kubica, biologia z elementami mikrobiologii, Bioroznorodnosc.doc

Bioróżnorodność – różnorodność biologiczna – zróżnicowanie wszystkich żywych organizmów występujących na Ziemi w ekosystemach lądowych, morskich i słodkowodnych oraz w zespołach ekologicznych, których są częścią i dotyczy to różnorodności w obrębie gatunku, pomiędzy gatunkami oraz różnorodności ekosystemów. (Konwencja o różnorodności biologicznej, Rio de Janeiro, 1992).

Konwencja a ochrona przyrody:

·         cenne są wszystkie gatunki i zgrupowania gatunków na Ziemi

·         ochrona różnorodności powinna być kompleksowa

·         weryfikacja pojęcia naturalności

·         uściśliła pojęcia zjawiska godnego ochrony.

Bioróżnorodność (różnorodność biotyczna):

·         termin używany zwykle do opisania liczby, zmienności i różnorodności organizmów żywych

·         całkowita różnorodność życia na Ziemi

·         zmienność żywych organizmów, z uwzględnieniem wszystkich jej źródeł, w tym także ekosystemy lądowe, wodne oraz złożone układy ekologiczne, których są częścią, włączając w to zróżnicowanie wewnątrzgatunkowe, międzygatunkowe i zróżnicowanie ekosystemów.

Trzy poziomy bioróżnorodności:

·         różnorodność w obrębie gatunku (wewnątrzgatunkowa) – mierzona różnicami genetycznymi pomiędzy osobnikami lub populacjami

·         różnorodność gatunkowa (międzygatunkowa)- wyrażana poprzez zestawienie liczby i równomierności występowania gatunków

·         różnorodność zespołów lub ekosystemów – mierzona liczbą różnych wielogatunkowych zbiorowisk.

W skali globalnej jako miarę bioróżnorodności stosuje się przede wszystkim liczbę gatunków.

Zmiany liczby gatunków w historii biosfery: Wzrost różnorodności gatunkowej od jednej formy hipotetycznego praprzodka do obecnie żyjących 5 – 50 mln gatunków miał charakter wykładniczy. Dane paleontologiczne wykazują, że w historii biosfery miały miejsce masowe wymierania (na skutek szybko następujących poważnych zmian środowiska), jak i okresy intensywnego zwiększania różnorodności biotycznej (epizody radiacji).

Radiacja była możliwa poprzez:

·         obecność pustych, pozostawionych przez wymarłe gatunki nidz ekologicznych

·         powstanie u jakiejś formy przystosowania umożliwiającego opanowanie nowych środowisk lub prowadzenie nowego trybu życia (np. radiacja roślin lądowych, owadów i kręgowców)

Jakie czynniki odgrywają większą rolę w ewolucji i kształtowaniu różnorodności biologicznej:

·         model stacjonarny – to zmiany w środowisku abiotycznym niezależne od żywych organizmów, mogą powodować wymieranie gatunków. W okresach między abiotycznymi katastrofami w historii biosfery gatunki nie wymierają.

·         Model czerwonej królowej – gatunki wciąż ewoluują, powodują zmiany w środowisku biotycznym. Zatem, niemożliwe jest osiągnięcie przez dany gatunek idealnego przystosowania do warunków środowiska.

Zmienność geograficzna różnorodności gatunkowej:

·         liczba gatunków jest większa w rejonach gorących i maleje od równika ku biegunom – tendencja ta może być zakłócona przez czynniki fizjograficzne i klimatyczne, tj łańcuchy górskie i rozkład opadów

·         liczba gatunków jest większa na lądach niż w  morzach i oceanach

·         liczba gatunków maleje wraz ze wzrostem wysokości nad poziom morza

Przyczyny geograficznego zróżnicowania liczby gatunków:

1.      historia – więcej czasu umożliwia pełniejszą kolonizację i wyewoluowanie nowych gatunków

2.      rozmaitość siedlisk – im bardziej zróżnicowane siedliska, tym więcej dostępnych nisz ekologicznych i więcej gatunków

3.      klimat – im łagodniejszy tym więcej gatunków

4.      zmienność klimatu – im stabilniejszy, tym więcej gatunków (stabilność klimatu umożliwia specjalizację)

5.      produktywność (energia) – różnorodność jest ograniczona ilością dostępnej energii między gatunkami

6.      konkurencja – im silniejsza konkurencja, tym większa specjalizacja (węższa szerokość Niszu) i większa różnorodność, ale konkurencyjna

7.      drapieżnictwo – osłabia konkurencyjne wypieranie, czyli zwiększa różnorodność

8.      zmiany środowiska – zmiany umiarkowane osłabiają konkurencyjne wypieranie, czyli zwiększają różnorodność

Reguła Rappaporta – zasięg (mierzony wzdłuż południka) gatunków bentosowych wzdłuż wybrzeża Chile – 157 gatunków o średnio małym zasięgu od 2o do 14o; 33 gatunki o dużym zasięgu od 27o do 37o.

