Видовое и экосистемное разнообразие биосферы 1 Что

Видовое и экосистемное разнообразие биосферы 1

Что такое биологическое разнообразие? n По определению, данному Всемирным фондом дикой природы (1989), биологическое разнообразие – это “все многообразие форм жизни на земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов и сложных экосистем, образующих живую природу”. 2

Таким образом, биологическое разнообразие следует рассматривать на трех уровнях. n n n Биологическое разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов. В более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции. Биологическое разнообразие включает также разнообразие биологических сообществ, видов, экосистем, сформированных сообществами и взаимодействия между этими уровнями. 3

4

Угрозы биологическому разнообразию Существует 2 аспекта биоразнообразия – 1. таксономическое разнообразие, представленное максимально полным списком видов, обнаруженных в изучаемой экосистеме, 2. и экологическое - обусловленное численным соотношением этих видов, т. е. структурой экосистемы. 5

n Именно таксономическое разнообразие чаще всего имеют в виду, когда речь идет о потере биоразнообразия за счет потери видов 6

Существует реальная опасность непредсказуемых и неблагоприятных последствий потери видового разнообразия. В самом общем виде, ситуация состоит в том, что современный темп вымирания на 3 -4 порядка выше, чем известные палеонтологам темпы вымирания со времен пермского и мелового биосферных кризисов. Каждый из них вызывал изменение всего облика жизни на Земле - не только видового состава флор и фаун, но и состава атмосферы и других условий существования жизни, смену геохронологических эр. Поэтому сохранение видового разнообразия как одного из факторов ныне существующей природной среды представляется очень актуальным для выживания человечества. 7

Разнообразие сообществ и экосистем Биологическое сообщество определяется как совокупность особей различных видов, обитающих на определенной территории и взаимодействующих между собой. Биологическое сообщество в совокупности со средой своего обитания называется экосистемой. 8

Ключевые виды и ресурсы n n n Определенные виды внутри биологических сообществ могут играть настолько важную роль, что определяют способность других видов сохраняться в сообществе. Такие ключевые виды влияют на организацию сообщества гораздо в большей степени, чем это можно было бы предсказать, исходя из их численности или биомассы. Защита ключевых видов – приоритетная задача для природоохранных мероприятий, поскольку вслед за их исчезновением на охраняемой территории могут исчезнуть и многие другие виды 9

10

n Ключевые виды составляют лишь малую часть биомассы биологического сообщества, но они имеют огромное значение для его организации и выживания 11

n Крупные хищники, например волки, относятся к наиболее очевидным ключевым видам, поскольку они регулируют численность популяций травоядных. При отсутствии волков плотность популяции оленей и других травоядных может настолько увеличиться, что приведет к стравливанию и разрушению растительного покрова, а следовательно, к исчезновению ассоциированных с ним видов насекомых и к почвенной эрозии. 12

n В тропических лесах фикусы считаются ключевыми видами, обеспечивающими популяции многих птиц и млекопитающих своими плодами в период, когда другие предпочитаемые ими типы кормов отсутствуют. 13

n n Бобры тоже относятся к ключевым видам, поскольку благодаря своим плотинам они создают влажные местообитания, используемые многими другими видами. Патогенные организмы и паразиты – примеры других ключевых видов. Они определяют плотность численности своих “хозяев”. 14

n Исчезновение единственного ключевого вида, даже такого, который составляет незначительную часть биомассы сообщества, может спровоцировать серию взаимосвязанных исчезновений других видов, что известно как каскад вымирания. В его результате появляется деградированная экосистема с гораздо более низким биологическим разнообразием на всех трофических уровнях. 15

