Różnorodność społeczności
Populacje nie żyją w izolacji, a zatem każda populacja wchodzi w interakcje z innymi w określony sposób. Interakcje te prowadzą do powstania sieci pop…
Ekosystem to społeczność żywych i nieożywionych elementów, które oddziałują na siebie na danym obszarze. Może to być tak duże jak sama ziemia lub las pełen roślin i zwierząt, lub tak małe, jak żołądek z szeregiem mikrobiologicznych mieszkańców. Zdrowie ekosystemów można mierzyć na różne sposoby, ale jednym z dobrych wskaźników jest różnorodność biologiczna, miara różnorodności gatunków biologicznych w ekosystemie.
Możemy ocenić różnorodność biologiczną za pomocą miary zwanej indeksem Shannona-Wienera, zaproponowanej przez Claude'a Shannona i Norberta Wienera w latach czterdziestych XX wieku. Indeks Shannona-Wienera jest miarą niemianowaną, obliczaną jako H. Indeks wykorzystuje dwie zmienne: bogactwo gatunkowe, czyli liczbę obecnych gatunków, wskazywaną przez K, oraz równość gatunków, czyli proporcję każdego gatunku, wskazywaną przez PI. Bogactwo gatunkowe to liczba unikalnych gatunków w ekosystemie. W tym przykładzie jest ich siedem. Równość gatunków mierzy, w jaki sposób gatunki w ekosystemie są rozmieszczone. Oznacza to, że ekosystem, w którym różne gatunki mają podobną liczebność, jest bardziej równomierny niż taki, w którym jeden lub dwa gatunki stanowią większość organizmów, takich jak ten, stosunkowo opanowany przez zające.
Teraz, gdy już wiemy, co mierzyć, nauczmy się mierzyć bioróżnorodność. Ponieważ ekosystemy mogą być ogromne, ekolodzy musieli znaleźć sposób na szybkie losowe pobieranie próbek z dużych obszarów. Najprostszym z nich jest kwadrat, który jest ramką o stałym rozmiarze, zwykle umieszczaną losowo w miejscu pobierania próbek. Naukowcy badają obszar wewnątrz kwadratu, rejestrując bogactwo gatunków, a także ich równomierność. Korzystając z tych małych okienek umieszczonych w wielu miejscach w ekosystemie, mogą ekstrapolować swoje wyniki, aby oszacować różnorodność dla całego badanego obszaru. Ale chociaż ta technika pozwala na łatwą do opanowania ocenę dużego obszaru, nie jest idealna. Losowe rozmieszczenie kwadrantów może powodować pominięcie osobników, co skutkuje niedostateczną reprezentacją gatunków i nieprawidłowo niskimi szacunkami różnorodności biologicznej.
To ograniczenie oznacza, że niektóre społeczności, zwłaszcza te niejednolite lub niejednolite, są lepiej próbkowane przy użyciu bardziej ustrukturyzowanego podejścia. Tutaj nasza łąka graniczy z lasem i w rzeczywistości składa się z różnych płatów siedlisk. Aby sprawiedliwie objąć tę społeczność, możemy podzielić krajobraz na siedliska podstawowe i, co ważne, siedliska brzegowe. Często obszary przybrzeżne mają większą różnorodność biologiczną, ponieważ mogą tam żyć gatunki z obu typów siedlisk. Ale może to zostać pominięte w tradycyjnym losowym próbkowaniu. Zamiast tego, aby zmierzyć różnorodność biologiczną w społeczności takiej jak ta, dobrą strategią może być najpierw losowe pobieranie próbek z kluczowych obszarów za pomocą kwadratów. Zebrane dane można następnie wykorzystać do obliczenia wartości H dla każdego siedliska podstawowego. Następnie w poprzek każdego głównego siedliska można ułożyć transekt lub linię pobierania próbek, rozciągającą się na obszar krawędziowy. Bogactwo i równomierność gatunków można następnie rejestrować za pomocą kwadratów umieszczonych w ustalonych punktach wzdłuż tych linii. Teraz, korzystając ze wzoru Shannona-Wienera, wskaźnik różnorodności można obliczyć dla każdej odległości wzdłuż transektu i można je porównać. Obszar o większej wartości H jest na ogół bardziej zróżnicowany niż obszar o niższej wartości H. Ta połączona technika losowego kwadratu i transektu daje wszechstronną i bardziej sprawiedliwą ocenę tego, jak różne siedliska w tej samej społeczności wypadają w porównaniu pod względem różnorodności.
