Czynniki ograniczające rozmieszczenie organizmów (bariery geograficzne, migracje i rozprzestrzenianie się gatunków.)

Wszystkie zwierzęta mają zdolność do dyspersji, czyli do przemieszczania się potomstwa na nowe, niezasiedlone przez dany gatunek tereny. Migrują konkretne osobniki (nie populacja), jednak mówi się o ekspansji populacji. Osobniki, które wywędrowują trafiają na opór środowiska i migranci ci mogą nie przeżyć. Sukces zasiedlenia nowego terenu, zależy, zarówno od czynników zewnętrznych i wewnętrznych.

Czynnikiem zewnętrznym są m.in. bariery geograficzne, które fizycznie uniemożliwiają osobnikom dotarcie na nowe tereny. Dla ryb słodkowodnych, taka bariera są wody słone, oraz środowisko lądowe, z kolei środowisko wodne jest często bariera dla organizmów typowo lądowych. Innym przykładem może być np. ściana lasu dla bezkręgowców. Granice takie mogą zaznaczać, także bariery pochodzenia antropogenicznego np. zabudowania, linie kolejowe czy elektryczne.

Jako bariery możemy także wyróżnić:

- strefy klimatyczne, gdy osobniki danego gatunku, nie są w stanie pokonać obszaru

o niesprzyjających warunkach klimatycznych

- środowiska żywe, np. obszary, na których żyją określeni drapieżcy, czy pasożyty

- bariery odległości i czasu-niektóre gatunki „nie zdążyły” zasiedlić dostępnych terenów, np. pancernik długoogonowy nie doszedł poza Am. Środkową

- działanie sił geologicznych, zlodowacenia -np. dryf kontynentalny oddala od siebie poszczególne kontynenty, ale tez niektóre zbliża. Np. po oderwaniu się Antarktyki australijska płyta tektoniczna dryfowała w kierunku północnym, aż do zetknięcia się z płytą azjatycką, co miało miejsce ok. 20 mln. lat temu. Zmniejszenie się odległości pomiędzy Australia i Azja ułatwiło rozprzestrzenianie się gatunków na drodze skokowej.

Rozmieszczenie gatunków w skali lokalnej rzadko bywa natomiast ograniczone przez możliwości przemieszczania się gatunków. Obrazuje to eksperyment, w którym nasiona rośliny porastającej jedynie niewielki obszar nadbrzeżny w Anglii, zostały przeniesione

w głąb wyspy. Okazało się, że większość roślin nie przeżywa pierwszego roku. Organizmy mogą rozprzestrzeniać się aktywnie, oraz biernie. Dyspersja aktywna jest zależna od rodzaju narządów lokomocji, więc teoretycznie najszybciej kolonizować nowe obszary mogą ptaki. Na drodze dyspersji biernej(wiatr, woda, inne zwierzęta) są przenoszone najczęściej małe organizmy, jednak np. na krach, czy dużych drzewach mogą się przemieszczać sporych rozmiarów kręgowce.

Skłonności do migracji jest kolejnym czynnikiem, który decyduje o zasięgu pewnych gatunków. Niektóre z nich wykazują większą skłonność do migracji niż inne. Często możemy je znaleźć wśród gatunków pionierskich. Znanym przykładem takiej rośliny jest mniszek lekarski, który to produkuje dużą ilość nasion przystosowanych do przenoszenia przez wiatr lub zwierzęta na duże odległości. Ciekawym przykładem wewnętrznej predyspozycji do dyspersji jest filopatria i tak np. łosoś instynktownie zawsze na tarło powraca do rzeki, w której się urodził. Możliwość migracji może być cechą niewątpliwie korzystną w warunkach niestabilnego środowiska jednak badanie przyrody wykazało, że także wywędrowywanie ze środowisk stabilnych jest korzystne dla gatunku. Podsumowując: zarówno budowa, fizjologia jak i sposób zachowania się organizmów są tak kształtowane w procesie doboru naturalnego, że umożliwiają migracje osobników, jeśli jest to niezbędne do zrealizowania pełnego cyklu życiowego.

Ewa Hołubowska

13.XII 2010

CZYNNIKI OGRANICZAJĄCE ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ ORGANIZMÓW

(BARIERY GEOGRAFICZNE, MIGRACJE,

ROZPRZESTRZENIANIE SIĘ GATUNKÓW).

Ziemia nie została zasiedlona przez organizmy żywe w sposób ciągły i równomierny. Na dzisiejszy obraz rozmieszczenia organizmów wpłynął układ lądów, mórz i stref klimatycznych w czasie całej historii Ziemi.

