WYKŁAD 1 (21.10.2011r.)

BIORÓŻNORODNOŚĆ (czyli różnorodność biotyczna) w sposób ilościowy określa bogactwo i rozmaitość świata przyrody. Rozpatrywana jest na 3 poziomach:

1. Różnorodność w obrębie gatunku (wewnątrzgatunkowa), mierzona różnicami genetycznymi pomiędzy osobnikami lub populacjami.

2. Różnorodność gatunków (międzygatunkowa), wyrażoną poprzez zestawienie liczby i różnorodności występowania gatunków.

3. Różnorodność zespołów lub ekosystemów mierzoną liczbą różnych wielogatunkowych zbiorowisk.

Bioróżnorodność może być traktowana jako miara złożoności.

Większość zebranych dotychczas danych dotyczących bioróżnorodności opiera się jedynie na liczbie gatunków. Gatunek jest więc jednostką miary, a względna różnorodność biotyczna wyrażona jest za pomocą bogactwa gatunkowego wybranych grup systematycznych.

BIORÓŻNORODNOŚĆ- WSKAŹNIKI

Miara bioróżnorodności oparta na liczbie gatunków może być jednak myląca, gdyż całkowita liczba stwierdzonych gatunków jest często uzależniona od liczby gatunków rzadkich i mało licznych. Dlatego często używa się różnych wskaźników

• WSKAŹNIK OGÓLNEJ RÓŻNOMIERNOIŚCI (Shannona-Wear…)

• WSKAŹNIK BOGACTWA GATUNKOWEGO (Simpsona)

• WSKAŹNIK RÓWNOMIERNOŚCI (Pielon)

• WSKAŹNIK HURLBERTA (PIE) opisuje prawdopodobieństwo, że dwa przypadkowo spotkane osobniki należą do różnych gatunków (Lampert & Sommer). Jeżeli przy jednakowej liczbie gatunków jeden zdecydowanie dominuje (pozostałe są reprezentowane przez małe liczby osobników), to różnorodność biocenozy jest mniejsza niż, gdy wszystkie będą miały zbliżoną różnorodność.

Bioróżnorodność jest duża przy równiku, a maleje do biegunów (od strefy tropikalnej do biegunów).

HIPOTEZY

HIPOTEZA KATASTROF- wszystkie stabilne środowiska sprzyjają procesowi różnicowania się w czasie. Ponieważ tropiki są stabilne dłużej niż strefa umiarkowana, która podlega katastrofom zmianom klimatu w postaci epok lodowcowych, można oczekiwać większej bioróżnorodności w niższych szerokościach geograficznych (Rafy koralowe są narażone na katastrofalne zmiany poziomu morza, jednak charakteryzują się dużą bioróżnorodnością).

HIPOTEZA PRĘDKOŚCI EWOLUCYJNEJ- organizmy zamieszkałe w cieplejszych klimatach ewoluują w szybszym tempie niż w klimatach chłodnych, ze względu na bardziej stabilne, sprzyjające w ciągu całego roku warunki, co jest przyczyną szybszego następstwa pokoleń.

HIPOTEZA DOPŁYWU ENERGII- związana z dostępnością w danym miejscu energii słonecznej. Jednak krytycy wskazują gorące pustynie, które często są obszarami o stałym, wysokim dopływie energii, ale o niskiej różnorodności. Prawdopodobnie więc, powinno się w tym modelu uwzględnić bilans wodny.

HIPOTEZA PRODUKTYWNOŚCI- różnorodność zależy od rocznej ewapotranspiracji rzeczywistej (która jest jednocześnie zależna od dopływu energii i dostępności wody). Ewapotranspiracja rzeczywista jest bardzo wysoka w równikowych lasach deszczowych, ale bardzo niska na gorących pustyniach. Jednak nie stosuje się to do środowisk wodnych, a istnieje wiele przykładów różnic środowiska o niskiej produktywności, zarówno lądowych i wodnych.

HIPOTEZA AREAŁU- rozległe obszary o jednakowym klimacie stwarzają warunki do życia większej liczbie gatunkowej niż obszary podobne lecz mniejsze. Wynika to z tego, że większe powierzchnie stwarzają lepsze możliwości izolacji poszczególnych populacji, a tym samym specjacji. Hipoteza ta nie wyjaśnia dlaczego np. Ameryka Środkowa ma większe bogactwo gatunkowe niż rozleglejszy kontynent Ameryki Północnej.