Pojemność środowiska, K – maksymalna liczebność populacji, jaka może istnieć w danym środowisku. Wraz ze zbliżaniem się liczebności populacji do k nasilają się konkurencyjne oddziaływania między osobnikami o zasoby środowiska, co hamuje tempo wzrostu populacji.

Antropopresja – zdarzenia spowodowane zamierzoną lub niezamierzoną działalnością człowieka. Charakteryzuje się różną skalą intensywności i zasięgu przestrzennego i ma na ogół skutki negatywne, np. hałas, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie wody, wyrąb lasów, wypasanie nadmiernej ilości zwierząt.

Introdukcja – świadome lub przypadkowe wprowadzenie gatunków roślin i zwierząt do układów ekologicznych, w których wcześniej ( w czasach historycznych) nie występowały. Introdukcja stanowi poważne zagrożenie dla równowagi w ekosystemie oraz różnorodności biotycznej. Przykłady:

·         wiewiórka szara w Wielkiej Brytanii – drastyczny spadek liczebności rodzimego gatunku wiewiórki pospolitej

·         wprowadzenie królików i lisów do Australii – zagrożenie rodzimej fauny torbaczy

·         norka amerykańska – początkowo hodowana na fermach futrzarskich; obecnie szeroko rozpowszechniona na terenie Polski, stanowi zagrożenie dla norki europejskiej.

Reintrodukcja – jest metodą aktywnej ochrony gatunkowej i odnowy rzadkich bądź zagrożonych wyginięciem gatunków, ze szczególnym uwzględnieniem tych, które zostały umieszczone w Czerwonych Księgach. Przykłady:

·         żubr, który po 1925 roku został wytępiony ( w Polsce ostatni żyjący żubr na wolności padł w 1919roku); gatunek odratowano dzięki osobnikom zachowanym w ogrodach zoologicznych.

·         Ryś, bóbr, sokół wędrowny

Przypadkowa (bądź świadoma ) introdukcja nowych gatunków drapieżników mogą doprowadzić nawet do wyginięcia populacji ofiar.

Strefa biotyczna miasta:

1.      synantropizacja, czyli całokształt zmian szaty roślinnej i fauny pod wpływem człowieka. Gatunki synantropijne to te, które przystosowały się do życia w warunkach ukształtowanych przez człowieka. Wiele gatunków zwierząt wnika do miast, które są często ich głównym siedliskiem, nazywamy je synurbijnymi.

2.      miasto to strefa obniżonej bioróżnorodności:

·         stosunkowo niska presja drapieżników

·         w mieście doskonale czuje się wiele ssaków: szczury, myszy, zdziczałe koty i psy, kuna pojawia się już w środku miast

·         liczne populacje synantropijnych ciepłolubnych owadów: karaluchy, Prusaki, mrówki faraona, pluskwy

·         wiele zwierząt korzysta z zasobów pokarmowych pochodzących od człowieka (odpadki, dożywianie)

·         liczba gatunków stale wzrasta, ale większa jest na obrzeżach miasta niż w jego centrum

3.      siedliska zastępcze w mieście, będące lepszymi od naturalnych:

·         gołąb, jerzyk, jaskółki gnieżdżą się normalnie na skałach, w miastach są znacznie liczniejsze

·         kos jest wielokrotnie liczniejszy w parkach niż w lesie; w niektórych miastach dotyczy to też drozda śpiewaka; ostatnio bardzo liczne stały się kwiczoły

·         w miastach masowo zimują ptaki wodne

·         dla skolonizowania miasta niezbędne jest skrócenie dystansu ucieczki

·         do miast zaczynają wnikać drapieżniki (sroka, sokoły), co często obniża znacznie populacje ich ofiar.

W ciągu ostatnich kilkunastu lat zanotowano w Warszawie obecność 2/3 gatunków, z których 170 stale tu przebywa lub pojawia się na tyle często, by można je uznać za trwałe składniki przyrody. Dla porównania w całej Polsce występuje około 360 gatunków, na Mazowszu zaś około 300. W Warszawie na 1 km2 gnieździ się średnio 190 – 370 ptasich par – co najmniej 2 razy więcej niż w lesie i wielokrotnie więcej niż na polu.

