EKOLOGIA

EKOLOGIA
Biogeografia wysp
MacArthur i inni
Ekologia
1
Robert H. MacArthur (1930 – 1972)
„The Theory of Island Biogeography”
„Geographical Ecology”
Ekologia
2
Co to jest wyspa i dlaczego?
Ekologia
Z ekologicznego punktu widzenia: każ
każde
środowisko otoczone cał
całkowicie odmiennym
terenem, nieprzyjaznym dla organizmó
organizmów
zamieszkują
zamieszkujących wyspę
wyspę – np. szczyty wysokich
gór, stawy, jaskinie, izolowane rezerwaty
przyrody i – oczywiś
oczywiście – wyspy oceaniczne,
morskie itp.
3
1
Podstawowe pytania
Jakie czynniki determinują
determinują liczbę
liczbę gatunkó
gatunków na
wyspie?
Od czego zależ
zależy szczegó
szczególny zestaw gatunkó
gatunków tam
wystę
występują
pujących?
Dlaczego pewne gatunki są
są sprawnymi
kolonistami, z reguł
reguły zasiedlają
zasiedlającymi wyspy,
podczas gdy inne pojawiają
pojawiają się
się rzadko lub nigdy?
W jakim stopniu poszczegó
poszczególne gatunki ró
różnią
nią się
się
pomię
pomiędzy wyspami?
Na ile teoria biogeografii wysp moż
może być
być
przydatna w ochronie przyrody?
Ekologia
4
Skąd na wyspach biorą się nowe gatunki?
1. Rośliny
Roś
Rośliny są
są bardzo dobrymi kolonizatorami:
wystarczy tylko kilka nasion, by zasiedlić
zasiedlić nową
nową wyspę
wyspę
nasiona i spory niektó
niektórych roś
roślin mogą
mogą być
być przenoszone z
wiatrem na odległ
odległość setek kilometró
kilometrów
niektó
niektóre owoce i nasiona przyczepiają
przyczepiają się
się do pió
piór
migrują
migrujących ptakó
ptaków
niektó
niektóre nasiona mogą
mogą kieł
kiełkować
kować nawet po 2 tygodniach
spę
spędzonych w ukł
układzie pokarmowym zwierzą
zwierząt
niektó
niektóre nasiona i roś
rośliny mogą
mogą być
być przenoszone przez prą
prądy
morskie na znaczne odległ
odległości
Przykł
Przykład: Wyspy Galapagos – niemal cał
cała flora z Poł
Południowej
Ameryki; ok. 380 przypadkó
przypadków kolonizacji: 60% za
poś
pośrednictwem ptakó
ptaków, 31% z wiatrem, 9% z prą
prądami
morskimi.
Ekologia
5
Skąd na wyspach biorą się nowe gatunki?
2. Zwierzęta
Ekologia
Migrują
Migrujące ptaki
Niektó
Niektóre bezkrę
bezkręgowce mogą
mogą być
być przenoszone z wiatrem na
ogromne odległ
odległości
„Pływają
ywające wyspy”
wyspy” – np. powalone pnie drzew, duż
duże nasiona
roś
roślin (orzechy kokosowe!), itp.
Anguilla w Mał
Małych Antylach: po dwó
dwóch huraganach w 1995 r.
w rejonie morza karaibskiego na plaż
plaży znaleziono mnó
mnóstwo
spł
spławionych drzew i 15 osobnikó
osobników iguany zielonej, któ
które
najprawdopodobniej przypł
y na pniach z Gwadelupy,
przypłynęł
ynęły
gdzie te gady normalnie wystę
występują
pują podró
podróż przez ok. 6 mies.
i 250 km!
6
2
Liczba gatunków i wielkość wyspy
Na duż
dużych wyspach jest wiele gatunkó
gatunków, na mał
małych – mał
mało
np. ssaki: Wielka Brytania – 44; Irlandia – 22
Czy odpowiada za to o ok. 36 km wię
większa odległ
odległość od
kontynentu? Nie! Spoś
Spośród 13 gat. nietoperzy w Wielkiej
Brytanii, tylko 7 wystę
występuje w Irlandii.
ok. 22-krotny wzrost liczby gatunkó
gatunków przy 1010-krotnie wię
większej
powierzchni wyspy
liczba gatunkó
cy od
gatunków S = cAz (c – wspó
współczynnik zależą
zależący
dyspersyjnoś
dyspersyjności organizmó
organizmów, A – powierzchnia wyspy, z –
wykł
wykładnik okreś
określają
lający zależ
zależność
ność mię
między liczbą
liczbą gatunkó
gatunków i
powierzchnią
powierzchnią wyspy dla wszystkich taksonó
taksonów; badania
wskazują
wskazują, że jego wartość
wartość jest dość
dość stał
stała).
Ekologia
7
S = cAz
- wartość współczynnika „z”
Grupa organizmó
organizmów
Lokalizacja
wartość
wartość „z”
chrzą
chrząszcze
płazy i gady
Antyle („
(„Indie Zachodnie”
Zachodnie”)
Antyle („
(„Indie Zachodnie”
Zachodnie”)
0,34
0,30
Ptaki
Ptaki
USA – Wielka Kotlina
Antyle („
(„Indie Zachodnie”
Zachodnie”)
0,17
0,24
krę
kręgowce lą
lądowe
wyspy jez. Michigan
0,24
mró
mrówki
ptaki
Melanezja
Indonezja („
(„Indie Wschodnie”
Wschodnie”)
0,30
0,28
roś
rośliny lą
lądowe
Galapagos
0,33
muchó
muchówki
parki w Cincinnati
0,24
ssaki
Ameryka Pó
Północna
0,15
Ekologia
8
Dlaczego wielkość wyspy jest tak ważna?
Wielkość
Wielkość wyspy jest z reguł
reguły dodatnio skorelowana z
różnorodnoś
norodnością
cią środowisk ze wzrostem powierzchni
roś
rośnie liczba nisz wię
większa liczba gatunkó
gatunków
Czy sama wielkość
wielkość ma znaczenie?
przykł
y kolonizowane
przykład – „wyspy”
wyspy” z muszel małż
małży
przez bezkrę
bezkręgowce; wielkość
wielkość „wysp”
wysp” moż
może być
być
różna, ale liczba nisz nie zmienia się
się:
10 cm2 – 8 gat.; 100 cm2 – 13 gat.; 70000 cm2 - 20 gat.
wielkość
wielkość jest waż
ważna: wię
większa powierzchnia wię
większe populacje mniejsze prawdopodobień
prawdopodobieństwo
ekstynkcji
Ekologia
9
3
Znaczenie sąsiedztwa wyspy i ryzyka na wyspach
Liczba gatunkó
gatunków zależ
zależy od:
odległ
odległości od źródła gatunkó
gatunków (np. najbliż
najbliższego lą
lądu)
bogactwa gatunkowego rejonu źródłowego
Życie na wyspach jest bardziej ryzykowne niż
niż na lą
lądzie
efekty lokalnych katastrof mają
mają znacznie wię
większe
znaczenie na wyspach – mogą
mogą łatwo doprowadzić
doprowadzić do
cał
całkowitej ekstynkcji wielu gatunkó
gatunków rejony
źródłowe są
są zawsze bogatsze w gatunki, nawet gdy
środowiska są
są identyczne jak na wyspie
np. spoś
y od roku
spośród 171 gat. ptakó
ptaków, jakie wyginęł
wyginęły
1600, 90% ekstynkcji miał
miało miejsce na wyspach, z
czego 75% na najmniejszych z nich.
Ekologia
10
Znaczenie wielkości populacji na wyspach
Efekt zał
założyciela: mał
mała populacja = mał
mała pula genowa
duż
duże prawdopodobień
prawdopodobieństwo ekstynkcji
dryf genetyczny szybka specjacja
Fluktuacje liczebnoś
liczebności przy mał
małych populacjach
duż
duże prawdopodobień
prawdopodobieństwo ekstynkcji
Mał
Mało skomplikowane zespoł
zespoły mniejsza odporność
odporność
na chwilowe zmiany (np. wyginię
wyginięcie jednego gatunku
pocią
pociąga za sobą
sobą poważ
poważniejsze konsekwencje niż
niż w
rejonie źródłowym)
Ekologia
11
Od czego zależy liczba gatunków
zamieszkujących „wyspy”?
Wielkość
Wielkość powierzchni wyspy
Topografia (zró
(zróżnicowanie zasobó
zasobów)
Odległ
Odległość od obszaró
obszarów źródłowych
Bogactwo gatunkowe obszaró
obszarów źródłowych
Równowaga mię
między tempem imigracji i
tempem ekstynkcji
Ekologia
12
4
Równowaga między tempem imigracji i
ekstynkcji a wielkość wyspy
Liczba gatunków
Duże wyspy
Blisko lądu
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
Ekologia
13
Równowaga między tempem imigracji i
ekstynkcji a wielkość wyspy
Liczba gatunków
Duże wyspy
Daleko od lądu
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
Ekologia
14
Liczba gatunków
Małe wyspy
Równowaga między tempem imigracji i
ekstynkcji a wielkość wyspy
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
Ekologia
15
5
Liczba gatunków
Małe wyspy
Równowaga między tempem imigracji i
ekstynkcji a wielkość wyspy
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
Ekologia
16
Równowaga między tempem imigracji i
ekstynkcji a wielkość wyspy
Duże wyspy
Liczba gatunków
Blisko lądu
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Małe wyspy
Liczba gatunków
Czas
Daleko od lądu
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
nowe gatunki
(imigracja)
gatunki wymierające
(ekstynkcja)
Czas
Ekologia
17
Teoria a rzeczywistość
Ekologia
Historia wyspy Krakatau (Indonezja)
1883 – potęż
na erupcja niszczy wię
potężna
większość
kszość wyspy i życie na niej
1886 – 9 gat. roś
roślin (w tym 2 zielne, 4 gat. drzew)
1897 – 23 gat. roś
roślin (w tym 3 zielne, 10 gat. drzew)
1908 – 46 gat. roś
roślin, pó
później liczba gat. nie zmieniał
zmieniała się
się
zasadniczo
ekosystemy trawiaste zaczął
zaczął porastać
porastać las gatunki traw oraz
zwią
y zanikać
związane z nimi gatunki owadó
owadów i ptakó
ptaków zaczęł
zaczęły
zanikać (ok.
50% wczesnych kolonizatoró
kolonizatorów obecnych w 1897 r. zanikł
zanikło)
trajektorie kolonizacji i ekstynkcji nie pokrywał
pokrywały się
się dokł
dokładnie z
przewidywaniami teorii biogeografii wysp; odbywał
odbywały się
się raczej
„falami”
falami” wynikają
wynikającymi z sukcesji ekosystemó
ekosystemów
teoria biogeografii zaniedbuje takie zjawiska, jak zależ
zależnoś
ności mię
między
organizmami (zmiany sukcesyjne)
18
6
Wyspy a radiacja adaptatywna
Brak na wyspie wielu gatunkó
gatunków obecnych na
lądzie stał
stałym mniej konkurentó
konkurentów i
drapież
drapieżnikó
ników wię
większe moż
możliwoś
liwości
wykorzystania środowiska łatwiejsza
ewolucja nowych gatunkó
gatunków przez adaptację
adaptację do
szczegó
szczególnego środowiska wyspy
jaszczur z Komodo – ogromne rozmiary, bo brak
innych duż
dużych drapież
drapieżnikó
ników
zię
zięby Darwina na Galapagos – szybka ewolucja 14
gat. o wyspecjalizowanych dziobach
drzewiaste sł
słoneczniki na wyspie Św. Heleny (5 gat.
