RÓŻNORODNOŚĆ BIOSFERY WBNZ 845

Transkrypt

1 RÓŻNORODNOŚĆ BIOSFERY WBNZ 845 (Biogeografia ekologiczna i ewolucyjna) WYKŁAD 10 ZASIĘG

2 Pojęcie ZASIĘGU Wszędzie występuje wiele gatunków, żaden gatunek nie występuje wszędzie* ; gatunki mają ograniczone, nakładające się zasięgi; Zasięg: obszar wewnątrz obwiedni najdalszych znanych stanowisk gatunku; Granica zasięgu: najbardziej zewnętrzne współrzędne miejsc występowania; *Gaston, 1002

3 JAK WYZNACZYĆ ZASIĘG?

4 16 km 3,2 km OBRAZY ROZMIESZCZENIA POWOJNIKA Clematis fremontii W RÓŻNYCH SKALACH 800 m (WYZNACZANIE GRANIC ZASIĘGU) 9 m 91 m Lomolino et al

5 MAPA ROZMIESZCZENIA KOMOSY PIŻMOWEJ Ambrosia amrosioides W KALIFORNII (Pustynia Sonora) wg danych zielnikowych ( ) wg obserwacji w terenie ( ) Lomolino et al

6 MAPA ZASIĘGU MOTYLA Zerynthia polyxena JAKO UOGÓLNIENIE MAPY STANOWISK Lomolino et al

7 MAPA ZASIĘGU CIĄGŁEGO MOTYLA Zegris eupheme Schematycznie zaznaczono kontur pokrywający wszystkie znane lokalizacje Lomolino et al

8 ZIMOWE ZASIĘGI PTAKÓW W AMERYCE PÓŁNOCNEJ DANE ILOŚCIOWE MAPA KONTUROWA MAPA WZGLĘDNEGO ZAGĘSZCZENIA (Christmas Bird Census) Root 1988 Lomolino et al. 2010

9 ZASIĘG SŁOWIKA RDZAWEGO (Luscinia megarhynchos) W POLSCE (DANE ILOŚCIOWE) Jonsson 1998 Kuczyński i Chylarecki 2012

10 GRANICA ZASIĘGU PALMY Copernicia alba WYZNACZONA SPADKIEM LICZEBNOŚCI (wg transektów na zdjęciach lotniczych) jw Lomolino et al

11 WIELKOŚĆ ZASIĘGÓW

12 ROZKŁAD WIELKOŚCI ZASIĘGÓW GEOGRAFICZNYCH SSAKÓW PÓŁNOCNOAMERYKAŃSKICH 523 gatunki Liczba gatunków Wielkość zasięgu geograficznego (tysiące km 2 ) Krebs

13 ROZKŁAD WIELKOŚCI ZASIĘGÓW GEOGRAFICZNYCH PTAKÓW PÓŁNOCNOAMERYKAŃSKICH 1370 gatunków % gatunków Wielkość zasięgu geograficznego (tysiące km 2 ) Ptaki mają zasięgi o 3 rzędy wielkości większe niż ssaki (z kręgowców lądowych: najmniejsze: ryby i płazy) Krebs

14 ROZKŁAD WIELKOŚCI ZASIĘGÓW GEOGRAFICZNYCH ROŚLIN NACZYNIOWYCH WIELKIEJ BRYTANII 1499 gatunków % gatunków Wielkość zasięgu geograficznego (tysiące km 2 ) Na ogół małych zasięgów jest znacznie więcej niż dużych Krebs

15 WIELKOŚĆ ZASIĘGÓW GEOGRAFICZNYCH DZIĘCIOŁÓW PÓŁNOCNO- I POŁUDNIOWOAMERYKAŃSKICH W ZALEŻNOŚCI OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ (81 gatunków) Wielkość zasięgu lęgowego, km 2, skala logarytmiczna Północ min równik Południe Szerokość geograficzna Krebs 2009

16 KOSMOPOLICI ENDEMITY

17 KOSMOPOLITYCZNY ZASIĘG WYDRY (Lutra lutra) Kostrowicki 1999

18 KOSMOPOLITYCZNY ZASIĘG PAPROCI ORLICY (Pteridium aquilinum) Kostrowicki 1999

19 HIERARCHICZNY WZORZEC ENDEMIZMU Cała rodzina Heteromyidae jest endemiczna dla Ameryki Pn. Rodzaj Microdipodops endemiczny lokalnie Dwie endemiczne linie genetyczne M. pallidus Dwa gatunki rodzaju Microdipodops są lokalnymi endemitami o nienakładających się zasięgach Lomolino et al