HIPOTEZA UMIERKOWANYCH ZABURZEŃ- efekt oddziaływania zaburzeń na bioróżnorodności zależy od stopnia ich nasilenia. Wysoki poziom zaburzeń eliminuje wiele gatunków, które są względnie wyspecjalizowane i nie potrafią sobie poradzić z nagłymi zmianami w ich środowisku. Zaburzenia na niewielkim poziomie mogą umożliwić przetwarzanie gatunkom pionierskim bez eliminowania gatunków bardziej wyspecjalizowanych, co w rezultacie daje większą różnorodność.

[schemat]

4 TYPY BIOMONITORINGU 1typ- badanie reakcji od organizmu w górę; 2,3,4 typ- badanie na poziomie podstawowym, badanie bardzo wczesnych zmian.

MINITORING BIOLOGICZNY

ODDZIAŁYWANIE NA ZASPOŁY (biomonitoring typu 1)- monitorowanie wpływu zanieczyszczeń na obecność lub brak gatunków w jakimś miejscu lub zmian w składzie gatunkowym.

BIOKONCENTRACJA ZANIECZYSZCZEŃ (biomonitoring typu 2)- pomiar stężeń substancji zanieczyszczających w gatunku wskaźnikowym lub „wrażliwych”, koncentracja zanieczyszczeń na kolejnych poziomach łańcucha pokarmowego.

OCENA SKUTKÓW ODDZIAŁYWANIA ZANIECZYSZCZEŃ (biomonitoring typu 3)- ilościowe określenie wpływu związków chemicznych na organizmy z wykorzystaniem pomiarów biochemicznych, komórkowych, fizjologicznych i morfologicznych jako narzędzi przesiewowych lub „biomarkerów”.

ODPORNOŚĆ NA ZANIECZYSZCZENIA O PODŁOŻU GENETYCZNYM (biomonitoring typu 4)- wykrywanie zróżnicowanych genetycznie linii (ras, odmian) gatunków, które rozwinęły odporność na daną substancję zanieczyszczoną.

BIOMONITORING TYPU 1

NISZCZENIE SIEDLISK

Najbardziej bezpośrednim zagrożeniem różnorodności gatunkowej jest niszczenie siedlisk, od których jest zależna. Najwyższy stopień prawdopodobieństwa ma Europa, gdzie zagęszczenie populacji ludzkiej jest największe, a działalność przemiany jest szeroko rozpowszechniona i ma ustaloną pozycję.

Wszystkie gatunki (zarówno specjalistów i generalistów) mają pewne wymagania.

SKUTKI NISZCZENIA SIEDLISK- WPŁYW NA ZASPOŁY GATUNKÓW !!!!!!!!!!!!!!!!!!

Fragmentacja- proces w wyniku którego rozmiary siedliska ulegają zmniejszeniu, a ponadto zostaje podzielona na 2 lub więcej fragmentów. Fragmenty różnią się od poprzednio istniejącego siedliska w 4 zasadniczych punktach:

• całkowita powierzchnia pozostałych fragmentów jest mniejsza

• udział krawędzi do całkowitej powierzchni jest większy

• każdy punkt znajduje się średnio bliżej krawędzi siedliska niż był poprzednio

• każdy z fragmentów jest średnio bardziej izolowany niż był poprzednio

FRAGMENTACJA !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Wzorce destrukcji i fragmentacji siedlisk:

a). płaty wewnątrz siedlisk

b). „fala” procesu niszczenia

c). elementy o charakterze liniowym (drogi, linie

energetyczne) dzielą siedlisko na mniejsze elementy

W miarę zmniejszania się płata jakiegoś siedliska i coraz większej jego izolacji od innych maleje wartość określająca równowagową liczbę gatunków, co powoduje ich wymieranie. Konsekwencje tego procesu (tempo zaniku gatunku przewyższa tempo kolonizacji) widoczne są po czasie relaksacji.

Efekt krawędzi- skutkiem fragmentacji siedlisk jest wzrost udziału krawędzi w stosunku do całkowitej powierzchni, oraz to, że każdy punkt w pozostałym fragmencie jest średnio bliżej krawędzi niż był przedtem.

Krawędzie charakteryzują się:

• zmienionym klimatem

• wzrostem częstości występowania katastrof środowiskowych

• zwiększoną penetracją drapieżników i konsumentów

• wzrost prawdopodobieństwa biernej emigracji z siedliska

Ma istotne znaczenie, bo krawędzie często różnią się od siedlisk.

