Rozmieszczenie gatunków i biogeografia

Rozmieszczenie gatunków

Biogeografia to nauka zajmująca się badaniem rozmieszczenia gatunków w przestrzeni geograficznej i procesów, które kształtują to rozmieszczenie. Dyscyplina ta opiera się na założeniu, że każdy gatunek w obrębie danego miejsca musiał wyemigrować z innego obszaru geograficznego lub wyewoluować z gatunku lokalnego. W każdym siedlisku na poszczególne gatunki oddziałują różne czynniki biotyczne i abiotyczne, kształtując wskaźniki urodzeń, śmierci, imigracji i emigracji. Aby uniknąć lokalnego wyginięcia, łączne wskaźniki urodzeń i imigracji gatunku muszą być równe lub przewyższać wskaźniki śmiertelności i emigracji. Te i inne czynniki działają w sposób dynamiczny, aby określić lokalizację i przetrwanie gatunków na całym świecie.

Teoria biogeografii wysp

W 1967 roku Edward O. Wilson i Robert MacArthur badali i charakteryzowali rozmieszczenie gatunków na odizolowanych wyspach oceanicznych, aby lepiej zrozumieć te zjawiska. Takie wyspy zapewniły proste ramy do stworzenia wczesnych teorii biogeografii, które nadal wpływają na obecne zrozumienie dynamiki populacji. Co więcej, teorie te zostały zastosowane nie tylko do ekosystemów wyspiarskich, ale także do bardziej złożonych, odizolowanych lub częściowo odizolowanych krajobrazów, w tym śródlądowych jezior i lasów rozdrobnionych przez rolnictwo. Pierwotne teorie ustanowione przez Wilsona i MacArthura opierały się na założeniach dotyczących siedlisk wyspiarskich; Mianowicie, że liczba gatunków na każdej wyspie zależy od ogólnych wskaźników kolonizacji i wymierania, a wielkość wyspy i bliskość lądu kontynentalnego będą miały wpływ na te czynniki.

Jedna z zasad biogeografii wysp mówi, że wyspa położona bliżej lądu będzie miała wyższy wskaźnik kolonizacji niż miejsca położone dalej. Przewiduje się to w oparciu o założenie, że kontynent (lub większe, zaludnione obszary) będzie służył jako źródło emigrujących osób, które mogą zasiedlać pobliskie nieskolonizowane miejsca. Proces kolonizacji jest bardziej prawdopodobny do zachodzenia na krótszych dystansach, ponieważ zależy od rozprzestrzeniania się organizmów. Na przykład ptaki będą latać z jednego miejsca na drugie lub nasiona mogą biernie dryfować na wietrze. Ograniczenia biologiczne większości emigrujących organizmów nie pozwalają im jednak na rozproszenie się w miejscach znajdujących się na duże odległości.

Wcześni biogeografowie odkryli również, że większe wyspy mają tendencję do utrzymywania większej liczby gatunków niż mniejsze wyspy. Dzieje się tak ze względu na większą ilość zasobów i nisz, a także większe rozmiary populacji, które mogą utrzymać większe obszary. Przy większej liczbie osobników zmniejsza się ryzyko wyginięcia każdego gatunku. Ogólnie rzecz biorąc, większe populacje są mniej narażone na nieodwracalne skutki zagrożeń, takich jak klęski żywiołowe, choroby lub dryf genetyczny. Jednak wraz ze wzrostem liczby gatunków w siedlisku rosną również ogólne wskaźniki wymierania. Efekt ten wynika w dużej mierze ze zwiększonego potencjału interakcji antagonistycznych, takich jak konkurencja lub drapieżnictwo, przy rosnącej różnorodności organizmów. Co więcej, obfitość gatunków na ogół powoduje zmniejszenie dostępnych zasobów i nisz dla nowych kolonizatorów. W związku z tym każdy obszar geograficzny będzie wspierał ograniczoną liczbę osobników i gatunków.