Oprócz pomiarów gatunków, naukowcy mogą również dokonywać pomiarów składników chemicznych ekosystemu, aby ocenić jego zdrowie. Na przykład mogą sprawdzać, czy nie ma zanieczyszczeń lub badać jakość gleby, mierząc obecne w niej składniki odżywcze. Informacje te mogą być również przydatne do wyjaśnienia zmian we wzorcach różnorodności biologicznej w różnych regionach społeczności. Tak więc, w naszym przykładzie, jeśli łąka ma glebę gorszej jakości niż las i obrzeża, może wspierać mniej gatunków.
W tym laboratorium zmierzysz różnorodność biologiczną i jakość gleby w dwóch różnych głównych regionach, a następnie zbadasz, w jaki sposób wpływa to na różnorodność biologiczną wzdłuż siedliska brzegowego.
Zaloguj się lub , aby uzyskać dostęp do pełnej treści. Dowiedz się więcej o dostępie Twojej instytucji do treści JoVE tutaj
Ekosystem to społeczność żywych i nieożywionych elementów, które oddziałują na siebie na danym obszarze. Może to być tak duże jak sama ziemia lub las pełen roślin i zwierząt, lub tak małe, jak żołądek z szeregiem mikrobiologicznych mieszkańców. Zdrowie ekosystemów można mierzyć na różne sposoby, ale jednym z dobrych wskaźników jest różnorodność biologiczna, miara różnorodności gatunków biologicznych w ekosystemie.
Możemy ocenić różnorodność biologiczną za pomocą miary zwanej indeksem Shannona-Wienera, zaproponowanej przez Claude'a Shannona i Norberta Wienera w latach czterdziestych XX wieku. Indeks Shannona-Wienera jest miarą niemianowaną, obliczaną jako H. Indeks wykorzystuje dwie zmienne: bogactwo gatunkowe, czyli liczbę obecnych gatunków, wskazywaną przez K, oraz równość gatunków, czyli proporcję każdego gatunku, wskazywaną przez PI. Bogactwo gatunkowe to liczba unikalnych gatunków w ekosystemie. W tym przykładzie jest ich siedem. Równość gatunków mierzy, w jaki sposób gatunki w ekosystemie są rozmieszczone. Oznacza to, że ekosystem, w którym różne gatunki mają podobną liczebność, jest bardziej równomierny niż taki, w którym jeden lub dwa gatunki stanowią większość organizmów, takich jak ten, stosunkowo opanowany przez zające.
Teraz, gdy już wiemy, co mierzyć, nauczmy się mierzyć bioróżnorodność. Ponieważ ekosystemy mogą być ogromne, ekolodzy musieli znaleźć sposób na szybkie losowe pobieranie próbek z dużych obszarów. Najprostszym z nich jest kwadrat, który jest ramką o stałym rozmiarze, zwykle umieszczaną losowo w miejscu pobierania próbek. Naukowcy badają obszar wewnątrz kwadratu, rejestrując bogactwo gatunków, a także ich równomierność. Korzystając z tych małych okienek umieszczonych w wielu miejscach w ekosystemie, mogą ekstrapolować swoje wyniki, aby oszacować różnorodność dla całego badanego obszaru. Ale chociaż ta technika pozwala na łatwą do opanowania ocenę dużego obszaru, nie jest idealna. Losowe rozmieszczenie kwadrantów może powodować pominięcie osobników, co skutkuje niedostateczną reprezentacją gatunków i nieprawidłowo niskimi szacunkami różnorodności biologicznej.
