قياس التنوع البيولوجي

النظم الإيكولوجية المتنوعة مهمة لصحة الكوكب وبقائنا كبشر. لذلك من المهم للغاية بالنسبة لنا أن نفهم ونقيس التنوع البيولوجي ، والذي يعرف بأنه التباين بين الكائنات الحية في النظام البيئي. يمكن قياس التنوع البيولوجي على العديد من المستويات المختلفة بما في ذلك الوراثة والأنواع والمجتمع والنظام البيئي. تتمثل إحدى طرق قياس التنوع البيولوجي في تقييم ثراء الأنواع في النظام البيئي ، وهو العدد الإجمالي للأنواع المتميزة داخل المجتمع المحلي. في حين أن وجود العديد من الأنواع يتزامن بشكل عام مع وجود نظام بيئي متنوع وصحي ، إلا أنه يجب أيضا مراعاة التكافؤ. يشير التكافؤ إلى المساواة في نسبة كل نوع داخل منطقة أو مجتمع. على سبيل المثال ، عندما يهيمن أحد الأنواع على المنطقة بينما يكون الأنواع الأخرى نادرة جدا ، يكون التنوع البيولوجي في هذه المنطقة أقل منه في منطقة بها أنواع متساوية الوفرة. لذلك ، فإن المناطق التي بها العديد من الأنواع المتساوية نسبيا في الوفرة لديها أعلى قيم التنوع البيولوجي.

تقدير التنوع البيولوجي

يمكن تصور الاختلافات في الثراء والتكافؤ بين مجتمعين من خلال منحنيات وفرة الرتبة. إذا كان عدد الأنواع متساويا ، يمكن أن يخبرنا شكل الخط بالمجتمع الأكثر تنوعا. إذا كان الخط مسطحا ، فهناك تساوي كبير بين الأنواع. ومع ذلك ، إذا انخفض الخط بسرعة ، يكون التكافؤ منخفضا. إذا كان كل من الثراء والتكافؤ مختلفين بين مجتمعين ، فيجب على علماء الأحياء استخدام المعادلات لحساب التنوع. تزن هذه المعادلات أهمية كل مكون بشكل مختلف ، ولا يزال هناك إجماع حول المعادلة الأفضل في حساب التنوع قيد النقاش.

في بعض الأحيان يكون هناك عدد كبير جدا من الأنواع في منطقة ما بحيث يكون من غير الواقعي حساب كل نوع. على سبيل المثال ، قد تحتوي شجرة واحدة في غابات الأمازون المطيرة على مئات الأنواع من الخنافس. للتحايل على هذه المشكلة ، يستخدم علماء البيئة أدوات أخذ العينات التي تسمى المربعات. التربيع هو ببساطة إطار بمنطقة داخلية معروفة. على سبيل المثال ، لقياس ثراء الأنواع في حقل عشب مساحته فدان واحد ، يضع علماء البيئة التربيع بشكل عشوائي في الحقل ويحصدون الأنواع داخل المربع ، بدلا من حساب جميع الأنواع داخل الفدان. يمكنهم أيضا أخذ عينات بشكل منهجي باستخدام أشرطة عرضية. تمتد المقاطع عبر الحقل ، ثم يتم وضع التربيع على طول المقطع على فترات منتظمة. هذه الطريقة شبه عشوائية وتضمن تغطية واسعة لأخذ العينات عبر الحقل بأكمله لتقدير تنوعه البيولوجي.

