszej okolicy? W Polsce? Na świecie? ILE JEST GATUNKÓW?

17 ? Na świecie?

18 Liczba nowo opisywanych rodzajów i gatunków orzęsków wciąŝ rośnie wykładniczo

19

20 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

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

22 Pseudoryx nghetinhensis 1992

23

24 T.L.Erwin

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

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

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

28 SZACOWANA RÓśNORODNOŚĆ 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

29 Liczba znanych gatunków: ? Hipotetyczna liczba gatunków obecnie żyjących: ? 29

30 WSZYSTKIE ZNANE ORGANIZMY (ok. 1.4 mln gatunków) 34

31 ?

32 RÓśNORODNOŚĆ GATUNKOWA W POLSCE (ŁĄCZNIE ZNANYCH OK GATUNKÓW) ? 1600? ROŚLINY 7299 GLONY 4133 MSZAKI 910 PAPROTNIKI 67 NAGOZALĄśKOWE 17 OKRYTOZALĄśKOWE 2172 KRĘGOWCE 620 RYBY 116 PŁAZY 18 GADY 9 PTAKI 365 SSAKI ? STAWONOGI 28500? SKORUPIAKI 432 PAJĘCZAKI 2253 WIJE 136 OWADY 26000? PLUSKWIAKI 1500 MOTYLE 3000 BŁONKÓWKI 6000 MUCHÓWKI 7000 CHRZĄSZCZE

33 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duŝe (ile jest gatunków?) Od czego zaleŝy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii Ŝycia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagroŝone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

34 Liczba rodzin planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993)

35 Zmiany róŝnorodności gatunkowej radiolarii (a) i roślin lądowych (b) w okresie fanerozoiku

36 Zmiany róŝnorodności (liczba rodzin) owadów i kręgowców czworonogów w okresie fanerozoiku

37 Zmiany róŝnorodności form Ŝyciowych w biosferze w ciągu fanerozoiku wszystkie organizmy organizmy lądowe organizmy morskie (Benton, 1995)

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

39 Liczba rodzin Planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993) WIELKIE WYMIERANIA

40 ZAGINIONY ŚWIAT PERMU

41 Liczba rodzin Planktonowych Foraminifera (Sepkoski 1993) WIELKIE WYMIERANIA

42 2006

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

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

45 KRATER METEORYTOWY CHICXULUB

46 Ślad krawędzi krateru Chicxulub widoczny na przetworzonym zdjęciu satelitarnym

47

48 TRAPY DEKANU Pozostałość gigantycznej aktywności wulkanicznej

49 Superwulkan Yellowstone

50 Superwulkan Yellowstone

51 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duŝe (ile jest gatunków?) Od czego zaleŝy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii Ŝycia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagroŝone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

52 Alfred Russel Wallace ( )

53 Bogactwo rodzajów termitów w zaleŝności od szerokości geograficznej

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

55 Gradient geograficzny róŝnorodności gatunków (a) i rodzajów (b) morskich małŝy (wg Flessa & Jablonski 1995) Liczba gatunków Liczba rodzajów Szerokość geograficzna Szerokość geograficzna

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

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

58 PRODUKTYWNOŚĆ BIOSFERY (ZAWARTOŚĆ CHLOROFILU) SeaWiFS Global Biosphere

59 ZALEśNOŚĆ BOGACTWA GATUNKOWEGO OD PRODUKTYWNOŚCI EKOSYSTEMÓW Ssaki mięsoŝerne 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 )

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

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

62 ZaleŜności liczby osobników i liczby gatunków drzew od szerokości geograficznej i czynników środowiska Currie et al. 2004

63 ZASIĘG LASÓW DESZCZOWYCH W okresie zlodowaceń Obecnie

64 HOT SPOTS OBSZARY O SZCZEGÓLNIE WYSOKIEJ RÓśNORODNOŚCI GATUNKOWEJ, OBECNIE ZAGROśONE Wilson, 1992

65 Bogactwo gatunkowe biosfery Jakie jest duŝe (ile jest gatunków?) Od czego zaleŝy (skąd się bierze?) Jak się zmieniało w historii Ŝycia na Ziemi? Jak się rozkłada w przestrzeni? Jakie ma znaczenie dla funkcjonowania biosfery? Czy jest zagroŝone? Jakie ma znaczenie praktyczne dla ludzi?