To ograniczenie oznacza, że niektóre społeczności, zwłaszcza te niejednolite lub niejednolite, są lepiej próbkowane przy użyciu bardziej ustrukturyzowanego podejścia. Tutaj nasza łąka graniczy z lasem i w rzeczywistości składa się z różnych płatów siedlisk. Aby sprawiedliwie objąć tę społeczność, możemy podzielić krajobraz na siedliska podstawowe i, co ważne, siedliska brzegowe. Często obszary przybrzeżne mają większą różnorodność biologiczną, ponieważ mogą tam żyć gatunki z obu typów siedlisk. Ale może to zostać pominięte w tradycyjnym losowym próbkowaniu. Zamiast tego, aby zmierzyć różnorodność biologiczną w społeczności takiej jak ta, dobrą strategią może być najpierw losowe pobieranie próbek z kluczowych obszarów za pomocą kwadratów. Zebrane dane można następnie wykorzystać do obliczenia wartości H dla każdego siedliska podstawowego. Następnie w poprzek każdego głównego siedliska można ułożyć transekt lub linię pobierania próbek, rozciągającą się na obszar krawędziowy. Bogactwo i równomierność gatunków można następnie rejestrować za pomocą kwadratów umieszczonych w ustalonych punktach wzdłuż tych linii. Teraz, korzystając ze wzoru Shannona-Wienera, wskaźnik różnorodności można obliczyć dla każdej odległości wzdłuż transektu i można je porównać. Obszar o większej wartości H jest na ogół bardziej zróżnicowany niż obszar o niższej wartości H. Ta połączona technika losowego kwadratu i transektu daje wszechstronną i bardziej sprawiedliwą ocenę tego, jak różne siedliska w tej samej społeczności wypadają w porównaniu pod względem różnorodności.
Oprócz pomiarów gatunków, naukowcy mogą również dokonywać pomiarów składników chemicznych ekosystemu, aby ocenić jego zdrowie. Na przykład mogą sprawdzać, czy nie ma zanieczyszczeń lub badać jakość gleby, mierząc obecne w niej składniki odżywcze. Informacje te mogą być również przydatne do wyjaśnienia zmian we wzorcach różnorodności biologicznej w różnych regionach społeczności. Tak więc, w naszym przykładzie, jeśli łąka ma glebę gorszej jakości niż las i obrzeża, może wspierać mniej gatunków.
W tym laboratorium zmierzysz różnorodność biologiczną i jakość gleby w dwóch różnych głównych regionach, a następnie zbadasz, w jaki sposób wpływa to na różnorodność biologiczną wzdłuż siedliska brzegowego.
View the full transcript and gain access to JoVE Lab Manual videos
Q1: What is the Shannon-Wiener Index and why do ecologists use it?
The Shannon-Wiener Index is a unitless measurement that quantifies biodiversity by combining two variables: species richness (the number of unique species present) and species evenness (how evenly species are distributed). Ecologists use this index to assess ecosystem health because it captures both diversity and balance, revealing whether an ecosystem has many species in equal abundance or is dominated by a few species.
Q2: How do quadrats help ecologists sample large ecosystems?
Quadrats are fixed-size frames placed randomly at multiple spots within a sampling site. Scientists survey the area inside each quadrat, recording species richness and evenness. By using these small sampling windows across an ecosystem, ecologists can extrapolate their findings to estimate biodiversity for the entire study area without surveying every organism.
Q3: What is the difference between core habitats and edge habitats?
Core habitats are located centrally within a patch, surrounded by the same habitat type. Edge habitats, also called boundary habitats, border different habitat types. Edge habitats often have higher biodiversity because species from both adjacent habitat types may live there, creating what ecologists call edge effects.
Q4: Why might random quadrat sampling miss important biodiversity patterns?
Random placement of quadrats may miss individuals in patchy or non-uniform communities, resulting in underrepresentation of species and incorrectly low biodiversity estimates. This limitation is especially problematic in communities with distinct core and edge habitats, where edge areas may contain species not found in core regions.
Q5: How do transects improve biodiversity assessment in heterogeneous communities?
A transect is a sampling line laid across different habitat types, with quadrats placed at set intervals along the line. This structured approach allows ecologists to record species richness and evenness across transitions between habitats, then calculate Shannon-Wiener diversity values for each distance along the transect to compare biodiversity patterns.
Q6: What role does soil quality play in explaining biodiversity patterns?
Scientists measure soil quality by examining nutrient content and checking for pollution. Soil quality directly influences which species an ecosystem can support; for example, a meadow with lower quality soil than adjacent forest or edge habitats may support fewer species, helping explain observed differences in biodiversity across regions of a community.
Q7: Why is species evenness as important as species richness for measuring biodiversity?
Species evenness measures how species are distributed in an ecosystem. An ecosystem where different species have similar numbers is more even than one dominated by one or two species. High biodiversity requires both many species and relatively equal abundance; an ecosystem with many species but one dominant species has lower overall diversity than one with balanced populations.