Równowaga dynamiczna

Odkrycia te przewidują ustanowienie dynamicznej równowagi, w której liczba gatunków na wyspie stabilizuje się ze względu na zrównoważone tempo imigracji i wymierania. Na tę równowagę mają wpływ indywidualne czynniki każdej lokalizacji, w tym wielkość, zasoby i występujące gatunki. Podczas gdy ogólna liczba gatunków może pozostać względnie stała ze względu na tę równowagę, oczekuje się, że specyficzny skład gatunkowy siedliska zmieni się wraz z przybyciem nowych imigrantów i wyginięciem starych gatunków osiadłych. Ponieważ duże wyspy w pobliżu lądu mają najwyższy wskaźnik imigracji i najniższy wskaźnik wymierania, przewiduje się, że będą one siedliskiem największej liczby gatunków. Odwrotna sytuacja występuje w przypadku mniejszych, bardziej odizolowanych wysp. Aby osiągnąć równowagę, ryzyko wyginięcia wzrasta, a tempo kolonizacji maleje wraz ze wzrostem liczby gatunków na wyspie. Punkt, w którym osiągana jest równowaga dynamiczna, można wykreślić jako punkt przecięcia między szybkością kolonizacji a szybkością wymierania. Czynniki te razem decydują o różnorodności gatunków, które mogą być wspierane przez każde siedlisko.

Szerokie zastosowania teorii biogeografii wysp

Chociaż teorie te zostały opracowane w oparciu o siedliska wyspiarskie, zostały przetestowane i potwierdzone w szerokim zakresie ekosystemów i organizmów^1-2. Na przykład "podniebne wyspy" to pojedyncze szczyty gór wysokogórskich, które zawierają wyraźny skład gatunkowy. Wiele gatunków w tych miejscach nie jest w stanie przetrwać w klimacie niskogórskim, co utrudnia rozprzestrzenianie się między szczytami górskimi. Dla organizmów takich jak, rośliny i owady lądowe o ograniczonej mobilności, te "podniebne wyspy" są tak samo odizolowane jak prawdziwe wyspy oceaniczne i zachowują się zgodnie z teoriami biogeografii wysp. Co ważne, wiele gatunków występujących na wyspach oceanicznych, wyspach podniebnych i innych oddzielnych siedliskach jest endemicznych, co oznacza, że występują tylko w tym miejscu i nigdzie indziej. Specyficzne naciski ewolucyjne tych lokalnych środowisk w połączeniu z ich izolacją od zewnętrznych populacji często prowadzą do specjacji lub ewolucji nowych gatunków. Na przykład warany z Komodo i żółwie z Galapagos wyspecjalizowały się od przodków z kontynentu, tworząc odrębne populacje endemiczne. Jednak te endemiczne gatunki są bardziej zagrożone wyginięciem niż ich odpowiedniki na kontynencie ze względu na mniejsze rozmiary populacji i bardziej ograniczone obszary siedlisk. Ochrona takich gatunków wymaga zrozumienia założeń biogeografii, dynamiki siedlisk i wymagań poszczególnych populacji^3-4.

Często działalność człowieka zmniejsza ilość odpowiednich siedlisk lub powoduje fragmentację siedlisk na mniejsze i bardziej oddalone od siebie sekcje. Starając się zapobiec wymieraniu gatunków, biolodzy zajmujący się ochroną przyrody mogą próbować sztucznie promować zrównoważone tempo imigracji i wymierania. Aby to osiągnąć, można zbudować stworzone przez człowieka połączenia między siedliskami, zwane korytarzami, aby zwiększyć przemieszczanie się gatunków między rozdrobnionymi obszarami i zwiększyć ogólną powierzchnię siedlisk. Gatunki mogą być również zachowane i chronione w rezerwatach przyrody utworzonych przez człowieka. Te środki naprawcze wymagają głębokiego zrozumienia biogeografii, która do dziś kształtuje przetrwanie, lokalizację i ochronę gatunków.

