Prawa natury w świetle badań ekologii

• DEFINICJE EKOLOGII:

• Nauka, której przedmiotem zainteresowań jest całokształt oddziaływań miedzy organizmami i ich

środowiskiem zarówno ożywionym, jak i nieożywionym (Haeckel, 1869)

• Nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody (Odum, 1963)

• Nauka, która próbuje poznać tajemnice życia na naszej planecie

PODSTAWOWE PRAWA EKOLOGICZNE (Barry Commoner biolog amerykański „The Closing Circle” (1971) „Zamykający się krąg” (1974) )

Barry Commoner (1971):

1. Każda rzecz jest powiązana z wszystkimi innymi rzeczami.

2. Każda rzecz musi się gdzieś podziać

3. Przyroda wie najlepiej

4. Nie istnieje cos takiego jak obiad za darmo

• Jaki jest stan wiedzy o funkcjonowaniu ziemskiego ekosystemu?

“Nasza ignorancja jest tak duża, że nie jesteśmy tego świadomi... nie wiemy niemal nic o działalności ziemskiego ekosystemu ... i dopiero zaczęliśmy pojmować charakter planetarnego życia jako całości”

• Norman Myers [Capra 1987]

„Ekologia znajduje się dzisiaj na takim etapie rozwoju jak XVIII-wieczna chemia”

January Weiner (1999)

PILNOSC zatem przemawia za przyznaniem w naukach biologicznych okresowego priorytetu badaniom

ekologicznym i taksonomicznym oraz działaniom ochroniarskim - przed klonowaniem i tworzeniem

zmodyfikowanych organizmów, gdyż na naśladujące Boga/Ewolucje działania zawsze będzie czas, a następne

pokolenia popełnia mniej błędów”

Prof.. Ludwik Tomiałojc, Zjazd PTZ, 1999

Bioróżnorodność na Ziemi zależności w świecie żywym

Dlaczego powinniśmy uczyć się ekologii?

1. By móc lepiej rozumieć świat, w którym żyjemy

2. By stworzyć ekologiczne, naukowe podstawy wszelkich działań praktycznych

„Tak jak biologia molekularna służy zdrowiu człowieka, ekologia gwarantuje zdrowie planety”

Edward O. Wilson (Science 2000)

Ona jest nasza, Ziemia. Zdamy sobie z tego sprawę wcześniej czy później, lecz nie można od tego uciec. Jeżeli nie nauczymy się żyć w harmonii z łańcuchami pokarmowymi, z ekosystemami, stopniowo stracą one równowagę i wtedy umrzemy. Wszystko jest cyklem/kołem i my jesteśmy w nim, nie możemy uciec.

Robert Baden-Powell [Dowd 1991]

WIELCY EKOLODZY

• EUGENE ODUM (1913 - 2002) najbardziej znany ekolog XX wieku “ojciec ekologii ekosystemu”

„Podstawy ekologii” (1953)

• EDWARD OSBORNE WILSON (ur. 1929) jeden z największych autorytetów naukowych w

świecie w dziedzinie ekologii profesor biologii na Uniwersytecie Harvard uznany entomolog

Jeden z twórców współczesnej socjobiologii

• ALDO LEOPOLD (1887-1948) amerykański ekolog i leśnik „A Sand Country Almanac: And Sketches Here and There” (1948) (biblie amerykańskich rzeczników ochrony przyrody )

„Zapiski z Piaszczystej Krainy” (2005) “ojciec ekologii dzikiej przyrody „Etyka Ziemi”;

„Dobre jest tylko to, co służy integralności, trwałości i pięknu społeczności biotycznej. Natomiast to, co

temu celowi nie służy jest złe”

* Mechanizm biotyczny jest tak złożony, i_ jego działanie może nigdy nie zostać w pełni zrozumiałe

* Konieczne określenie etycznych hamulców działań ludzi w przyrodzie

• DAVID EHRENFELD Niszczenie przez człowieka świata naturalnego stanowi niebezpieczeństwo dla cywilizacji” (1978) ekolog amerykański Krytyk zachodniego światopoglądu, nawołuje do uznania równości biocentrycznej

• PAUL EHRLICH ekolog amerykański współtwórca teorii ko-ewolucji, znawca motyli. Ostrzegł świat przed skutkami eksplozji demograficznej (“The Population Bomb” - 1968)

• - wprowadzał zawodowych biologów i ekologów na arenę polityczna (lata 60 i 70-te)