Zasięgi poszczególnych gatunków zostały ukształtowane przez szereg czynników historycznych, ekologicznych i antropogenicznych które spowodowały iż organizmy zamieszkują obszary globu w różny, ale jednocześnie nieprzypadkowy sposób.

Różnorodność środowisk sprawia, że zasiedlają je liczne i specyficzne nieraz zespoły organizmów. Występowanie poszczególnych organizmów jest jednak uzależnione od pewnych czynników środowiskowych i zachodzących między nimi zależności.
Czynniki, które ograniczają wielkość występowania populacji (tzw. czynniki ograniczające) możemy podzielić na dwie kategorie:

• czynniki niezależne od zagęszczenia - takie, które wpływają na liczebność populacji, same jednak są od niej niezależne. Zazwyczaj są to czynniki abiotyczne (np. susze, pożary, powodzie, anomalie klimatyczne, dostępność do wody i pożywienia);

• czynniki zależne od zagęszczenia - takie, które wpływając na liczebność populacji, lecz same też są od niej zależne. Zazwyczaj są to czynniki biotyczne (np. oddziaływania między organizmami, zdolności organizmu do adaptacji w środowisku). Czynniki zależne od zagęszczenia z reguły utrzymują liczebność danej populacji na stałym poziomie, ich nasilenie zależne jest od poziomu pojemności środowiska.

Istotną rolę odgrywają też bariery geograficzne. Czynniki historyczne są związane z przemianami geologicznymi, które zachodziły w minionych epokach historii Ziemi, np. kształtowanie się kontynentów zmiany klimatu, czy wypiętrzanie się gór ułatwiały lub uniemożliwiały przemieszczanie się organizmów. Szczególnie specyficzny rodzaj fauny i flory spotyka się na terenach takich jak wyspy Galapagos, Nowa Zelandia, Madagaskar, czy wysokie góry. Dzięki oddzieleniu wyspy od lądu czy terenów płaskich górami spełniającymi rolę naturalnej bariery geograficznej w rozprzestrzenianiu się roślin i zwierząt, w składzie organizmów na izolowanych obszarach nastąpiły duże różnice polegające na zachowaniu się endemitów czyli unikalnych gatunków niespotykanych nigdzie indziej. Unikalność organizmów bytujących w izolacji polega m. in. na zachowaniu się starych form grupy systematycznej jak np. ssaki składające jaja czyli australijskie dziobaki. Unikalność ta może również polegać na zachowaniu się gatunku reliktowego np. reprezentującego florę czy faunę minionych epok. W tym drugim przypadku chodzi o przetrwanie gatunku w silnie ograniczonej liczebności, czy na niewielkim obszarze. Przykładem roślin reliktowych będących pozostałością okresu lodowcowego jest spotykany w Tatrach dębik ośmiopłatkowy.

Przykładowo wody mogą stanowić barierę utrudniającą rozprzestrzenianie się gatunków lądowych. Np. ptak jarząbek cieciornik w rejonie Wielkich Jezior naturalnie występował jedynie na trzech nieznacznie oddalonych od siebie wyspach. Jak zaobserwowano wynikało to z faktu iż sam nie był w stanie pokonać odległości większej jak 800 m od brzegu co powodowało, że nie był w stanie skolonizować odleglejszych terenów. Dopiero pomoc człowieka to umożliwiła.

Dlatego też analizując rozmieszczenie gatunków w pierwszej kolejności należy się zastanowić czy dany gatunek nie występuje w danym miejscu z tego względu, że nie jest on w stanie tam dotrzeć i skolonizować obszaru nadającego się do zasiedlenia.

Zaznaczyć jednak trzeba, że nie zawsze introdukowane gatunki staną się pospolite na nowych terenach gdyż często nawet z nieznanych przyczyn gatunki nie są w stanie przeżyć na nowym obszarze.

Badania przemieszczania się czyli migracji stwarza problemy, ponieważ dokładne znane jest rozmieszczenie jedynie nielicznych gatunków, więc też i wiele przemieszczeń nie zostaje zarejestrowanych. Poza tym imigrujące osobniki mogą nie kolonizować nowych terenów z powodu braku sprzyjających warunków abiotycznych czy biotycznych.

Przystosowanie danych gatunków do określonych warunków nazywamy tolerancją ekologiczną, od niej w znacznym stopniu, zależy zasięg geograficzny gatunku. Migracje zakończone kolonizacją obszaru skutkują przepływem genów.

Zostając przy tym temacie wspomnieć należy, że nieraz zaobserwować można tzw. efekt założyciela czyli szczególny przypadek dryftu genetycznego, kiedy to populacja w przeszłości zasiedliła nowy teren z niewielką liczbą osobników np. na izolowaną wyspę. Przypadek taki powoduje, że pula genetyczna tam następnie ulega drastycznym zmianom i ubożeje.