في حين أن التربيع والمقاطع قد تلتقط معظم الأنواع ، إلا أن بعض الأنواع النادرة قد تمر دون أن يلاحظها أحد. في هذه الحالة ، قد يستخدم علماء البيئة منحنى تراكم الأنواع ، والذي يمثل العدد التراكمي للأنواع التي شوهدت في سلسلة من التربيعات. يمثل المحور y للمنحنى العدد الإجمالي للأنواع المرصودة ، بينما يمثل المحور x عدد التربيع الذي تم تعداد الأنواع من أجله. يمثل العدد الإجمالي للأنواع في التربيع الأول النقطة الأولى على الرسم البياني. تمثل كل نقطة متتالية عدد الأنواع الجديدة الموجودة في كل تربيع جديد تم أخذ عينات منه ، بالإضافة إلى جميع الأنواع من التربيع السابق. في مرحلة ما ، سيكون هناك عدد قليل من الأنواع الإضافية أو لا توجد في كل تربيع جديد تم أخذ عينات منه ، وسيقترب المنحنى من خط التقارب ، وهو تقدير للعدد الإجمالي للأنواع الموجودة. حتى لو لم يتم الوصول إلى المقارب بسبب العديد من الأنواع النادرة ، يمكن لعلماء الأحياء تقدير العدد الإجمالي بناء على هذا المنحنى.

إذا كانت هناك حاجة إلى إجراء مقارنات بين مجالات أو مقاييس مختلفة ، يتم استخدام مقاييس تنوع ألفا وبيتا وجاما. يشير تنوع ألفا (α) إلى عدد الأنواع في المنطقة. يقارن تنوع بيتا (β) بين منطقتين مختلفتين وهو مجموع الأنواع الفريدة لكل منطقة. تنوع جاما (γ) هو عدد الأنواع في العديد من المناطق مجتمعة في منطقة واحدة. باستخدام هذه المقاييس ، يمكن لعلماء الأحياء الحصول على فكرة عن التنوع عبر الفضاء ، بما في ذلك المقاييس الصغيرة والكبيرة.

التهديدات التي يتعرض لها التنوع البيولوجي وآثارها

التنوع البيولوجي في جميع أنحاء العالم مهدد بالتلوث وتغير المناخ والأنواع الغازية. يعتمد السبب الرئيسي وراء الجهود المبذولة للحفاظ على التنوع البيولوجي على عمل النظام الإيكولوجي. تتكون النظم البيئية من العديد من أجزاء العمل ، بما في ذلك المنتجين الأساسيين ، العاشبة ، آكلة اللحوم ، والمخلفات ، وكلها تساهم في وظيفة النظام البيئي. إذا فقدت الأنواع ، فقد ينهار النظام البيئي. وإذا انهار النظام البيئي ، فإن الخدمات التي يقدمها للبشر ستنهار أيضا. تعتبر الشعاب المرجانية الاستوائية مثالا جيدا على هذا المفهوم ¹ . تتسبب الارتفاعات في درجات حرارة المياه في فقدان الشعاب المرجانية لخلايا الطحالب التكافلية. بدون الطحالب ، تبدأ الشعاب المرجانية في الجوع والموت ثم تتحلل وتفقد بنيتها. عندما تتحلل الشعاب المرجانية ، فإنها لم تعد توفر غطاء للأسماك وتنخفض وفرة أنواع الأسماك ، مما يؤثر بدوره على الصيادين المحليين والأشخاص الذين يعتمدون على الأسماك في القوت. بمرور الوقت ، تتحلل الشعاب المرجانية الميتة على نطاق أوسع ولم تعد توفر حاجزا للسواحل المجاورة ، مما يؤدي في النهاية إلى تآكل الساحل وتدمير الجزر. من غير المرجح أن ينهار المجتمع شديد التنوع بسبب التكرار الوظيفي². على سبيل المثال ، قد تختلف الشعاب المرجانية في حساسيتها لدرجات الحرارة المرتفعة. إذا كان أحد الشعاب المرجانية حساسا للغاية لدرجة الحرارة ، فقد يأخذ آخر مكانه في المجتمع ، ولكن إذا كان هناك عدد قليل فقط من الأنواع ، فمن غير المرجح أن يكون هذا البديل متاحا.