- zwracał uwagę na immanentna wartość ekosystemów lasów i oceanów

• Rachel Carson (1907-1964) Biolog, ekolog, pisarz

- w książce „Silent Spring”(1962) ostrzegała świat przed skutkami użycia substancji chemicznych

- łączyła wiedze naukowa z głęboką wrażliwością i wyczuciem ekologicznym

• Jacques-Yves Cousteau (1910-1997) francuski oceanograf nieprzejednany propagator i obrońca ekosystemu morza

• Lynn Margulis ur. 1938 amerykański mikrobiolog, twórca “teorii endosymbiozy” Symbiosis in Cell Evolution” (1981)

• JAMES E. LOVELOCK ur. 1919 brytyjski geochemik i ekolog twórca hipotezy Gai

• Jane Goodall ur. 1934 brytyjski etolog największy znawca i obrońca szympansów prowadzi szeroko zakrojona akcje w celu ich ochrony i przekonania nas o potrzebie ochrony Ziemi i środowiska

• DIAN FOSSEY (1932-1985) amerykański zoolog największy znawca goryli górskich, z determinacja walczyła o ich ochronę

• BIRUTÉ GALDIKASBRINDAMOUR ur. 1946 światowy autorytet w wiedzy nt. orangutanów założyła the Orangutan Foundation International

RÓŻNORODNOSC BIOSFERY

ZAGADKA RÓ_NORODNOSCI BIOSFERY

- Dlaczego życie na Ziemi odznacza się tak wielka różnorodnością?

- W jaki sposób doszło do wytworzenia tak wielkiej różnorodności z tak małej ilości substancji fizycznej?

- Dlaczego jest tak wiele gatunków?

- Dlaczego jedne gatunki są pospolite, a inne rzadkie?

- Czy musi być akurat tyle gatunków?

- Czy mogłoby być mniej gatunków, albo więcej?

- Co powoduje, _e gatunki grupują się w zespoły o powtarzalnych właściwościach?

- Ile gatunków występuje na naszej planecie?

- Czy kiedykolwiek będzie można oszacować postępująca utratę różnorodności biologicznej?

Czy w ogóle potrafimy odpowiedzieć na te pytania? Fakt, że potrafimy postawić te pytania, ale wciąż nie

znamy na nie odpowiedzi, sprawia, _e ekologia jest fascynujaca nauka.

Poznanie bioróżnorodnosci Nie ma problemu badawczego o większym bezpośrednim znaczeniu dla ludzkości

Ocena utraty bioróżnorodnosci Sposoby ochrony bioróżnorodnosci

ZAGADKA RÓ_NORODNOSCI BIOSFERY

Przeciętna średnica Ziemi - 12 742 km

Liczba genów wirusa Fag _X17h - 10

Liczba gwiazd w Drodze Mlecznej - około 1011

Masa elektronu - 9,1 x 10-28 grama

Liczba gatunków na Ziemi ???

99% opisanych do tej pory gatunków znamy z paru okazów w muzeum i strzępków anatomicznych opisów w czasopismach naukowych Muzea sa zawalone gatunkami Brak nam czasu, aby co roku opisywać więcej niż

niewielka cześć tej lawiny

„Wielka czesc różnorodnosci gatunkowej patrzy nam prosto w oczy i pozostaje niezauważona”

Edward O. Wilson, Różnorodność życia 1999

• Na całym świecie podejmuje się badania różnorodności:

- narodowe i międzynarodowe programy badawcze

- wspólne przedsięwzięcia placówek badawczych i organizacji społecznych

* Katalogowanie gatunków

* Obserwowanie zmian w składzie flory i fauny

• Teoretyczne i eksperymentalne prace na temat zasad kształtowania i funkcjonowania zespołów

organizmów

• BIORÓ_NORODNOSC (różnorodność biologiczna)

* różnorodność genetyczna

* różnorodność gatunkowa

* różnorodność ekosystemowa

• Bioróżnorodność - koncepcja ochrony przyrody !

• Czynniki wpływające na kształtowanie się różnorodności gatunkowej

- Hipoteza czasu ewolucyjnego / ekologicznego

- Hipoteza stabilności środowiska

- Hipoteza różnicowania przestrzennego

- Hipoteza produktywności

- Hipoteza konkurencji

- Hipoteza drapieżnictwa

• Hipoteza średniego poziomu zaburzeń

STAN ZNAJOMOSCI BIORÓŻNORODNOSCI

Od czasów Linneusza (1758) skatalogowano 1,5 miliona organizmów

* Oceny różnią się od 1 do 1,8 miliona

* 20% opisanych gatunków (w niektórych grupach nawet 40%) to prawdopodobnie synonimy