20 PROCENT ENDEMITÓW WE FLORACH GÓRSKICH PŁD. EUROPY

21 CO DETERMINUJE GRANICE ZASIĘGÓW? bariery fizyczne warunki klimatyczne interakcje

22 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

23 ZASIĘGI: NIEDŹWIEDZIA POLARNEGO I PINGWINÓW Lomolino et al

24 Cox & Moore PÓŁNOCNA GRANICA ZIMOWEGO ZASIĘGU FIBIKA OLIWKOWEGO Sayornis phoebe ZGODNA Z IZOTERMĄ TEMP. MINIMALNEJ -4 o C

25 OGRANICZENIA BUDŻETU ENERGETYCZNEGO PTAKA WRÓBLOWATEGO O MASIE 26 g Budżet energetyczny kj/d Maksymalny metabolizm Maksymalna asymilacja Maksymalna konsumpcja Liczba godzin ze światłem dziennym

26 PRZEWIDYWANE GRANICE ROZMIESZCZENIA ZIMOWEGO GATUNKU W ZALEŻNOŚCI OD OGRANICZEŃ FIZJOLOGICZNYCH Weiner unpubl.

27 ZBIEŻNOŚĆ ZASIĘGÓW RÓŻNYCH GATUNKÓW Kostrowicki Granice zasięgów gryzoni w Azji Środkowej Granice zasięgów płazów i gadów w Illinois, USA (Udvardy 1978) Zagęszczające się linie zasięgów sugerują przebieg granic faun

28 Lomolino et al ROZMIESZCZENIE GATUNKÓW ZWIĄZANYCH Z TAJGĄ 7 gatunków świerka Mysikróliki Nornice (leśne)

29 GÓRNA GRANICA LASU TATRY (Słowacja) lat. 49 o, alt. ok m n.p.m. jw

30 GRANICA LASU ANDES DE MERIDA (VENEZUELA) lat. 8 o 40 N, alt. ok m n.p.m. jw

31 Mt. Kenia 5199m lat. 0 8 S

32 Mt. Kenia 5199m lat. 0 8 S Granica lasu m n.p.m.

33 GÓRNA GRANICA LASU W GÓRACH ŚWIATA (150 STANOWISK) W ZALEŻNOŚCI OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ granica drzew granica wiecznego śniegu Wysokość n.p.m. (m) W szerokim pasie 50 o wokół równika granica lasu jest na prawie stałym poziomie Szerokość geograficzna Główny czynnik: średnia (maksymalna) temperatura w okresie wegetacyjnym Krebs

34 ZALEŻNOŚĆ POŁOŻENIA GRANICY LASU (m n.p.m.) OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ W GÓRACH AMERYKI PÓŁNOCNEJ Ogólny wzorzec geograficzny modyfikowany przez lokalne warunki Lomolino et al

35 ROZMIESZCZENIE KAKTUSA SAGUARO (Carnegiea gigangtea) Ograniczenie zasięgu przez klimat: temperatury poniżej 0 o C Potwierdzone przez bezpośrednie obserwacje fizjologiczne (skutki ostrych zim) jw Lomolino et al

36 % GATUNKÓW TRAW O FOTOSYNTEZIE C 4 W 32 REGIONACH AMERYKI PÓŁNOCNEJ Krebs Bloom 2010

37 SPECJACJA historia = przypadek NIEBYT PULA GATUNKÓW WYMIERANIE ewolucyjna skala czasu ograniczenia dyspersji ograniczenia środowiskowe interakcje LOKALNA BIOCENOZA (ZESPÓŁ) ASSEMBLY RULES ekologiczna skala czasu

38 INTERAKCJE MIĘDZYGATUNKOWE Konkurencja Drapieżnictwo Pasożytnictwo Mutualizm

39 NIEZACHODZĄCE NA SIEBIE ZASIĘGI 5 GATUNKÓW Dipodomys (WYKLUCZANIE KONKURENCYJNE?) Potwierdzone przez bezpośrednie obserwacje konkurencyjnego wypierania Lomolino et al

40 ROZMIESZCZENIE PIONOWE 3 GATUNKÓW BURUNDUKÓW (Tamias sp.) W GÓRACH PD-ZACH. USA Konkurencyjne wypieranie/uwalnianie Nie więcej niż 2 naraz, niewielkie nakładanie zasięgów; ale tam gdzie tylko 1 gatunek, zasięg 2 x szerszy Lomolino et al

41 INTERAKCJE MIĘDZYGATUNKOWE Konkurencja Drapieżnictwo Przykład: okoń nilowy (wymarcie 300 gat. pielęgnicowatych) [Wielka Dolina Ryftowa] Przykład: Kaktus Opuntia stricta motyl Cactoblastis cactorum [Australia] Pasożytnictwo Mutualizm

42 okoń nilowy (Lates niloticus) Opuntia stricta zjadacz opuncji Cactoblastis cactorum wiki wiki

