Биоразнообразие. Это слово ассоциируется с великолепием большого леса или изобилующим богатством океана и просто определяется как разнообразие организмов в экосистеме, представляющей интерес. Чтобы защитить биоразнообразие, ученые должны иметь возможность его измерить. Это означает, что нужно выяснить, сколько различных видов живут вместе в определенном пространстве. Каков удобный способ подсчета видов?
Попытка подсчитать все во всей экосистеме была бы невозможной, поэтому ученые используют инструмент под названием квадрат, который представляет собой рамку фиксированного размера, случайным образом размещенную в окружающей среде, в которой проводится подсчет. После каталогизации видов и особей, найденных в этом небольшом разделе, процесс повторяется, размещая больше квадратов случайным образом или, в качестве альтернативы, в заданных положениях вдоль линии окружающей среды, называемой трансектом.
Для последующей оценки общего числа видов в районе используются кривые накопления видов. Если совокупное число видов, найденных в квадрате, сопоставить с числом отобранных квадратов, то получится кривая. Например, в этом наборе данных, когда были исследованы четыре квадрата, было обнаружено, что существует 10 уникальных видов. Шесть содержали 17 и так далее. Асимптота кривой этого типа представляет собой оценку числа видов, поддерживаемых окружающей средой. В данном случае это около 30. Но в то время как измерение разнообразия на одном участке невероятно полезно, сравнение участков на большей территории может дать нам еще более масштабное представление о разнообразии.
В 1972 году эколог Роберт Уиттакер описал три основных вида биоразнообразия: альфа, бета и гамма. Альфа-разнообразие относится просто к количеству видов в районе и часто упоминается как видовое богатство. Например, на этом участке обитает семь различных видов, поэтому альфа-оценка равна семи. На втором участке, участке В, обитает пять видов, а на третьем, участке С, — семь. Но, сравнивая участки, мы можем определить то, что называется бета-разнообразием, суммой видов, уникальных для каждой области. Таким образом, если мы сравним участок А с участком Б, мы увидим три общих вида между ними. Подсчитывая остальные виды, мы обнаруживаем, что их шесть. Это означает, что существует бета-разнообразие между участком А и участком В, равное шести. Участки А и С также имеют три общих вида, оставляя восемь уникальных. Это бета-разнообразие из восьми. Участки B и C имеют два общих вида между собой, или значение бета-разнообразия, равное восьми. Наконец, гамма-разнообразие – это количество различных видов на всех участках вместе взятых. В этом примере гамма-разнесение равно 12. Итак, подводя итог трем видам биоразнообразия, мы можем посмотреть на них следующим образом: альфа, бета и гамма. Помимо учета разнообразия, ученые часто ссылаются на видовую равномерность, то есть на то, сколько особей каждого типа присутствует. Например, эти два участка имеют одинаковое богатство, или альфа-разнообразие, поскольку оба имеют семь видов. Но участок А относительно заселен кроликами с небольшим количеством других видов, в то время как участок Б имеет довольно равномерное распределение видов, поэтому считается, что он имеет большую равномерность по сравнению с участком А. Ученые в целом считали наиболее здоровыми экосистемы с более высоким богатством и равномерностью, т.е. много равномерно распределенных видов. Нарушенные места обитания, часто вызванные действиями человека, такими как сельское хозяйство или загрязнение окружающей среды, часто имеют низкую насыщенность и равномерность. Возможность сравнения участков имеет решающее значение, поскольку позволяет исследователям определить относительное состояние экосистем.
В этой лаборатории вы проведете отбор квадратных и поперечных проб на трех различных участках окружающей среды, а также проведете лабораторное моделирование, а затем проанализируете собранные данные для описания наблюдаемого биоразнообразия.
Разнообразие экосистем важно для здоровья планеты и нашего выживания как людей, поэтому для нас невероятно важно понимать и измерять биоразнообразие, которое определяется как изменчивость живых организмов в экосистеме. Биоразнообразие можно измерить на многих различных уровнях, включая генетический, видовой, общинный и экосистемный. Одним из способов измерения биоразнообразия является оценка видового богатства экосистемы, которое представляет собой общее количество отдельных видов в местном сообществе. В то время как наличие большого количества видов обычно совпадает с наличием разнообразной и здоровой экосистемы, равномерность также необходимо учитывать. Равномерность относится к равенству доли каждого вида в пределах области или сообщества. Например, когда один вид доминирует в этом районе, в то время как другие встречаются очень редко, биоразнообразие в этом районе ниже, чем в районе с видами с одинаковой численностью. Таким образом, районы с большим количеством видов, которые относительно равны по численности, имеют самые высокие значения биоразнообразия.