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

67 WYMIERANIA HOLOCEŃSKIE

68

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

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

71 LICZBA GATUNKÓW ROŚLIN ZAGROśONYCH WYMARCIEM Takson Liczba zagroŝonych Liczba gat. % zagroŝonych NagozaląŜkowe Jednoliścienne Jednoliścienne: palmy Dwuliścienne RAZEM

72 LICZBA GATUNKÓW ZWIERZĄT ZAGROśONYCH WYMARCIEM Takson Liczba zagroŝonych Liczba gat. % zagroŝonych Mięczaki Skorupiaki Owady Ryby Płazy Gady Ptaki Ssaki RAZEM

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

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

75 OCHRONA GATUNKOWA

76 DYNAMIKA RÓśNORODNOŚCI GATUNKOWEJ RÓśNORODNOŚĆ RÓWNOWAGOWA

77 ZALEśNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW OD POWIERZCHNI F.H.A. von Humboldt (1807) Essai sur la geographie des plantes Większe obszary utrzymują więcej gatunków 82

78 ZALEśNOŚĆ BOGACTWA GATUNKOWEGO OD POLA POWIERZCHNI ZAJMOWANEGO TERENU S = ca z log S = log c + z log A

79 ZALEśNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW DRZEW OD POWIERZCHNI WYSP (AUSTRALIA)

80 LICZBA GATUNKÓW DśDśOWNIC W ZALEśNOŚCI OD WIELKOŚCI OBSZARU (EUROPA)

81 ZALEśNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW ROŚLIN OD POWIERZCHNI OBSZARU: CHANNEL ISLANDS I FRANCJA KONTYNENTALNA

82 ZALEśNOŚĆ LICZBY GATUNKÓW MRÓWEK OD POWIERZCHNI OBSZARU W OCEANII WYBRANE OBSZARY NOWEJ GWINEI WYSPY

83 Liczba gatunków ptaków na wyspach mórz tropikalnych w zaleŝności od powierzchni i odległości od lądu

84 LICZBA GATUNKÓW PTAKÓW NA WYSPACH ZALEśY OD ODLEGŁOŚCI OD LĄDU STAŁEGO

85 Model biogeografii wysp MacArthura i Wilsona bliska mała daleka duŝa

86 ZANIK BIORÓśNORODNOŚCI Fakt czy mit? Gdzie zanika? Czy to jest nasz problem? 91

87 ZAGROśENIA RÓśNORODNOŚCI GATUNKOWEJ Katastrofy naturalne Bezpośrednie tępienie nadmierna eksploatacja Niszczenie siedlisk Wprowadzanie obcych gatunków konkurencja zmiany genotypu Niszczenie zespołów gatunki zwornikowe 92

88 PRZYCZYNY WYMIERAŃ Przyczyna frekwencja (%) Zniszczenie środowiska fizycznego 73 Wyparcie przez intruzów 68 Zmiana środowiska przez zanieczyszczenia chemiczne 38 Hybrydyzacja 38 Nadmierna eksploatacja 15 93

89 ZANIK BIORÓśNORODNOŚCI Fakt czy mit? Gdzie zanika? Czy to jest nasz problem? U nas, w Europie, juŝ była katastrofa, teraz doŝynki W Polsce obecnie w fazie przyspieszonej 94

90 PARKI NARODOWE POLSKI 95

91 96

92 YELLOWSTONE NATIONAL PARK 97

93 ALPY Długość 1200 km Szerokość km Powierzchnia 220 tys. km 2 98

94 ALPY Długość 1200 km Szerokość km Powierzchnia 220 tys. km 2 99

95 ALPY Długość 1200 km Szerokość km Powierzchnia km 2 TATRY Długość 57 km Szerokość 20 km Powierzchnia 785 km 2 100

96 ALPY Długość 1200 km Szerokość km Powierzchnia 220 tys. km 2 TATRY Długość 57 km Szerokość 20 km Powierzchnia 785 km 2 101

97

98 Zmiany uŝytkowania ziemi na niespotykaną skalę 103

99 POLA UPRAWNE W PIENINACH 104

100 POLA UPRAWNE k. KRAKOWA 105

101 CO NAS TO OBCHODZI? 106

102 107