STAN ZNAJOMOSCI BIORÓ_NORODNOSCI

Stopien poznania wybranych grup organizmów (Solbrig 1992, Wilson 1992, May 1994, World Watch

Institute Report 1987)

• ssaki: 95%

• ptaki: 98%

• płazy i gady: 95%

• ryby: 90%

• grzyby: 5-15%

• pierwotniaki: 31%

• owady: 3%

• glony: 67%

• wirusy: 5%

• bakterie: 13%

• rośliny wyższe: 90-95%

STAN ZNAJOMOSCI BIORÓ_NORODNOSCI 1,5 - 15%

OCEANY:

- oceany kryją zaledwie 15% znanych gatunków, jednak reprezentują one a_ 80% wszystkich znanych typów

- z 33 typów zwierząt (Metazoa) w morzach występuje 32, z tego 21 to organizmy wyłącznie morskie

- bogactwo kryje się na dnie (mało zbadana)

GŁEBIE OCEANÓW

- w połowie XX wieku odkryto drugi niezbadany kontynent, obejmujący 300 mln km2

- najbardziej niegościnne siedlisko na Ziemi

- na początku XIX wieku biolodzy sadzili, że głębiny mórz są pozbawione życia

- bentos abysalny odkryto w latach 1872-76 podczas ekspedycji statku Chalenger

„Liczba gatunków zwierza w bentosie abysalnym może dochodzić do dziesiątków milionów” J. Frederick Grassle (1991)

OCEANY- TYP LORICIFERA

W 1983 roku duński zoolog Reinhardt Kristensen opisał NANOLORICUS MYSTICUS, jako nowy gatunek,

nowy rodzaj, nowa rodzinę, nowy rząd i nowy typ

Loricifera - w ciągu ostatnich 10 lat opisano 30 gatunków żyją pośród mnóstwa innych, bardzo słabo poznanych dziwacznych zwierząt, w piasku i _wirze na dnie oceanu Ta lilipucia fauna dna oceanów jest bardzo słabo poznana mimo, _e

- występuje bardzo obficie

- prawie na pewno odgrywa decydująca role w normalnym funkcjonowaniu środowiska oceanicznego

- jest kosmopolityczna

• „Istnienie Loricifera i ich mikroskopijnego towarzystwa może służyć za symbol, jak mało wiemy o świecie

ożywionym, nawet o tej jego części, która jest niezbędna dla naszego własnego życia” Wilson, Różnorodność życia (1999)

WARSTWA KORON DRZEW LASÓW TROPIKALNYCH

• w warstwie koron rozwijają się całe ekosystemy

• - badania nastręczają trudności techniczne i pociągają ogromne koszty

STAN ZNAJOMOSCI BIORÓ_NORODNOSCI

„Jeszcze jeden kontynent życia pozostaje do odkrycia, nie na ziemi, ale o 200 stóp powy_ej”

William Beeke, 1917

• ROŚLINY

- szacuje sie, _e na ka_de 100 gatunków roślin napotkanych w dżungli tropikalnej 1 jest nowy dla nauki

- w ostatnich 10 latach opisano 3 nowe dla nauki rodziny roślin kwiatowych (jedna z nich to drzewa !!!)

- Index Kewensis: co roku przybywa 2000 gatunków roślin ( Calochortus tiburonensis okolice San Francisco

Odkryty przez 21-letniego kolekcjonera amatora Jamesa Morefielda na przedmiesciach Huntsville )

• SSAKI

* Sifaka Tattersalla (Propithecus tattersalli) W sztandarowym roku 1988 odkryto nastepujace gatunki:

* Lemura z Madagaskaru

* Koczkodana złotoogonowego (Cercopithecus solatus)

* Małpę z Gabonu

* Jelonek mundżak z gór zachodnich Chin

* Wieloryb Eubalaena japonica (70 tonowy wieloryb, o długosci dochodzacej do 16 m)

* Eubalaena japonica

* Wieloryb Balaenoptera omurai

• BAKTERIE

Podręcznik Bakteriologii Systematycznej według Bergeya

zawiera 4000 gatunków Ile razy jest ich więcej? Ostatnie badania sugerują, _e co najmniej tysiąc razy

więcej, a całkowita liczba sięga milionów !!! Ile komórek bakteryjnych mieści się w szczypcie leśnej

gleby? 10 miliardów Ile gatunków bakterii mieści się w szczypcie leśnej gleby? Kilka tysięcy

Najliczniejszy organizm na kuli ziemskiej - Protochlorococcus Odpowiedzialny za znaczna cześć produkcji pierwotnej oceanów 70 000 - 200 000 komórek / 1 mm wody