Оценка биоразнообразия
Различия в богатстве и равномерности между двумя сообществами можно визуализировать с помощью кривых ранг-распространенность. Если число видов равно, то форма линии может сказать нам, какое сообщество более разнообразно. Если линия ровная, то наблюдается высокая равномерность между видами. Однако, если леска быстро опускается, ровность получается низкой. Если богатство и равномерность различаются между двумя сообществами, биологи должны использовать уравнения для вычисления разнообразия. Эти уравнения по-разному оценивают важность каждого компонента, и консенсус по поводу того, какое уравнение лучше всего подходит для вычисления разнообразия, все еще обсуждается.
Иногда в районе слишком много видов, так что сосчитать каждый отдельный вид нереально. Например, одно дерево в тропических лесах Амазонки может содержать сотни видов жуков. Чтобы обойти эту проблему, экологи используют инструменты отбора проб, называемые квадратами. Квадрат — это просто рама с известной внутренней площадью. Например, чтобы измерить видовое богатство травяного поля площадью в один акр, экологи случайным образом размещают квадрат на поле и подсчитывают виды внутри квадрата, вместо того чтобы подсчитывать все виды в пределах акра. Они также могут систематически брать пробы с помощью трансектических лент. Трансекты растягиваются по полю, а квадраты затем размещаются вдоль разреза через равные промежутки. Этот метод является полуслучайным и обеспечивает широкий охват выборкой по всему полю для оценки его биоразнообразия.
В то время как квадраты и трансекты могут захватывать большинство видов, некоторые редкие виды могут остаться незамеченными. В этом случае экологи могут использовать кривую накопления видов, которая представляет собой совокупное количество видов, наблюдаемых в ряду квадратов. Ось y кривой представляет общее количество наблюдаемых видов, тогда как ось x представляет количество квадратов, для которых были перечислены виды. Общее количество видов в первом квадрате представляет собой первую точку на графике. Каждая последующая точка представляет собой количество новых видов, обнаруженных в каждом новом квадрате, а также все виды из предыдущих квадратов. В какой-то момент в каждом новом квадратном квадрате будет обнаружено мало или вообще не будет обнаружено дополнительных видов, и кривая приблизится к асимптоте, которая является оценкой общего числа присутствующих видов. Даже если асимптота так и не будет достигнута из-за множества редких видов, биологи могут оценить общую численность на основе этой кривой.
Если необходимо провести сравнения между различными областями или масштабами, используются измерения альфа-, бета- и гамма-разнообразия. Альфа-разнообразие (α) относится к количеству видов в районе. Бета-разнообразие (β) сравнивает две разные области и представляет собой сумму видов, уникальных для каждой области. Гамма-разнообразие (γ) — это количество видов во многих областях, объединенных в регион. Используя эти измерения, биологи могут получить представление о разнообразии в космосе, включая как малые, так и большие масштабы.
Угрозы биоразнообразию и их последствия
Биоразнообразию во всем мире угрожают загрязнение, изменение климата и инвазивные виды. Основная причина, лежащая в основе усилий по поддержанию биоразнообразия, основана на функционировании экосистем. Экосистемы состоят из многих рабочих частей, включая первичных продуцентов, травоядных, плотоядных и детритиворных, которые вносят свой вклад в функционирование экосистемы. Если виды будут потеряны, экосистема может рухнуть. И если экосистема рухнет, то и услуги, которые она предоставляет людям, тоже рухнут. Тропические коралловые рифы являются хорошим примером этой концепции1. Скачки температуры воды приводят к тому, что кораллы теряют свои симбиотические клетки водорослей. Без водорослей кораллы начинают голодать, умирать, а затем деградировать и терять свою структуру. Когда кораллы разлагаются, они больше не обеспечивают укрытие для рыбы, и численность видов рыб сокращается, что, в свою очередь, влияет на местных рыбаков и людей, которые полагаются на рыбу для пропитания. Со временем мертвые коралловые рифы деградируют в больших масштабах и больше не служат буфером для прилегающих береговых линий, в конечном итоге размывая побережье и разрушая острова. Очень разнообразное сообщество с меньшей вероятностью рухнет из-за функциональной избыточности2. Например, кораллы могут различаться по своей чувствительности к высоким температурам. Если один коралл чрезвычайно чувствителен к температуре, его место в сообществе может занять другой, но если видов всего несколько, вероятность того, что такой заменитель будет доступен, меньше.
Значительное количество лекарств, которыми мы пользуемся, является прямым результатом разнообразия жизни. Лекарства, которые мы сейчас синтезируем, когда-то были выделены из животных, растений, грибов и бактерий. Существует целая индустрия, посвященная открытию новых потенциальных лекарств путем сканирования различных видов на наличие биологически активных соединений. Например, растения вырабатывают химические вещества для защиты от инфекций и травоядных. Пауки и змеи производят разнообразные яды. Оба класса организмов были источником важных лекарств, таких как Таксол из тисовых деревьев, который лечит рак молочной железы, легких и яичников, или Оганин из яда королевской кобры, который является болеутоляющим средством3-4. Каждый вид, который вымирает, может содержать ключ к излечению неизлечимых в настоящее время болезней. Чем быстрее мы потеряем эти виды, тем меньше шансов найти решения.