Światowe ogniska różnorodności biotycznej (hotspots):

·         do ich ustalenia wykorzystano stopień endemizmu taksonów wskaźnikowych (roślin kwiatowych i kręgowców) w powiązaniu z poziomem zagrożenia, mierzonym jako utrata co najmniej 75% pierwotnej roślinności

·         zajmują tylko około 2% powierzchni lądów Ziemi, ale skupiają 50% całej lądowej różnorodności biotycznej.

Próby szacowania rzeczywistej liczby gatunków:

Policzenie wszystkich gatunków żyjących na Ziemi jest niemożliwe, zatem pomiar bioróżnorodności może być tylko szacowaniem. Najczęściej stosowaną metodą szacowania całkowitej liczby gatunków jest pobieranie próby i odniesienie jej do całości. Jako pierwszy metodę tę zastosował Erwin (1982), badacz fauny chrząszczy w koronach drzew lasów tropikalnych. Wykonał to następująco:

·         zebrał chrząszcze z drzew jednego gatunku po opyleniu ich koron środkiem owadobójczym (19 drzew, 120 gatunków)

·         pomnożył liczbę gatunków chrząszczy związanych z tym gatunkiem drzewa przez liczbę gatunków drzew występujących w lasach tropikalnych (50 tys.) – lasy tropikalne może zamieszkiwać nawet 8150000 gatunków chrząszczy.

·         Powiększył proporcjonalnie tę liczbę zakładając, że chrząszcze stanowią tylko 40% wszystkich stawonogów żyjących w koronach drzew oraz, że stawonogi te stanowią 2/3 całej fauny stawonogów – 30 mln gatunków tropikalnych stawonogów leśnych.

Bioróżnorodność w skali lokalnej:

Na całkowitą różnorodność zbiorowiska składają się dwa elementy: liczba gatunków i zróżnicowanie ich liczebności.

1.      Wskaźnik Simsona:

D = 1/Σ (pi)2                pi – frakcja

2.      Wskaźnik Shannona – Wenera:

H = Σ (pi)x(ln pi)         pi – w obu wzorach to proporcja gatunku w całej próbie

Niski wskaźnik różnorodności – obszary z małą liczbą gatunków, spośród których niewielka część jest pospolita lub dominująca, np. środowiska ekstremalne – gorące źródła, intensywnie użytkowane krajobrazy rolnicze.

3.      Wskaźnik Margalefa:

I = (S – 1)/ln N                 S – liczba gatunków; N – liczba prób

Wysoki wskaźnik różnorodności – obszary z dużą liczbą gatunków, z których żaden nie jest dominujący ani pospolity, np. lasy deszczowe, rafy koralowe.

Wskaźniki te różnią się względnym znaczeniem przykładowym do względnej liczebności lub równomierności (wskaźnik 1), bogactwa gatunkowego (wskaźnik 2) lub całkowitej wielkości próby (wskaźnik 3).

Trzy miary różnorodności:

·         różnorodność α – liczba gatunków występujących lokalnie w jakimś środowisku (np. w płacie lasu)

·         różnorodność β – względna miara zróżnicowania tych środowisk wewnątrz większego obszaru; oznacza ile razy wzrośnie liczba gatunków po uwzględnieniu wszystkich środowisk danego obszaru

·         różnorodność γ – tempo, z jakim różnorodność zmienia się wraz ze zwiększaniem obszaru; bogactwo gatunków (α) i różnorodności środowiska (β), czyli γ = α + β.

Zastępcze (uproszczone) sposoby pomiaru różnorodności biotycznej:

·         taksony wskaźnikowe – dobrze poznana grupa taksonomiczna, używana jako wskaźnik ogólnej różnorodności. Zakłada się, że dany obszar charakteryzuje wysokie zróżnicowanie jednej grupy taksonomicznej, to pozostałe grupy taksonomiczne powinny być również wysoce różnorodne. Metoda kwestionowana. Odmianą tej metody jest stosowanie zestawu taksonów o różnych wymaganiach ekologicznych.

·         Metoda morfogatunków – metoda szybkiego szacowania różnorodności biotycznej polegająca na grupowaniu osobników pod względem ich najważniejszych cech morfologicznych, a nie według zasad taksonomii. Metoda kontrowersyjna, ale coraz częściej stosowana.

·         Bogactwo gatunkowe – stwierdza się jedynie obecność gatunku bez jego względnego zagęszczenia.