• PRÓBY OSZACOWANIA RZECZYWISTEJ LICZBY GATUNKÓW

SZACOWANIE LICZBY GATUNKÓW STAWONOGÓW W LESIE RÓWNIKOWYM, WG ERWINA (1982) Erwin zbadał dokładnie liczbę gatunków chrząszczy, zebranych z 19 drzew gatunku Luehea seemannii w Panamie. Liczba gatunków chrząszczy z 19 drzew: 1 200

PRÓBY OSZACOWANIA

Średnia specyficzność gatunkowa w stosunku do gatunku drzewa wynosi 13,5%

ZAŁOŻENIE 1

* liczba gatunków specyficznych dla L. Seemannii: 163

ZAŁOŻENIE 2

* Liczba gatunków drzew w lesie równikowym wynosi w przybliżeniu 50 000, każdy gatunek drzewa ma swoje wyspecjalizowane chrząszcze

* liczba wyspecjalizowanych gatunków chrząszczy na wszystkich gatunkach drzew: 8 150 000

Chrząszcze stanowią ok. 40% wszystkich stawonogów

ZAŁOŻENIE 3

* liczba wszystkich stawonogów w koronach drzew: 20 000 000

ZAŁO_ENIE 4

* W koronach żyje 2 razy więcej gatunków stawonogów ni_ na dnie lasu

* całkowita liczba gatunków stawonogów w lesie równikowym wynosi: 30 000 000

Erwin mógł się pomylić w obie strony

1. Może poszczególne gatunki nie są a_ tak wyspecjalizowane jak zakładał 5 - 10 milionów

2. Erwin zaniżył proporcje in. stawonogów do chrząszczy oraz proporcje gatunków naziemnych di nadrzewnych 80 milionów

3. Erwin (1988) określił liczbę owadów na 50 mln

• Za podstawę przyjmujemy faunę jakiegoś dobrze poznanego rejonu, wybierając dobrze znany takson

PRÓBY OSZACOWANIA RZECZYWISTEJ LICZBY GATUNKÓW

• 22 000 - liczba gatunków owadów w Wielkiej Brytanii

• 67 - liczba gatunków motyli dziennych w Wielkiej Brytanii

• 15 000 - 20 000 - liczba gatunków motyli dziennych w faunie świata

• 4,9 - 6,6 mln - liczba gatunków wszystkich owadów w faunie świata

Badania nad głębinową makrofauny morskiej

1. Zespół amerykańskich oceanologów pobrał kilkaset prób z dna Oceanu Atlantyckiego

2. Wśród 100 tys. osobników znaleziono 800 gatunków: połowa nowych dla nauki

3. Dokonując ekstrapolacji krzywej, obrazującej jak szybko przybywa nowych gatunków z liczba zbadanych

osobników oszacowano całkowita liczbę gatunków bentosu na 10 mln

-Jostein Goksoyr i Vigdis Torvik (badacze norwescy) oszacowali liczbę gatunków w 1 g gleby z lasu bukowego i 1 g płytkich osadów morskich

1. Wyekstrahowali z materiału czysty DNA

2. Przez podgrzanie doprowadzili do dysocjacji DNA

3. Po ochłodzeniu dochodzi do ponownego połączenia, przy czym łącza się tylko nici komplementarne

4. Jeżeli próbka zawiera materiał pochodzący od jednego gatunku, łączenie nici przebiega szybko i jest kompletne

5. Tempo łączenia nici wykalibrowano

6. Badacze norwescy doszli do wniosku, _e 1 gram gleby i 1 gram osadu z dna morskiego zawiera 4-5 tysięcy bliżej nieokreślonych gatunków bakterii (mniej więcej tyle, ile w ogóle opisano do tej pory)

Wilson, Ehrlich (Science 1991): 90 - 100 milionów gatunków

Projekt „All Species”: do 200 milionów gatunków

„ALL SPECIES”

CEL: opracowanie katalogu wszystkich form życia występujących na Ziemi i nowego systemu jego uzupełniania w ciągu 25 lat

ZMIANY LICZBY GATUNKÓW W HISTORII BIOSFERY

• W ciągu miliardów lat ewolucji zaznacza się wyraźny wzrost ogólnej różnorodności gatunkowej

* 3,9 - 3,4 mld lat temu: 1 hipotetyczny przodek

* obecnie: x milionów gatunków

Wzrost różnorodności biologicznej miał charakter wykładniczy

WIELKIE WYMIERANIA

• PIERWSZA ZAGŁADA: 440 mln lat temu (ordowik)