Измерение биологического разнообразия n Помимо определения биологического разнообразия, как количества видов, обитающих на определенной территории, существует немало других определений, связанных с разнообразием биологических сообществ на разных иерархических уровнях их организации и в разных географических масштабах 16

n Число видов в отдельном сообществе обычно описывается как богатство видов или альфа-разнообразие и используется для сравнения биоразнообразия в различных географических регионах или биологических сообществах. 17

n n Термин “бета-разнообразие” выражает степень изменения видового состава по географическому градиенту. Бета-разнообразие высоко, если, например, видовой состав сообществ мхов существенно отличается на альпийских лугах смежных пиков, но бета-разнообразие низко, если большинство тех же видов занимает весь пояс альпийских лугов. 18

n Гамма-разнообразие применимо в больших географических масштабах; оно учитывает число видов на большой территории или континенте. 19

20

n Показатели биоразнообразия для трех регионов, с тремя горными пиками в каждом. Каждая буква представляет популяцию вида. Некоторые виды обнаруживаются только на одной горе, а другие – на двух или трех. Для каждого региона показано альфа-, бета- и гамма- разнообразие. 21

n n n Если средств хватает для защиты только одного горного массива, следует выбрать регион 2, поскольку здесь наибольшее общее разнообразие. Однако если возможно защитить только одну гору, то ее следует выбрать в регионе 1, поскольку здесь наивысшее локальное альфа-разнообразие, т. е. наибольшее среднее число видов на пик. Каждая вершина в регионе 3 обладает более ограниченным набором видов, чем горы в двух других регионах, что показывает ее высокие показатели бета-разнообразия. В целом регион 3 обладает более низким приоритетом для охраны. 22

Угрозы биологическому разнообразию. n n n Потеря или деградация местообитаний (болотистые территории и водные местообитания; степи); загрязнение окружающей среды, чрезмерная эксплуатация, конкуренты и/или хищники из интродуцированных видов, болезни. 23

Последствия потери биоразнообразия n Уменьшение видового разнообразия ведет к нестабильности экосистем, равновесие которых очень легко нарушить. Следствия же нарушения равновесия могут быть самыми непредсказуемыми: например, массовое размножение, а затем падеж отдельных видов животных, внезапные вспышки очагов вредителей и многое другое. 24

Сохранение видов путем сохранения популяций n Необходимое для выживания вида количество особей, как минимальную жизнеспособную популяцию (МЖП): "минимальная жизнеспособная популяция для данного вида в данном местообитании это наименьшая изолированная популяция, имеющая 99% шансов сохраниться на 1000 лет, несмотря на прогнозируемое воздействие демографических, природных и случайных генетических катастроф 25

n После того как для вида установлен размер МЖП, следует определить минимальную динамичную площадь местообитаний (МДП), необходимую дл сохранения МЖП. 26

n По существующим оценкам. для поддержания популяций многих мелких млекопитающих необходимы заповедники площадью от 10 000 до 100 000 га. Чтобы сохранить в Канаде популяции имеющих большие индивидуальные участки медведей гризли, требуются огромные площади 49 000 км 2 для 50 особей и 2 420 000 км 2 для 1000 особей 27

Сохранение на уровне сообщества. Охраняемые территории. 1. 2. 3. 4. Имеются четыре средства сохранения биологических сообществ: это организация заповедных территорий, эффективное управление этими территориями, реализация методов сохранения вне заповедных территорий и восстановление биологических сообществ в разрушенной среде обитания 28

n 1. 2. 3. Можно установить три критерия при определении приоритетов сохранения видов и сообществ: Уникальность Вымирание Полезность 29

Закономерности видового разнообразия 30

Продуктивность Если рост продукции ведет к расширению диапазона доступных ресурсов, он, вероятно, способствует и повышению видового богатства. 31

32

Связь видового богатства семеноядных грызунов (треугольники) и муравьев (кружки) на песчаных почвах с географическим градиентом выпадающих осадков и продуктивности 33

Зависимость видового богатства ящериц в 11 пунктах югозапада США от продолжительности вегетационного периода 34