Как только вид вымрет, мы никогда не сможем его увидеть. Такой тип мышления привел к сохранению панд, морских выдр и других харизматичных животных. Эти виды называются флагманскими видами, и их сохранение может привести к защите биоразнообразия. Несмотря на то, что эти животные являются лишь небольшой частью всей экосистемы, их сохранение означает сохранение экосистемы, которую они занимают. Усилия по спасению морской выдры на западном побережье Северной Америки привели к созданию здоровых лесов ламинарии, в которых обитают многие тысячи других видов5. Без защиты морских выдр травоядные животные, такие как морские ежи, которых обычно едят выдры, способны полностью пожирать леса ламинарии, оставляя бесплодные скалы, где могли выжить очень немногие виды.
Ссылки
- Ноултон, Нэнси. Будущее коралловых рифов. PNAS. 2001, Том 98, (10) 5419-5425.
- Андреа С. Даунинг, Эгберт Х. ван Нес, Вольф М. Мой, Мартен Шеффер. Устойчивость и устойчивость экосистемы к коллапсу разнообразия. PLoS One. . .2012; , Том 7(9): e46135.
- Уолл, Монро Э. Камптотекин и таксол: открытие в клинике. Med Res Rev. 1998, Vol. 18, 5 (299-314).
- Ю Фен Пунг, Питер Т. Х. Вонг, Пракаш. Кумар, Уэйн К. Ходжсон, Р. Манджунатха Кини. Оханин, новый белок из яда королевской кобры, вызывает гиполокомоцию и гипералгезию у мышей. J Biol Chem. 2005, 280, 13137-13147.
- Estes, J.A., et al. Сложные трофические взаимодействия в лесных экосистемах ламинарии. Бюллетень морских наук, том . 2004, Том 7, 3: 621-638.
Биоразнообразие. Это слово ассоциируется с великолепием большого леса или изобилующим богатством океана и просто определяется как разнообразие организмов в экосистеме, представляющей интерес. Чтобы защитить биоразнообразие, ученые должны иметь возможность его измерить. Это означает, что нужно выяснить, сколько различных видов живут вместе в определенном пространстве. Каков удобный способ подсчета видов?
Попытка подсчитать все во всей экосистеме была бы невозможной, поэтому ученые используют инструмент под названием квадрат, который представляет собой рамку фиксированного размера, случайным образом размещенную в окружающей среде, в которой проводится подсчет. После каталогизации видов и особей, найденных в этом небольшом разделе, процесс повторяется, размещая больше квадратов случайным образом или, в качестве альтернативы, в заданных положениях вдоль линии окружающей среды, называемой трансектом.
Для последующей оценки общего числа видов в районе используются кривые накопления видов. Если совокупное число видов, найденных в квадрате, сопоставить с числом отобранных квадратов, то получится кривая. Например, в этом наборе данных, когда были исследованы четыре квадрата, было обнаружено, что существует 10 уникальных видов. Шесть содержали 17 и так далее. Асимптота кривой этого типа представляет собой оценку числа видов, поддерживаемых окружающей средой. В данном случае это около 30. Но в то время как измерение разнообразия на одном участке невероятно полезно, сравнение участков на большей территории может дать нам еще более масштабное представление о разнообразии.
В 1972 году эколог Роберт Уиттакер описал три основных вида биоразнообразия: альфа, бета и гамма. Альфа-разнообразие относится просто к количеству видов в районе и часто упоминается как видовое богатство. Например, на этом участке обитает семь различных видов, поэтому альфа-оценка равна семи. На втором участке, участке В, обитает пять видов, а на третьем, участке С, — семь. Но, сравнивая участки, мы можем определить то, что называется бета-разнообразием, суммой видов, уникальных для каждой области. Таким образом, если мы сравним участок А с участком Б, мы увидим три общих вида между ними. Подсчитывая остальные виды, мы обнаруживаем, что их шесть. Это означает, что существует бета-разнообразие между участком А и участком В, равное шести. Участки А и С также имеют три общих вида, оставляя восемь уникальных. Это бета-разнообразие из восьми. Участки B и C имеют два общих вида между собой, или значение бета-разнообразия, равное восьми. Наконец, гамма-разнообразие – это количество различных видов на всех участках вместе взятых. В этом примере гамма-разнесение равно 12. Итак, подводя итог трем видам биоразнообразия, мы можем посмотреть на них следующим образом: альфа, бета и гамма. Помимо учета разнообразия, ученые часто ссылаются на видовую равномерность, то есть на то, сколько особей каждого типа присутствует. Например, эти два участка имеют одинаковое богатство, или альфа-разнообразие, поскольку оба имеют семь видов. Но участок А относительно заселен кроликами с небольшим количеством других видов, в то время как участок Б имеет довольно равномерное распределение видов, поэтому считается, что он имеет большую равномерность по сравнению с участком А. Ученые в целом считали наиболее здоровыми экосистемы с более высоким богатством и равномерностью, т.е. много равномерно распределенных видов. Нарушенные места обитания, часто вызванные действиями человека, такими как сельское хозяйство или загрязнение окружающей среды, часто имеют низкую насыщенность и равномерность. Возможность сравнения участков имеет решающее значение, поскольку позволяет исследователям определить относительное состояние экосистем.