وهناك عدد كبير من الأدوية التي نستفيد منها هي نتيجة مباشرة لتنوع الحياة. الأدوية التي نصنعها الآن كانت معزولة عن والنباتات والفطريات والبكتيريا. هناك صناعة كاملة مكرسة لاكتشاف أدوية محتملة جديدة عن طريق مسح الأنواع المختلفة بحثا عن وجود مركبات نشطة بيولوجيا. على سبيل المثال ، تنتج النباتات مواد كيميائية للدفاع ضد العدوى العاشبة. تنتج العناكب والثعابين سموما متنوعة. كانت كلتا الفئتين من الكائنات الحية مصدرا للأدوية المهمة ، مثل Taxol من أشجار الطقسوس ، التي تعالج سرطانات الثدي والرئة والمبيض ، أو Ohanin من سم King Cobra ، وهو مسكن للألم ^3-4 . كل نوع ينقرض قد يحمل مفتاح علاج الأمراض غير القابلة للعلاج حاليا. كلما فقدنا هذه الأنواع بشكل أسرع ، قلت فرصة اكتشاف الحلول.

بمجرد انقراض الأنواع ، لن نتمكن أبدا من تجربتها. أدى هذا النوع من التفكير إلى الحفاظ على الباندا وثعالب البحر الأخرى الجذابة. تسمى هذه الأنواع الأنواع الرئيسية ، ويمكن أن يؤدي الحفاظ عليها إلى حماية التنوع البيولوجي. على الرغم من أن هذه ليست سوى جزء صغير من النظام البيئي بأكمله ، إلا أن الحفاظ عليها يعني الحفاظ على النظام البيئي الذي تشغله. أسفرت الجهود المبذولة لإنقاذ قضاعة البحر على الساحل الغربي لأمريكا الشمالية عن غابات عشب البحر الصحية التي تضم عدة آلاف من الأنواع الأخرى ⁵. بدون حماية ثعالب البحر ، فإن العاشبة مثل قنافذ البحر ، التي عادة ما تأكلها ثعالب الماء ، قادرة على التهام غابات عشب البحر تماما تاركة صخورا قاحلة حيث يمكن لعدد قليل جدا من الأنواع البقاء على قيد الحياة.

المراجع

1. نولتون ، نانسي. مستقبل الشعاب المرجانية. PNAS. 2001 ، المجلد 98 ، (10) 5419-5425.
2. أندريا إس داونينج ، إغبرت إتش فان نيس ، وولف إم مويج ، مارتن شيفر. مرونة ومقاومة النظام البيئي لانهيار التنوع. بلوس واحد. . 2012; ، المجلد 7 (9): e46135.
3. Wall, Monroe E. Camptothecin and taxol: Discovery to clinic. Med Res Rev. 1998 ، المجلد 18 ، 5 (299-314).
4. يوه فين بونغ ، بيتر تي إتش وونغ ، براكاش ب. كومار ، واين سي هودجسون ، آر مانجوناثا كيني. أوهانين ، وهو بروتين جديد من سم الملك كوبرا ، يحفز نقص الحركة وفرط الألم في الفئران. J Biol Chem. 2005 ، 280 ، 13137-13147.
5. Estes، J.A.، et al. التفاعلات الغذائية المعقدة في النظم البيئية لغابات عشب البحر. نشرة علوم البحار ، المجلد. 2004 ، المجلد 7 ، 3: 621-638.

التنوع البيولوجي. تستحضر الكلمة روعة غابة عظيمة ، أو ثراء المحيط المزدحم ، ويتم تعريفها ببساطة على أنها مجموعة متنوعة من الكائنات الحية في نظام بيئي ذي أهمية. لحماية التنوع البيولوجي ، يجب أن يكون العلماء قادرين على قياسه. هذا يعني معرفة عدد الأنواع المختلفة التي تعيش معا في مساحة معينة. ما هي الطريقة الملائمة لعد الأنواع؟

ستكون محاولة عد كل شيء في نظام بيئي بأكمله مستحيلة، لذلك يستخدم العلماء أداة تسمى التربيع، وهي إطار بحجم ثابت يتم وضعه عشوائيا في البيئة التي يتم فيها إجراء العد. بعد فهرسة الأنواع والأفراد الموجودين في هذا القسم الصغير ، تتكرر العملية ، ووضع المزيد من التربيعات بشكل عشوائي ، أو بدلا من ذلك ، في مواضع محددة على طول خط عبر البيئة ، يشار إليها باسم العرض.