Biosfera – cienka warstwa na powierzchni Ziemi, w której występuje życie. Stanowi globalny ekosystem, w którym na zamkniętych obiegach, poprzez procesy fizyki – chemiczne i biologiczne oraz przy udziale energii krążą pierwiastki. Obejmuje powierzchniową (do głębokości kilku kilometrów) warstwę skorupy ziemskiej (litosfera), wszystkie wody (hydrosfera) łącznie z gorącymi źródłami (>100oC). Większość organizmów żywych oraz natężenie procesów życiowych koncentruje się jednak w cienkiej warstwie grubości rzędu 100m, na powierzchni lądu, w glebie, w wodzie rzek i jezior oraz w powierzchniowej warstwie wód oceanu. Zasięgi maksymalne osiągają jedynie bakterie, nasiona czy zarodniki, które można spotkać do kilkunastu kilometrów wysokości.

Biom – to fragment biosfery odznaczający się typowymi warunkami środowiskowymi, determinującymi tempo produkcji i dekompozycji biomasy, czyli bilans materii organicznej, a w konsekwencji – rozwój charakterystycznych dla danego biomu gleb i formacji roślinnych. Pojęcie biomu tradycyjnie odnosi się do środowisk lądowych, ale obecnie rozszerza się je również na środowiska morskie (np. biom rafy koralowej)

Rozmieszczenie biomów zależy od rozkładu temperatur i opadów. W miarę zbliżania się di biegunów ważniejsza staje się temperatura, w miarę zbliżania się do równika – opady.

·         podobne biomy rozwijają się w podobnym klimacie na różnych kontynentach

·         funkcjonalne przystosowanie roślin i zwierząt należących do tego samego biomu, ale zamieszkujących odległe od siebie tereny, często są podobne (konwersacja)

·         biomy są wyróżniane nieco arbitralnie, klasyfikacja raczej na zasadzie wyglądu niż funkcjonowania (jak w przypadku ekosystemów)

Palearktyka:

·         stosunkowo niewiele endemitów

·         niewiele gatunków gadów (w Polsce – 9 gatunków)

·         dużo płazów ogoniastych

·         z ptaków – dużo puchaczy

Krajobraz jest to zespól różnych ekosystemów (leśnych, łąkowych, torfowiskowych, jeziornych) wzajemnie oddziałujących na siebie i tworzących wyodrębnioną całość strukturalną i funkcjonalną, zajmującą określoną, stosunkowo dużą przestrzeń

·         jest otwartym układem elementów (układ ekologiczny), w którym elementy abiotyczne (klimat, gleba, powietrze, woda) umożliwiają życie ściśle określonym zespołom roślin, zwierząt, drobnoustrojów

·         czynnikiem łączącym elementy krajobrazu w jedna całość jest układ terenu oraz historia jego powstania i rozwoju

·         powiązania między elementami krajobrazu są bardzo silne – żadnego ekosystemu nie można wyizolować bez szkody dla całego krajobrazu jak i dla innych ekosystemów

·         każdy ekosystem korzysta z krajobrazu i sam na niego wpływa.

Pojęcie krajobrazu ma duże znaczenie w ochronie środowiska: poznanie zależności występujących w krajobrazie jest podstawą umożliwiającą zachowanie stanu równowagi między wszystkimi jego elementami, a gospodarczą działalnością człowieka.

Ze względu na stopień rozwoju gospodarki ludzkiej można wyróżnić 4 podstawowe typy krajobrazu:

·         pierwotny, nietknięty w ogóle działalnością ludzką

·         naturalny, znajdujący się częściowo pod wpływem działalności człowieka

·         zdewastowany, pozbawiony zupełnie zdolności samoregulacyjnych z powodu całkowicie zniszczonej równowagi biologicznej

·         antropogeniczny (kulturowy), całkowicie objęty gospodarką ludzką.

ZAGROŻENIA BIORÓŻNORODNOŚCI.

Przyczyny obniżania różnorodności biotycznej:

·         zmniejszenie powierzchni środowiska naturalnego, fragmentacja siedlisk (wylesienie, niszczenie terenów podmokłych, zmiana formy użytkowania – drogi, zabudowania)

·         wprowadzanie inwazyjnych gatunków i chorób

·         zanieczyszczenia wody, powietrza, gleby (zmiany warunków środowiskowych)

·         zmiany klimatu (przesunięcie zasięgu geograficznego gatunku:

Wyżej wymienione działania człowieka prowadzą do obniżenia dostosowania gatunków do środowiska (zmiana warunków środowiskowych abiotycznych i biotycznych) i w efekcie do ich wymierania.