Migracja jest zatem zarówno procesem ekologicznym wpływającym na rozmieszczenie organizmów w przestrzeni, jak też i procesem genetycznym, wpływającym na zróżnicowanie struktury genetycznej populacji lokalnych.

Jeśli chodzi o rozmieszczenie organizmów w skali globalnej to dzięki badaniom dowiedzione zostało, że ssaki lądowe z wyjątkiem nietoperzy niełatwo przekraczają bariery oceaniczne. W momencie powstania połączenia lądowego pomiędzy dwoma kontynentami różne gatunki (w tym tez ssaki) zaczęły rozprzestrzeniać się w różnych kierunkach. Dla niektórych gatunków stało się to drastyczne w skutkach, ponieważ ssaki drapieżne całkowicie wypierały gatunki chociażby kopytne.

Migracyjność może być cechą przystosowawczą jeśli daje możliwość skutecznej kolonizacji nowych obszarów. Niektóre gatunki zasiedlają siedliska okresowe i zdolności do migracji są czynnikiem umożliwiającym ich istnienie. U gatunków żyjących w bardziej stabilnych warunkach środowiska, migracyjność jest z reguły mniejsza.

Rozmieszczenie gatunków jest warunkowane w znacznej mierze istniejącymi barierami geograficznymi które oddziaływują niezależnie od tego jaki aktualnie typ rozprzestrzeniania zachodzi, a można wyróżnić trzy typy w skali geograficznej:

• rozchodzenie się- czyli powolne rozszerzanie zasięgu populacji w korzystnych warunkach środowiska, obejmująca czas trwania wielu pokoleń. To zjawisko jest powszechne.

• rozprzestrzenianie się skokowe- zaczyna się przemieszczaniem pojedynczych osobników na duże odległości i osiedlaniem się ich w nowych warunkach, co początkuje powstanie całkiem nowej populacji lokalnej. Ma to miejsce w krótkim czasie, mieszczącym się okresie trwania życia jednego pokolenia. Osobniki przemieszczające się zazwyczaj muszą pokonać nie nadające się do zasiedlenia. Na tej podstawie kolonizowane są chociażby wyspy.

• powolne rozszerzenie się zasięgu- odbywa się na przestrzeni nawet wielu tysięcy lat. W tym czasie procesy doboru naturalnego powodują, że część populacji różnicuje się w stosunku do populacji macierzystej.

Czynniki antropogeniczne stanowią szczególny rodzaj czynników biotycznych, związanych z działalnością człowieka, której skutkiem może być zarówno rozprzestrzenianie się gatunków, jak i ich wymieranie. W przeszłości, np. podczas wypraw związanych z odkryciami geograficznymi niejednokrotnie człowiek przyczyniał się do zwiększenia zasięgu niektórych gatunków pomagając im pokonać bariery geograficzne, których rośliny i zwierzęta samodzielnie nie pokonałyby, ale również oddziaływał na nie korzyć istniejących tam gatunków. I tak przykładem nadmiernego tępienia może być chociażby gatunek wydry morskiej która ze względu na swoje futro została niemalże całkowicie wytępiona na początku dwudziestego wieku. Nieliczne pozostałe populacje zostały objęte ochroną od roku 1911 dzięki czemu liczebność zaczęła wzrastać, zwierzęta powtórnie rozprzestrzeniły się na tereny swojego dawnego występowania.

Czynniki ograniczające rozmieszczenie organizmów (bariery geograficzne, migracje, rozprzestrzenianie się gatunków)

Wszystkie organizmy mają zdolność do dyspersji, czyli do przemieszczania się potomstwa na nowe, niezasiedlone przez dany gatunek tereny. Osobniki, które wywędrowują trafiają na opór środowiska i część migrantów osiąga sukces i zasiedla nowe tereny, a część może nie przeżyć, ale o tym decydują czynniki zewnętrzne i wewnętrzne.

Do czynników zewnętrznych zaliczamy między innymi bariery geograficzne, które mogą stanowić łańcuchy górskie, ściana lasu (stanowiąca barierę dla bezkręgowców), strome skały oraz rozległe wody.

Przykład: W rejonie Wielkich Jezior jarząbek cieciornik (Bobasa umbellus) notowany był tylko na trzech wyspach na jeziorze Michigan, wszystkie one znajdowały się w promieniu 800m od brzegu. Na żadnej z wysp bardziej oddalonych od brzegu cieciornika nie stwierdzono. Takie rozmieszczenie tego gatunku można tłumaczyć jego brakiem zdolności do przemieszczania się na duże odległości. Badano jak daleko są zdolne polecieć nad wodą cieciorniki i stwierdzono, że żaden z badanych ptaków nie był w stanie pokonać 800 metrowego pasma wody, tak więc wyciągnięto wniosek, że osobniki tego gatunku, nie są w stanie same skolonizować wysp bardziej oddalonych od brzegów. Niektóre z tych wysp zostały zasiedlone sztucznie i wszystkie zasiedlenia udały się znakomicie.