من أجل تقدير العدد الإجمالي للأنواع في منطقة ما ، يتم استخدام منحنيات تراكم الأنواع. إذا تم رسم العدد التراكمي للأنواع الموجودة في التربيع مقابل عدد التربيعات التي تم أخذ عينات منها ، فسيظهر منحنى. على سبيل المثال ، في مجموعة البيانات هذه ، عندما تم التحقيق في أربعة تربيعات ، وجد أن هناك 10 أنواع فريدة. ستة تحتوي على 17 وهكذا. يمثل خط التقارب لهذا النوع من المنحنى تقديرا لعدد الأنواع التي تدعمها البيئة. في هذه الحالة ، حوالي 30. ولكن في حين أن قياس التنوع في موقع واحد مفيد بشكل لا يصدق ، فإن مقارنة المواقع على مساحة أكبر يمكن أن تعطينا مؤشرا على نطاق أوسع للتنوع.

في عام 1972 ، وصف عالم البيئة روبرت ويتاكر ثلاثة أنواع رئيسية من التنوع البيولوجي ، ألفا ، بيتا ، وجاما. يشير تنوع ألفا ببساطة إلى عدد الأنواع في منطقة ما وغالبا ما يشار إليه باسم ثراء الأنواع. على سبيل المثال ، يوجد في هذا الموقع سبعة أنواع مختلفة ، لذا فإن درجة ألفا هي سبعة. يحتوي الموقع الثاني ، الموقع B ، على خمسة أنواع ، والثالث ، الموقع C ، يحتوي على سبعة. ولكن من خلال المقارنة بين المواقع ، يمكننا تحديد ما يسمى التنوع التجريبي ، وهو مجموع الأنواع الفريدة لكل منطقة. لذلك إذا قارنا الموقع أ بالموقع ب ، فسنرى ثلاثة أنواع مشتركة بين الاثنين. بحساب الأنواع المتبقية ، نجد أن هناك ستة. هذا يعني أن هناك تنوعا تجريبيا بين الموقع A والموقع B من ستة. تشترك الموقعان A و C أيضا في ثلاثة أنواع ، تاركين ثمانية أنواع فريدة. هذا تنوع تجريبي من ثمانية. يحتوي الموقعان B و C على نوعين مشتركين بينهما ، أو قيمة تنوع بيتا تبلغ ثمانية. أخيرا ، تنوع جاما هو عدد الأنواع المختلفة في جميع المواقع مجتمعة. في هذا المثال ، هناك تنوع جاما 12. لذا لتلخيص الأنواع الثلاثة من التنوع البيولوجي ، يمكننا أن ننظر إليها بهذه الطريقة ، ألفا ، بيتا ، وجاما. بالإضافة إلى تسجيل التنوع ، غالبا ما يشير العلماء إلى تكافؤ الأنواع ، مما يعني عدد الأفراد من كل نوع الموجودين. على سبيل المثال ، هذان الموقعان لهما نفس الثراء ، أو تنوع ألفا ، حيث يحتوي كلاهما على سبعة أنواع. لكن الموقع A يتم اجتياحه نسبيا من قبل الأرانب ذات الأعداد المنخفضة من الأنواع الأخرى ، في حين أن الموقع B يحتوي على توزيع متساو جدا للأنواع ، لذلك يعتبر أنه يتمتع بتكافؤ أكبر مقارنة بالموقع A. اعتبر العلماء عموما أن النظم البيئية ذات الثراء والتساوي الأعلى ، أي العديد من الأنواع الموزعة بالتساوي ، هي الأكثر صحة. غالبا ما تكون الموائل المضطربة ، غالبا بسبب تصرفات البشر ، مثل الزراعة أو التلوث ، ضعيفة الثراء والتساوي. تعد القدرة على مقارنة المواقع أمرا بالغ الأهمية لأنه يسمح للباحثين بتحديد الصحة النسبية للنظم البيئية.
في هذا المختبر ، ستقوم بإجراء أخذ عينات تربيعية وعرضية في ثلاثة مواقع بيئية مختلفة ، بالإضافة إلى إجراء محاكاة معملية ، ثم تحليل البيانات التي تم جمعها لوصف التنوع البيولوجي المرصود.