В этой лаборатории вы проведете отбор квадратных и поперечных проб на трех различных участках окружающей среды, а также проведете лабораторное моделирование, а затем проанализируете собранные данные для описания наблюдаемого биоразнообразия.
Биоразнообразие. Это слово ассоциируется с великолепием большого леса или изобилующим богатством океана и просто определяется как разнообразие организмов в экосистеме, представляющей интерес. Чтобы защитить биоразнообразие, ученые должны иметь возможность его измерить. Это означает, что нужно выяснить, сколько различных видов живут вместе в определенном пространстве. Каков удобный способ подсчета видов?
Попытка подсчитать все во всей экосистеме была бы невозможной, поэтому ученые используют инструмент под названием квадрат, который представляет собой рамку фиксированного размера, случайным образом размещенную в окружающей среде, в которой проводится подсчет. После каталогизации видов и особей, найденных в этом небольшом разделе, процесс повторяется, размещая больше квадратов случайным образом или, в качестве альтернативы, в заданных положениях вдоль линии окружающей среды, называемой трансектом.
Для последующей оценки общего числа видов в районе используются кривые накопления видов. Если совокупное число видов, найденных в квадрате, сопоставить с числом отобранных квадратов, то получится кривая. Например, в этом наборе данных, когда были исследованы четыре квадрата, было обнаружено, что существует 10 уникальных видов. Шесть содержали 17 и так далее. Асимптота кривой этого типа представляет собой оценку числа видов, поддерживаемых окружающей средой. В данном случае это около 30. Но в то время как измерение разнообразия на одном участке невероятно полезно, сравнение участков на большей территории может дать нам еще более масштабное представление о разнообразии.
В 1972 году эколог Роберт Уиттакер описал три основных вида биоразнообразия: альфа, бета и гамма. Альфа-разнообразие относится просто к количеству видов в районе и часто упоминается как видовое богатство. Например, на этом участке обитает семь различных видов, поэтому альфа-оценка равна семи. На втором участке, участке В, обитает пять видов, а на третьем, участке С, — семь. Но, сравнивая участки, мы можем определить то, что называется бета-разнообразием, суммой видов, уникальных для каждой области. Таким образом, если мы сравним участок А с участком Б, мы увидим три общих вида между ними. Подсчитывая остальные виды, мы обнаруживаем, что их шесть. Это означает, что существует бета-разнообразие между участком А и участком В, равное шести. Участки А и С также имеют три общих вида, оставляя восемь уникальных. Это бета-разнообразие из восьми. Участки B и C имеют два общих вида между собой, или значение бета-разнообразия, равное восьми. Наконец, гамма-разнообразие – это количество различных видов на всех участках вместе взятых. В этом примере гамма-разнесение равно 12. Итак, подводя итог трем видам биоразнообразия, мы можем посмотреть на них следующим образом: альфа, бета и гамма. Помимо учета разнообразия, ученые часто ссылаются на видовую равномерность, то есть на то, сколько особей каждого типа присутствует. Например, эти два участка имеют одинаковое богатство, или альфа-разнообразие, поскольку оба имеют семь видов. Но участок А относительно заселен кроликами с небольшим количеством других видов, в то время как участок Б имеет довольно равномерное распределение видов, поэтому считается, что он имеет большую равномерность по сравнению с участком А. Ученые в целом считали наиболее здоровыми экосистемы с более высоким богатством и равномерностью, т.е. много равномерно распределенных видов. Нарушенные места обитания, часто вызванные действиями человека, такими как сельское хозяйство или загрязнение окружающей среды, часто имеют низкую насыщенность и равномерность. Возможность сравнения участков имеет решающее значение, поскольку позволяет исследователям определить относительное состояние экосистем.
В этой лаборатории вы проведете отбор квадратных и поперечных проб на трех различных участках окружающей среды, а также проведете лабораторное моделирование, а затем проанализируете собранные данные для описания наблюдаемого биоразнообразия.
Videos from this collection:
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved