ZOOGEOGRAFIA

ZOOGEOGRAFIA
prof. nadzw. dr hab. Michał Grabowski
[email protected]
Co to jest zoogeografia?
Nauka zajmująca się geograficznym
rozmieszczeniem gatunków zwierząt
na kuli ziemskiej.
Podejście tradycyjne
= zoogeografia opisowa
Badanie rozmieszczenia organizmów,
obecnie i w przeszłości.
Podejście współczesne
= zoogeografia dynamiczna
Badania wszystkich przejawów przestrzennej
(geograficznej) zmienności w przyrodzie, od genów
po ekosystemy.
Składowe bioróżnorodności zmieniające się w
gradientach geograficznych.
Program badawczy współczesnej
zoogeografii
• Dlaczego różne regiony globu, mimo podobnych warunków, zamieszkują różne
gatunki?
• Jakie czynniki fizyczne i biologiczne ograniczają zasięgi gatunków?
• Jak wydarzenia w historii Ziemi (ruch kontynentów, zlodowacenia) wpłynęły na
rozmieszczenie organizmów?
• Jak zmieniają się w gradiencie geograficznym właściwości funkcjonalne
ekosystemów (np. naturalna produkcja pierwotna, dekompozycja,
bioróżnorodność)?
• Jak wyjaśnić wzorce rozmieszczenia zespołów organizmów na „wyspach”?
• Jak wyjaśnić osobliwości (gigantyzm lub skarlenie) fauny wysp?
• Jak zmieniają się właściwości organizmów (wielkość ciała, metabolizm i inne
adaptacje) w gradiencie geograficznym?
Pytanie podstawowe
Z czego wynika zróżnicowanie
różnorodności biotycznej na powierzchni
Ziemi?
Różne ujęcia problematyki badań
• biogeografia chorologiczna
• biogeografia ekologiczna
• biogeografia historyczna
• biogeografie szczegółowe
Biogeografia chorologiczna
Badanie morfologii i dynamiki zasięgów
poszczególnych taksonów.
Regionalizacje zoogeograficzne.
Biogeografia ekologiczna
= ekogeografia
Wyjaśnianie aktualnego rozmieszczenia
gatunków w oparciu o interakcje między
organizmami i między nimi a środowiskiem.
Poznanie zróżnicowania typologicznego
układów biotycznych, ich przemian w czasie i
przestrzeni oraz stopnia uzależnienia od
czynników zewnętrznych.
Przykładowe pytania
• Co ogranicza obecny zasięg gatunku?
• Jaką rolę odgrywają czynniki środowiska?
• Dlaczego w tropikach jest więcej gatunków niż
gdzie indziej?
• Dlaczego liczba endemitów w niektórych
rejonach jest wyższa niż w innych?
• Skąd bierze się odrębność fauny i flory wysp?
Biogeografia historyczna
Geneza współczesnej fauny oraz zasięgów
poszczególnych taksonów i układów
ekologicznych.
Pochodzenie, rozprzestrzenianie się i
wymieranie taksonów; wielka skala czasowa i
przestrzenna.
Przykładowe pytania
Kiedy i w jaki sposób doszło do obecnego
rozmieszczenia taksonów?
Jaki wpływ miały na to czynniki geologiczne i
klimatyczne?
Gdzie żyją najbliżsi krewni danego taksonu? Gdzie
żyli jego/ich przodkowie?
– Dlaczego blisko spokrewnione taksony występują
blisko siebie albo w oddaleniu?
– Skąd bierze się odrębność fauny wysp?
Biogeografie szczegółowe
Badanie wpływu poszczególnych czynników
środowiskowych na właściwości organizmów,
uwidaczniające się w ich zróżnicowaniu
przestrzennym.
Biogeografie szczegółowe
• fizjologiczna
• morfoanatomiczna
• cytogenetyczna
• rozwojowa
• behawioralna
• kulturowa
Metodologia badań biogeograficznych
• Ewolucyjne podejście do przedmiotu badań
(rozmieszczenie taksonów, środowisko ich życia)
• Wykorzystanie metod ilościowych
(statystycznych) przy porównaniu fauny
analizowanych obszarów.
• Oparcie badań/analiz o grupy/taksony modelowe
(najlepiej poznane).
• Przyjęcie danych paleontologicznych jako
równoważnych współczesnym.
De Candolle i Wallace, I poł. XX wieku
Metodologia badań biogeograficznych
• ekologia – teoria równowagi w biogeografii wysp
(McArthur & Wislon 1967)
• taksonomia kladystyczna (Hennig 1966)
• genetyka – filogenetyka molekularna, zegar
molekularny
• geologia i paleoklimatologia
Filogeografia
Badanie przyczyn, procesów i skutków
geograficznego rozmieszczenia linii
genealogicznych organizmów.
Integracja programów i metod badawczych
taksonomii, filogenetyki, genetyki populacji
oraz fizjologii i ekologii.
Avise 1987
Metody ilościowe
• metody bezwzględne/absolutne – liczba
osobników/taksonów na jednostkę
powierzchni, udział taksonów w faunie
danego obszaru
• metody względne – wskaźniki służące do
porównywania różnych obszarów, zależności i
modele matematyczne
Metody rekonstrukcyjne
• ewolucja fauny w czasie i przestrzeni
• integracja wiedzy z różnych dziedzin
• zasada parsymonii w datowania zjawisk
Metody regionalizacyjne
• łączenie układów heterogenicznych
(obszarów) we wspólne jednostki (regiony) na
podstawie a priori założonych kryteriów i w
określonym celu.