SKUTKI DEMOGRAFICZNE NA ZESPOŁY GATUNKÓW

• spadek zagęszczenia powoduje spadek indywidualnej płodności i ogólnego obniżenia zdolności populacji do wzrostu. W efekcie maleje zdolność regeneracji populacji, co może utrudnić powrót do poprzednich pojemności siedliskowej. Populacja wpada wówczas w „spiralę wymierania”

Konsekwencje: trudność w znalezieniu partnera np. niedźwiedzie szare, grizli w Montanie

• zmniejszona zdolność grupowej obrony przez drapieżnika np. strategia czajki

• obniżona wydajność żerowania grupowego np. wydajność watach łowieckich

• załamanie się więzi socjalnych np. wymarcie gołębia wędrownego

• przypadkowe odchylenia od równego stanu płci mogą oznaczać, że niektóre osobniki zostaną wyłączone z rozrodu

• kojarzenie wsobne w małych populacjach (kojarzenie krewniacze)- zawsze negatywne

• zalew obcych genów- gdy dojdzie do kontaktu rzadkiego gatunku lub podgatunku z gatunkiem pospolitym, blisko spokrewnionym, dochodzi do hybrydyzacji (np. wilk rudy kojarzy się z kojotem i wychodzi kundel)

SKUTKI NISZECZNIA SIEDLISK- wpływ na biocenozę

Organizmy, które wyewoluowały w warunkach, w których były pozbawione konkurencji i drapieżnictwa, są najbardziej wrażliwe na wprowadzenie nowych gatunków.

CELOWE WPROWADZENIE GATUNKU- INTRODUCJA

• wprowadzenie kóz na wyspę Św. Heleny

• introdukcja królików i lisów do Australii

• wprowadzenie okonia nilowego i hiacynta wodnego do Jeziora Wiktorii

OKOŃ NILOWY HIACYNT WODNY

pokarm redukcja tarlisk

Redukcja rodzimych gatunków ryb pielęgnicowatych, wykazujących silną radiacje…

Przykładowe introdukcje-zawleczenie gatunku

• afrykanizacja pszczół w Ameryce Środkowej i Południowej

• Racicznica zmienna- negatywny wpływ:

Szkody ekonomiczne:

• osadzanie się na budowlach i urządzeniach hydrotechnicznych

• zatykanie rurociągów i kanałów doprowadzających wodę w hydroelektrowniach

• i inne

Konkurencja:

• „obrastanie” skorup większych małż z rodziny Unionidae, co powoduje osłabianie konkurencji…

Wpływ pozytywny:

• jako efektywny filtrator ogranicza symptomy eutrofizacji ekosystemów wodnych

• działalność filtracyjna związana jest z gospodarką miogenami: azot i fosfor kumulowane są w ciałach małż

• powodują stały ruch i tym samym odświeżanie wód

• stanowią siedlisko życia dla innych organizmów min. dla bogatej fauny bezkręgowców

• są pokarmem dla ryb, ptaków wodnych, ssaków

• żyzne pseudofekalia sprzyjają rozwojowi makrolitów

• wprowadzanie chorób, np. zgorzel kasztana amerykańskiego, holenderska choroba wiązów w Wielkiej Brytanii, świerzb zagrażający lisowi polarnemu z wyspy Mednyj

ODDZIAŁYWANIE NA ZESPOŁY

BIOMONITORING TYPU 1

METODY OCENY

Dla ekosystemów wodnych i lądowych przyjęto min.:

• OCENA BIOTYCZNA- oparta na zróżnicowanej wrażliwości gatunku na

• zanieczyszczenia (skala wrażliwości gatunku)

• OCENA RÓŻNORODNOŚCI- oparta na zmianach w zróżnicowaniu zespołów

• SYSTEM PRZEWIDYWANIA np. RIVPACS- system przewidywania i klasyfikacji bezkręgowców rzecznych, który łączy w sobie ocenę zarówno pod kątem rodzajów występowania gatunków, jak i względnej liczebności rodzin, np. SOLIPACS- przewidywanie dla gleb.

Do oceny jakości wód używa się rozmaitych grup organizmów:

• bakterii, np. pałeczki okrężnicy, bakterii mezo- i psychofilnych

• glonów, szczególnie englenin, zielenic i złotowiciowców

• ryb, zwłaszcza łososiowatych

Wysoka przydatność ryb:

• całe życie spędzają w wodzie

• ich rozwój osobniczy trwa wiele lat

• poszczególne gatunki wykazują różną tolerancję na zanieczyszczenia

• są łatwe do pozyskania za pomocą odpowiednich narzędzi i nie trudne do identyfikacji w terenie

ORGANIZMY WYKORZYSTYWANE W BIOMONITORINGU

• makrobezkręgowce bentosowe zamieszkujące osady denne.

W wielu wskaźnikach biotycznych wykorzystuje się makrofaunę bezkręgową, bo spełnia większość kryteriów wymaganych od organizmów wskaźnikowych.

PARAMETRY ŚWIADCZĄCE O STANIE ZANIECZYSZCZENIA WÓD:

• struktura dominacji (parametr biocenozy)

• zagęszczenie (parametr strukturalny)

---