43 INTERAKCJE MIĘDZYGATUNKOWE Konkurencja Drapieżnictwo Pasożytnictwo Ptasia malaria (Plasmodium) na Hawajach Mutualizm

44 Konkurencja INTERAKCJE MIĘDZYGATUNKOWE Drapieżnictwo Pasożytnictwo Mutualizm Rośliny kwiatowe i wyspecjalizowani zapylacze, np. koniczyna i trzmiele w Nowej Zelandii

45 jw jw jw jw

46 jw

47 jw jw jw jw

48 DYNAMIKA ZASIĘGÓW

49 OKRESOWE ZMIANY ZIMOWEGO ZASIĘGU 3 GATUNKÓW PTAKÓW BOREALNYCH Sowa biała Krzyżodziób modrzewiowy Czeczotka Lomolino et al. 2010

50 OKRESOWA ZMIANA ZASIĘGU SZARAŃCZY (Nomadacris septemfaciata) source Lomolino et al

51 PRZESUNIĘCIE ZASIĘGU SKOCZKA PUSTYNNEGO W HOLOCENIE Kostrowicki 1999

52 ZMIANA ZASIĘGU ZIMOWANIA NIETOPERZA Myotis lucifugus PRZEWIDYWANA NA PODSTAWIE BUDŻETU ENERGETYCZNEGO I SPODZIEWANYCH ZMIAN KLIMATU RZECZYWISTE HIBERNACULA Murray M. Humphries*, Donald W. Thomas & John R. Speakman, 2002

53 PRZEWIDYWANE ZMIANY ZASIĘGÓW I OBFITOŚCI WYSTĘPOWANIA GATUNKÓW DRZEW WE WSCHODNICH STANACH USA WSKUTEK ZMIAN KLIMATYCZNYCH Populus tremuloides: gatunek, którego zasięg się skurczy Iverson & Prasad; Ecological Monographs, 68(4), 1998

54 PRZEWIDYWANE ZMIANY ZASIĘGÓW I OBFITOŚCI WYSTĘPOWANIA GATUNKÓW DRZEW WE WSCHODNICH STANACH USA WSKUTEK ZMIAN KLIMATYCZNYCH Cornus florida: gatunek, który może zwiększyć zasięg Iverson & Prasad; Ecological Monographs, 68(4), 1998

55 PROGNOZOWANE ZMIANY LOKALNYCH FAUN NA PÓŁKULI ZACHODNIEJ WSKUTEK GLOBALNYCH ZMIAN KLIMATU siatka 100 x 100 km siatka 200 x 200 km Symulowano zmiany zasięgów 2954 gat. ssaków, ptaków i płazów Lawler et al. Ecology, 90(3), 2009

56 PROGNOZOWANE ZMIANY LOKALNYCH FAUN NA PÓŁKULI ZACHODNIEJ WG 3 SCENARIUSZY GLOBALNYCH ZMIAN KLIMATU

57 ZASIĘGI PIERWOTNE I OBECNE LWA (Panthera leo) I TYGRYSA (Panthera tigris) LEW TYGRYS nakładanie zasięgów Kostrowicki 1999 jw jw

58 DYSPERSJA HIACYNTA WODNEGO (Eichhornia crassipes) Z AMERYKI POŁUDNIOWEJ Pantanal, Brazylia jw Kostrowicki 1999

59 AEROGRAFIA MAKROEKOLOGIA

60 MAPA GIS WIELKOŚCI ZASIĘGÓW PTAKÓW LĘGOWYCH W AMERYCE PN. I PD. średni obszar zasięgu 10 6 km 2 Lomolino et al

61 HIPOTEZA RAPOPORTA HIPOTEZA JANZENA

62 GRANICE TEMPERATUR KRYTYCZNYCH (górnej i dolnej) DLA PŁYTKOWODNYCH RYB MORSKICH w zależności od szerokości geograficznej Temperatura krytyczna, o C o Szerokość geograficzna Hipoteza o sezonowej zmienności klimatycznej przewiduje, że ryby strefy umiarkowanej powinny mieć najszerszy zakres Krebs 2009; 7.6

63 WPŁYW SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ NA WIELKOŚĆ ZASIĘGU (REGUŁA RAPOPORTA)

64 drzewa mięczaki morskie Reguła Rapoporta ryby słodkowodne gady i płazy Taksony, których centrum zasięgu leży dalej od równika, mają większy zasięg (mierząc wzdłuż południka) ssaki BIOTA Am. Pn.