• struktura hierarchiczna regionów
• kryteria podziałów regionalizacyjnych
Kryteria podziałów regionalizacyjnych
• różnicowe
• taksonów zastępczych
• pokrewieństwa
• geoekologiczne
• historyczne
• typologiczno przestrzenne
Kryterium różnicowe
• historycznie najstarsze
• na podstawie zasięgu taksonów
endemicznych
• granice regionu wyznaczane są przez granice
zasięgów endemitów
Kryterium taksonów zastępczych
• istnienie taksonów zastępujących się
geograficznie – wikaryzujących (wikariantów)
• granice zasięgów taksonów wikaryzujących
są granicami regionów zoogeograficznych
• im wyższej rangi są taksony tym wyższej
rangi regiony (jednostki) zoogeograficzne
Kryterium geoekologiczne
• podstawą wyróżniania regionów jest
zróżnicowanie środowiska abiotycznego
(zwłaszcza klimatu)
• podstawą regionalizacji są dominujące
cechy autoekologiczne i synekologiczne
(strategie rozrodu, typy konkurencji i
symbiozy, ploidalność, ekokliny, itd.
Kryterium historyczne
• regionalizacja na podstawie czasu przybycia
i trwałego zasiedlenia danego obszaru przez
taksony
• określenie centr rozwoju taksonu (diversity
hot-spots, speciation hot-spots)
• jedność historyczna układów występujących
na danym obszarze
Metody typologiczno-przestrzenne
• wyróżnianie jednostek o podobnej
strukturze ekologicznej (typów)
• Każdy typ zajmuje miejsce wyznaczane
przez zespół warunków zewnętrznych
(klimat, trofia, hipsometria itd.)
• Rozmieszczenie typów jest mozaikowe
• Podobne jednostki typologiczne mogą być
oddalone przestrzennie (np. stepy, góry)
Metody typologiczno-przestrzenne
• typologiczne jednostki biogeograficzne to
np. biocenozy, ekosystemy, biomy
• mają układ hierarchiczny
• typologia formacyjna (podobieństwo
morfologiczne)
• typologia socjologiczna (podobny skład
gatunkowy)
Czynniki, od których zależy
rozmieszczenie organizmów na Ziemi
zewnętrzne:
KLIMAT
DOSTĘPNOŚĆ POKARMU
DZIAŁALNOŚĆ CZŁOWIEKA
wewnętrzne:
ZDOLNOŚCI PRZYSTOSOWAWCZE
Tolerancja ekologiczna
Stenobionty
Eurybionty
Tolerancja ekologiczna
Prawo minimum Liebiga
- czynnik, którego jest najmniej
(jest w minimum) działa ograniczająco
na organizm
Zasada tolerancji ekologicznej Shelforda
- niedobór, jak i nadmiar różnych czynników
wpływa na organizm ograniczająco
zakres tolerancji: minimum - maksimum
Określają habitat/mikrohabitat organizmu
Ekokliny - kierunkowe zmiany przystosowawcze
organizmów, zależne od gradientu klimatycznego
(północ – południe lub wschód – zachód),
stały się podstawą sformułowania reguł
ekogeograficznych:
- reguły Bergmana,
- reguły Allena,
- reguły Glogera.
Reguła Bergmana
Rasy zwierząt stałocieplnych występujących na północy
mają większe rozmiary niż rasy rozmieszczone bardziej na południe.
Alcedo atthis bengalensis
Indie, Indonezja
Alcedo atthis ispida
Europa
Alcedo atthis pallida
Syria, Palestyna
N
S
Jeleń wirgilijski
Odocoileus virginianus (Cervidae)
Reguła Allena
Zwierzęta występujące na północy
mają mniejsze wystające części ciała
i są okryte lepszą warstwą izolacyjną.
Reguła Glogera
Rasy północne są słabiej pigmentowane
niż rasy południowe.
podstawowa jednostka badawcza w biogeografii :
zasięg występowania
Kształty zasięgów:
zasięg ciągły - zasięg, w obrębie którego osobniki danego gatunku
występują wszędzie tam, gdzie istnieją dla nich odpowiednie warunki bytowania;
zasięg rozerwany (dysjunktywny) -
składa się z kilku zasięgów
oddzielonych od siebie rozległymi przestrzeniami, na których brak danego
gatunku, choć na obszarach tych panują warunki dogodne dla egzystencji tego
gatunku;
zasięg ciągły kretowatych
zasięg dysjunktywny tapirów
zasięg słonia afrykanskiego
Loxodonta africana
Wielkość zasięgu
TAKSONY KOSMOPOLITYCZNE
TAKSONY ENDEMICZNE
zasięg humbaka
Megaptera novaeangliae
występowanie bocianowych
Ciconiiformes
występowanie krukowatych Corvidae
zasięg zimorodka
Alcedo atthis
występowanie dwóch gatunków goryli Gorilla sp.
Fauna Jeziora Bajkał – 80% endemitów