Odwołania

1. Lavelle, A. i in. (2016). "Biogeografia jelita grubego w zdrowiu i wrzodziejącym zapaleniu jelita grubego". Drobnoustroje jelitowe 7(5): 435-442.
2. Lachance, M. A., et al. (2001). "Biogeografia drożdży kwiatów efemerycznych i ich owadów". Drożdże FEMS Res 1(1): 1-8.
3. Burns, K. C. (2015). "Teoria biogeografii wysp dla gatunków egzotycznych". Am Nat 186(4): 441-451.
4. Spatz, D. R. i in. (2014). "Biogeografia zagrożonych na całym świecie ptaków morskich i możliwości ochrony wysp". Conserv Biol 28(5): 1282-1290.

Biogeografia to nauka zajmująca się rozmieszczeniem organizmów w przestrzeni geograficznej oraz procesami, które kształtują to rozmieszczenie. Ogólnie rzecz biorąc, teoria biogeografii mówi, że każdy gatunek występujący w określonym miejscu albo tam wyewoluował, albo przeniósł się tam z innego miejsca. Jeśli to ostatnie jest prawdą, kiedy ci kolonizatorzy dotrą do nowego miejsca, cechy środowiska, takie jak dostępność pożywienia i interakcje z innymi gatunkami, zadecydują o tym, czy założą nową populację, czy zginą.

Teoria biogeografii wysp została sformułowana w 1967 roku przez Edwarda O. Wilsona i Roberta MacArthura. Opiera się na założeniu, że liczba gatunków w danym miejscu jest określana przez tempo kolonizacji i wymierania. Teoria ta nazywana jest biogeografią wysp, ponieważ po raz pierwszy została użyta do wyjaśnienia różnic w wielu gatunkach na wyspach oceanicznych. Ale teoria biogeografii wysp może być również zastosowana do rozmieszczenia gatunków w miastach w wielu innych nieciągłych typach siedlisk, takich jak lasy rozdrobnione przez rolnictwo.

Jednym z głównych przewidywań teorii biogeografii wysp jest to, że wyspy położone bliżej kontynentu będą miały większy wskaźnik kolonizacji niż wyspy znajdujące się dalej. Ma to sens. Jeśli wyspa znajduje się daleko od lądu, organizmom trudno jest fizycznie się tam dostać. Po drugie, większe wyspy zazwyczaj będą w stanie utrzymać więcej gatunków niż mniejsze wyspy. Dodatkowo, wraz ze wzrostem rozmiarów wysp, ryzyko wyginięcia gatunku zmniejszyłoby się, ponieważ większe wyspy mogą utrzymać większe, bardziej wytrzymałe populacje dowolnego gatunku, takiego jak ta kwitnąca kolonia królików. Z drugiej strony, tempo wymierania wzrasta, gdy na wyspie współistnieje coraz więcej odrębnych gatunków, a pod względem statystycznym dzieje się tak po prostu dlatego, że istnieje więcej możliwości wystąpienia wyginięcia. Z ekologicznego punktu widzenia większa liczba gatunków zamieszkujących tę samą wyspę prowadzi również do zwiększonej szansy na antagonistyczne interakcje, takie jak interakcje drapieżnik-ofiara lub walki terytorialne. Co więcej, im więcej gatunków zamieszkuje wyspę, tym tempo kolonizacji maleje, ponieważ jest mniej zasobów do oprowadzania, a przestrzeń niszowa jest zajęta, więc nowi przybysze mają mniejsze szanse na osiedlenie się.

Ogólnie rzecz biorąc, teoria biogeografii wysp przewiduje, że na każdej wyspie będzie istniała dynamiczna równowaga - co oznacza, że liczba gatunków powinna pozostać stabilna w punkcie, w którym spotykają się tempo kolonizacji i wymierania. Należy zauważyć, że oznacza to również, że skład gatunków na wyspie może się nadal zmieniać, ponieważ niektóre gatunki wymierają, a nowi imigranci osiedlają się. Ponadto rzeczywiste wartości w stanie równowagi zawsze będą zależały od cech danej wyspy, takich jak jej wielkość lub bliskość lądu.

W tym laboratorium przetestujesz teorię biogeografii wysp poprzez symulację ze sztucznymi wyspami o różnych rozmiarach.