65 ZALEŻNOŚĆ WIELKOŚCI ZASIĘGU GEOGRAFICZNEGO OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ Wielkość zasięgu geograficznego [% obszaru Ameryki Północnej] Szerokość geograficzna Wielkość zasięgu rośnie w miarę oddalania się od równika, zgodnie z regułą Rapoporta Krebs

66 drzewa w Kostaryce Reguła Rapoporta w układzie pionowym Taksony, których centrum zasięgu jest położone wyżej, mają również większy zasięg pionowy; na większych wysokościach mniej gatunków. ssaki w Kolorado, USA ptaki w Wenezueli

67 Reguła Rapoporta: sposób prezentacji 1 Średni zakres szerokości geogr. o mięczaki Am. Pn. szerokość geograficzna Liczba gatunków Średni zakres szerokości geogr. o mięczaki drzewa Am. Pn. szerokość geograficzna Liczba gatunków [maskuje zmienność]

68 Reguła Rapoporta: sposób prezentacji 2 [ujawnia zmieność, pokazuje jej granice] Obszar zasięgu (10 6 km 2 ) szerokość geograficzna centrum zasięgu Lomolino et al. 15.5

69 Średni zakres zasięgów pionowych (m) Szerokość geograficzna centrum zasięgu ZASADA JANZENA: przełęcze górskie w tropikach są wyższe roczna amplituda temperatur Lomolino et al. 15.7

70 ZAKRESY PIONOWYCH ZASIĘGÓW 614 GATUNKÓW DRZEW (W 38 KLASACH) W HIMALAJACH NEPALU W STOSUNKU DO WYSOKOŚCI n.p.m. ŚRODKA ZASIĘGU Zakres pionowego zasięgu (m) wysokość n.p.m. (m) Maksimum zasięgu przy ok m n.p.m., niezgodnie z hipotezą Rapoporta Krebs 2009, 7.5

71 Reguła Rapoporta saki naczelne różnych kontynentów zakres szerokości zasięgu geograficznego skala logarytmiczna Szerokość geograficzna centrum zasięgu skala logarytmiczna Lomolino et al. 15.8

72 MAKROEKOLOGIA

73 MAKROEKOLOGIA Analiza wzorców ekologicznych w dużej skali przestrzennej (regionalnej, globalnej); Podejście top-down ( od ogółu do szczegółu ); Poszukiwanie wyjaśnień złożonych (np. czynniki ograniczające jako funkcje wyznaczające brzegi wielowymiarowych rozkładów), raczej niż deterministycznych funkcji jednowymiarowych

74 Ssaki, Ameryka Pn Obszar zasięgu, km 2 ZALEŻNOŚĆ WIELKOŚCI ZASIĘGU OD MASY CIAŁA Obszar zasięgu, km 2 Ptaki, Ameryka Pn masa ciała, g Metoda makroekologii: granice rozkładów wielowymiarowych Dla danej wielkości ciała zasięgi Mają wielkość co najmniej. masa ciała, g Lomolino et al. 15.9

75 ZALEŻNOŚĆ ZAGĘSZCZENIA POPULACJI I ZASIĘGU GEOGRAFICZNEGO U PTAKÓW PÓŁNOCNOAMERYKAŃSKICH Zageszczenie populacji (osobn.transekt) obszar zasięgu geograficznego 10 6 km 2 LOMOLINO ET AL

76 log (wielkość zasięgu) log (wielkość zasięgu) log (wielkość zasięgu) Trzciniaki Lasówki Icteridae Bociany Głuptaki Albatrosy wiek gatunków [mln lat] ZALEŻNOŚĆ WIELKOŚCI ZASIĘGÓW OD WIEKU TAKSONÓW Gaston 2003 Największe zasięgi: stare gatunki młode gatunki w średnim wieku Lomolino et al

77 ZALEŻNOŚĆ WIEKU TAKSONU OD SZEROKOŚCI GEOGRAFICZNEJ CENTRUM ZASIĘGU a. średnie nieważone b. ważone przez liczbę gatunków w taksonie Gaston i Blackburn 1996

78 ZASIĘGI RELIKTOWE? ARTEFAKTY?

79 RELIKTOWE ROZMIESZCZENIE GATUNKÓW MEZOZOICZNYCH Liriodendron Magnolia Cox & Moore 2010

80 ROZMIESZCZENIE AMEBY SKORUPKOWEJ Nebela vas SUGERUJE POCHODZENIE Z GONDWANY DEBATA: Czy wolnożyjące Protista są kosmopolityczne? Czy obserwowane wzorce nie są aby skutkiem błędów taksonomicznych? Cox & Moore

81 2.12 Tetracanthella arctica? Tetracanthella tatrica?

82 ZASIĘG A NISZA Zasięg gatunku jest odzwierciedleniem jego niszy ekologicznej Zasięg potencjalny Zasięg realizowany ograniczenie: dyspersja, konkurencja Nisza fundamentalna [=potencjalna] Nisza realizowana ograniczenie: konkurencja

83