drzew z jednego gat. sł
słonecznika)
Ekologia
19
Ekologia
20
Powstawanie wysp wskutek fragmentacji
środowiska
Plejstocen – poziom oceanu ok. 100 m niż
niższy
wiele obecnych wysp połą
czonych z lą
połączonych
lądem
stał
stałym taka sama liczba gatunkó
gatunków na cał
całym
obszarze
Wzrost poziomu wody oderwanie wysp od lą
lądu
stał
stałego spadek liczby gatunkó
gatunków na wyspach
(„relaksacja”
relaksacja”)
Relaksacja ma odwrotny kierunek do kolonizacji,
ale obydwa procesy prowadzą
prowadzą w kierunku
ustalenia ró
równowagowej liczby gatunkó
gatunków na
wyspach.
Ekologia
21
7
Relaksacja - przykład
Wyspa Barro Colorado w Panamie
do 1903 r. – szczyt gó
góry pokryty tropikalnym lasem
1903 – 1914 – budowa Kanał
Kanału Panamskiego i
zatopienie okolicznych nizin szczyt gó
góry stał
stał się
się
wyspą
wyspą o pow. 15,7 km2.
1923 – 375 gat. ptakó
ptaków
1970 – 330 gat.
1990 – 310 dawnych gat. i tylko dwa nowe
ekstynkcja wię
większa wś
wśród gat. żyją
yjących na
powierzchni gleby i w poszyciu
Ekologia
22
Projekt Lovejoy’a
„Minimum Critical Size of Ecosystems”
W brazylijskiej dż
dżungli przy wyrę
wyrębie zostawiano „wyspy”
wyspy” lasu o
pow. od 1 ha do 1000 ha oraz jedną
jedną o pow. 10 000 ha („
(„ląd stał
stały”)
ptaki: począ
początkowo wzrost liczby gat. w obrę
obrębie „wysp”
wysp” (do ok.
200 dni), pó
później spadek do poziomu daleko niż
niższego od
począ
początkowego
ssaki: od razu spadek liczby gat. z ok. 20 do 7
zmiana środowiska fizykochemicznego (wzrost temperatury,
spadek wilgotnoś
wilgotności, spadek tempa dekompozycji)
Wykorzystują
Wykorzystując te dane oraz krzywą
krzywą S = cAz:
10% dż
dżungli zachowane ekstynkcja 50% gat.
tylko obecne rezerwaty ekstynkcja 67% gat. roś
roślin i 75%
gat. zwierzą
zwierząt.
Ekologia
23
Biogeografia wysp – nauki dla ochrony środowiska
Im wię
większy rezerwat, tym lepiej
wię
większy rezerwat zapewnia wyż
wyższy poziom ró
równowagowej
liczby gatunkó
gatunków i wolniejszą
wolniejszą ekstynkcję
ekstynkcję, lepiej zabezpiecza
przed ekstynkcją
ekstynkcją „K-strategó
strategów” oraz minimalizuje efekty
brzegowe
Jeden duż
duży rezerwat jest lepszy od wielu mał
małych o tej samej
łącznej
łącznej powierzchni (przy zał
założeniu takiej samej heterogenicznoś
heterogeniczności
środowiska)
Ekologia
Znaczenie heterogenicznoś
heterogeniczności środowiska
wiele mał
małych rezerwató
rezerwatów zamiast jednego duż
dużego moż
może być
być
korzystnym rozwią
rozwiązaniem, gdy zapewniają
zapewniają heterogeniczność
heterogeniczność
niemoż
niemożliwą
liwą do zapewnienia w pojedynczym rezerwacie
organizacja przestrzenna zapewniają
zapewniająca moż
możliwość
liwość migracji
mię
między rezerwatami
Znaczenie kształ
kształtu: jak najbardziej okrą
okrągłe
24
8