Istnieją również inne bariery, które ograniczają rozmieszczenie organizmów. Są to między innymi:

- strefy klimatyczne (gdy osobniki danego gatunku nie są stanie pokonać obszaru o niesprzyjających warunkach klimatycznych)

- środowiska żywe (drapieżniki, pasożyty)

-bariery odległości i czasu (niektóre gatunki „nie zdążyły” zasiedlić dostępnych terenów np. pancernik długoogonkowy).

To, że dany gatunek nie zajmuje całego obszaru swojego potencjalnego zasięgu może wynikać po prostu z tego, że nie jest on w stanie pokonać bariery i skolonizować obszaru nadającego się do zasiedlenia.

O zasięgu pewnych gatunków decydują także wewnętrzne predyspozycje do dyspersji. Jedne gatunki wykazują większą skłonność inne zaś mniejszą.

Przykładem organizmu wykazującego dużą skłonność do dyspersji jest mniszek lekarski, który produkuje dużą ilość nasion przystosowanych do przenoszenia przez wiatr (dyspersja bierna powietrzna). Istnieje także dyspersja biedna z udziałem innych organizmów tzw. Frezja oraz dyspersja wodna.

Wyróżnia się także dyspersję aktywną: tempo zależne od rodzaju narządów lokomocji, najszybciej poruszają się organizmy latające, ale szybkość i łatwość lokomocji nie wpływa bezpośrednio na szybkość dyspersji i uzdolnienia do niej. Formy poruszające się z trudem mają czasem bardzo duże zasięgi zaś ptaki opierają się biernemu roznoszeniu i mogą utrzymywać stały zasięg.

Ciekawym przykładem wewnętrznej predyspozycji do dyspersji jest filopatria, czyli tendencja lub instynkt stałego powrotu do miejsca urodzenia lub terenu poprzedniego rozrodu (łosoś).

Badania przemieszczania się organizmów (migracji) stwarzają problemy, ponieważ znane jest rozmieszczenie jedynie nielicznych gatunków, wiec wiele przemieszczeń nie zostaje zarejestrowanych. Poza tym nie każda migracja kończy się kolonizacją nowych terenów, ponieważ mogą wystąpić niesprzyjające warunki biotyczne czy abiotyczne. Tak wiec zasięg geograficzny zależy również od tolerancji ekologicznej gatunku.

Migracje zakończone kolonizacją obszaru skutkują przepływem genów. Istnieje tzw. Efekt założyciela, czyli szczególny przypadek dryfu genetycznego, kiedy to populacja w przeszłości zasiedliła nowy teren z niewielką liczbą osobników np. na izolowaną wyspę. Przypadek taki powoduje, że pula genetyczna tam następnie ulega drastycznym zmianom i ubożeje. Migracyjność może być cechą przystosowawczą, gdy daje możliwość zasiedlenia nowych terenów. Niektóre gatunki zasiedlają siedliska okresowe i zdolności do migracji SA czynnikiem umożliwiającym ich istnienie. U gatunków żyjących w bardziej stabilnych warunkach środowiska, migracyjność jest z reguły mniejsza. Migracja jest zatem zarówno procesem ekologicznym jak i procesem genetycznym, wpływającym na zróżnicowanie struktury genetycznej populacji lokalnych.

Rozmieszczenie się gatunków może odbywać się trzema różnymi sposobami.

1. Rozchodzenie się - jest to powolne rozszerzanie się zasięgu populacji w korzystnych warunkach środowiska, obejmujące czas trwania wielu pokoleń.

2. Rozprzestrzenianie się skokowe - zaczyna się przemieszczaniem pojedynczych osobników na duże odległości i osiedlaniu się ich w nowych warunkach, co początkuje powstanie całkiem nowej populacji lokalnej. Ma to miejsce w krótkim czasie, mieszczącym się w okresie trwania życia jednego pokolenia. Osobniki przemieszczające się zazwyczaj muszą pokonać nie nadające się do zasiedlenia tereny. Na drodze skokowej rozprzestrzeniania się odbywa się na przykład kolonizacja wysp.

3. Powolne rozszerzanie zasięgu - odbywa się na przestrzeni nawet wielu tysięcy lat.

W tym czasie procesy doboru naturalnego powodują, że część populacji różnicuje się w stosunku do populacji macierzystej.

---