«Газонный» эксперимент Разнообразие (H) и выровненность (J) видов на контрольной и удобряемой делянках газона на Ротамстедской опытной станции (по Tilman, 1982) 35

Постоянно растет количество работ, приводящих к выводу о том, что максимальные значения видового разнообразия или богатства должны соответствовать промежуточному уровню продуктивности 36

Зависимость видового богатства древесных пород в некоторых дождевых лесах Малайзии от концентрации фосфора и калия в почве Зависимость между видовым богатством пустынных грызунов в Израиле и количеством выпадающих дождей для каменистых и песчаных местообитаний 37

Пространственная неоднородность n n Зависимость между видовым богатством животных и структурным разнообразием растительности для: пресноводных рыб 18 озер, шт. Висконсин; птиц местообитаний средиземноморского типа в Калифорнии центре Чили и на юго -западе Африки 38

Климатические колебания Зависимость между видовым богатством и диапазоном перепадов температуры в различных точках западного побережья Северной Америки для (А) птиц, (Б) млекопитающих, (В) брюхоногих моллюсков 39

Возраст сообщества: эволюционное время Небольшое видовое богатство сообщества может быть обусловлено недостатком времени для заселения территории или эволюции на ней n Сообщества могут различаться по видовому богатству из-за того, что одни ближе к состоянию равновесия, чем другие, и, следовательно, полнее насыщены видами n 40

Градиенты видового богатства: широта Широтное распределение видового богатства: (А) морских двустворчатых моллюсков; (Б) муравьев; (В) ящериц в США; (Г) гнездящихся птиц Северной и Центральной Америки 41

Градиенты видового богатства: высота n n n Зависимость между видовым богатством и высотой над уровнем моря для (А) птиц Новой Гвинеи и (Б) сосудистых растений непальских Гималаев 42

Градиенты видового богатства: глубина Изменения видового богатства донных животных с увеличением глубины океана 43

Генетическое разнообразие Особи внутри популяции обычно генетически отличаются друг от друга. Генетическое разнообразие связано с тем, что особи обладают незначительно отличающимися генами – участками хромосом, которые кодируют определенные белки. Варианты гена известны как аллели. Аллели гена могут по-разному влиять на развитие и физиологию особи. 44

Генетическое разнообразие популяции определяется как числом генов с более, чем одним аллелями, так и числом аллелей каждого полиморфного гена. n Существование полиморфного гена приводит к появлению в популяции гетерозиготных особей, получающих от родителей различные аллели генов. n 45

n n Генетическая вариабельность позволяет видам адаптироваться к изменениям окружающей среды. Редкие виды имеют меньшее генетическое разнообразие, чем широко распространенные, и соответственно они более подвержены угрозе вымирания при изменении условий внешней среды. 46

Потеря генетического разнообразия. n Генетическое разнообразие очень важно для обеспечения способности популяций адаптироваться к изменениям окружающей среды. 47

Потеря генетического разнообразия. n n Только особи с определенными аллелями или их комбинацией могут обладать качествами, необходимыми для выживания и воспроизводства в новых условиях. Аллели в популяциях бывают очень частые и очень редкие. Чем меньше популяция, тем больше вероятность случайной потери редко встречающегося аллеля в последующем поколении. 48

H=1 -1/(2 Ne) n где H доля гетерозиготности, которая остается в следующем поколении, Ne – количество размножающихся взрослых особей. 49

50

Эффективный размер популяции n Сколько особей необходимо для того, чтобы поддержать генетическое разнообразие популяции? 51

n n n Количество особей, необходимое для поддержания генетического разнообразия популяции. Правило 50/500 Изолированным популяциям необходима численность минимум 50 особей для поддержания генетической изменчивости, а предпочтительней – 500. 52

n Многочисленные данные показывают, что минимальный размер эффективной популяции равен 11%. Если ниже – то существует реальная угроза потери генетической изменчивости и вымирания. 53

КОНЕЦ 54