- dotknęła istoty żyjące w oceanach

- zginęło 60% wszystkich rodzajów organizmów morskich

- zagłada związana prawdopodobnie ze zmiana poziomu mórz

• DRUGA ZAGŁADA: 365 mln lat temu (dewon)

- zginęło 55% rodzajów organizmów morskich

- największa zagłada w dziejach Ziemi

• TRZECIA ZAGŁADA: 250 mln lat temu (perm)

- wyginęło 95% gatunków żyjących w morzach i 70% gatunków lądowych

- katastrofa spowodowana prawdopodobnie przez upadek ciała kosmicznego w pobliżu ówczesnego

bieguna południowego

- zginęło 52% rodzajów organizmów, głównie morskich

• CZWARTA ZAGŁADA: 200 mln lat temu (trias)

- zgineło 75% organizmów morskich i 18% kręgowców lądowych

• PIATA ZAGŁADA: 65 mln lat temu (kreda)

- wyginęły wszystkie dinozaury

- przyczyna zagłady było zderzenie się z Ziemia wielkiego meteorytu

* Jaka byłaby liczba gatunków, gdyby nie powtarzające się katastrofy?

* Czy istnieje górna granica liczby gatunków na Ziemi i jakie czynniki mogłyby ja wyznaczać?

HIPOTEZA EKOLOGICZNEGO WYZWOLENIA

- po katastrofach pozostawały liczne środowiska i możliwe do podjęcia style życia

- po katastrofie z uwagi na mniejsza liczbę gatunków i mniejsza liczbę osobników, konkurencja jest słabsza

- nawet gatunki i osobniki niedoskonale przystosowane mogą odnieść sukces

• SZÓSTA ZAGŁADA: obecnie

WYMIERANIE PLEJSTOCENSKO-HOLOCENSKIE Wymieranie spowodowane działalnością człowieka

trwa od kilkudziesięciu tysięcy lat

- Australia: wielkie kangury i inne wielkie torbacze (wyginęło 86% rodzajów ssaków)

- Ameryka: lwy, gepardy, konie, mamuty, mastodonty, olbrzymie leniwce naziemne i kilkadziesiąt in. Gatunków dużych ssaków (w Ameryce Północnej wyginęło 73% rodzajów ssaków, a w Ameryce Południowej 80%)

- Nowa Zelandia: wielkie strusie moa

- Madagaskar: wielkie nielotne ptaki, _żółwie, lemury

• TEMPO WYMIERANIA GATUNKÓW

Do czasów obecnych przeżyło kilka - kilkadziesiąt milionów gatunków spośród około 0,5 miliarda

które Żyły na Ziemi. Średni czas trwania gatunku: 5 milionów lat. Średnie tempo wymierania w

ciągu ostatnich 200 milionów lat: 1 gatunek / 1,1 roku

* inne szacunki: 1 gatunek / 5 lat

Współczesne tempo wymierania 50 000 - 150 000 gatunków / rok

* Współczesne tempo wymierania jest wyższe od naturalnego o 5000 - 25 000 razy

• TEMPO WYMIERANIA GATUNKÓW

50 000 - 150 000 gatunków / rok

140 - 416 gatunków / dzień

6 - 17 gatunków / godzina

• OWADY (przy założeniu, _e mamy 10 mln owadów i 50% zginie w ciągu 30 lat - za Wheeler 1990)

167 000 gatunków / rok

19 gatunków / godz.

456 gatunków / dzień

- przy założeniu, _e mamy 50 mln owadów i 50% zginie w ciągu 30 lat - za Wheeler 1990)

835 000 gatunków / rok

90 gatunków / godz.

2280 gatunków / dzień

• Oceny wymierania gatunków dotyczące ssaków

Tempo wymierania przed 100 tysiącami lat: 0,08 / 100 lat

Tempo wymierania przed 3,5 milionami lat: 0,01 / 100 lat

Tempo wymierania w latach 1000 - 1980: 17 / 100 lat

Tempo wymierania w ostatnim 20-leciu: 145/ 20 lat

• W połowie XXI wieku bogactwo gatunkowe Ziemi będzie mniejsze o:40-60 PROC

• Współczesne wymieranie ma specyficzne cechy:

* jest najszybsze

* przyczyna jest człowiek

* zagrożenie dotyczy także odmian i ras hodowlanych

Paul R. i Anne H. Ehrlich przyrównali

zmniejszanie się liczby gatunków w

ekosystemach do wypadania nitów w

konstrukcji samolotu

8

---