Topluluk Çeşitliliği
Popülasyonlar izole bir şekilde yaşamazlar; bu nedenle, her popülasyon diğerleriyle belirli şekillerde etkileşime girer. Bu etkileşimler bir popülasyo…
Ekosistem, bir alanda etkileşim halinde olan canlı ve cansız bileşenlerden oluşan bir topluluktur. Bu, dünyanın kendisi veya bitki ve hayvanlarla dolu bir orman kadar büyük veya mikrobiyal sakinleri dizisiyle bir mide kadar küçük olabilir. Ekosistem sağlığı farklı şekillerde ölçülebilir, ancak iyi bir gösterge, bir ekosistemdeki biyolojik türlerin çeşitliliğinin bir ölçüsü olan biyolojik çeşitliliktir.
Biyoçeşitliliği, 1940'larda Claude Shannon ve Norbert Wiener tarafından önerilen Shannon-Wiener Endeksi adı verilen bir ölçü kullanarak değerlendirebiliriz. Shannon-Wiener İndeksi, H olarak hesaplanan birimsiz bir ölçümdür. İndeks iki değişken kullanır: tür zenginliği veya K ile gösterilen mevcut tür sayısı ve PI ile gösterilen tür düzgünlüğü veya her türün oranı. Tür zenginliği, bir ekosistemdeki benzersiz türlerin sayısıdır. Bu örnekte yedi tane var. Tür eşitliği, bir ekosistemdeki türlerin nasıl dağıldığını ölçer. Bu, farklı türlerin benzer sayılara sahip olduğu bir ekosistemin, bir veya iki türün, bunun gibi, nispeten yabani tavşanlarla istila edilen organizmaların çoğunu oluşturduğu bir ekosistemden daha eşit olduğu anlamına gelir.
Artık neyi ölçeceğimizi bildiğimize göre, biyoçeşitliliği nasıl ölçeceğimizi öğrenelim. Ekosistemler çok büyük olabileceğinden, ekolojistler geniş alanları hızlı bir şekilde rastgele örneklemenin yollarını bulmak zorunda kaldılar. Bunların en basiti, tipik olarak bir örnekleme alanı içine rastgele yerleştirilen, sabit boyutlu bir çerçeve olan kuadrattır. Bilim adamları, kuadratın içindeki alanı araştırır, türlerin zenginliğini ve aynı zamanda düzgünlüklerini kaydeder. Bir ekosistem üzerinde birden fazla noktaya yerleştirilen bu küçük pencereleri kullanarak, tüm çalışma alanı için çeşitlilik tahminleri vermek için bulgularını tahmin edebilirler. Ancak bu teknik, geniş bir alanın yönetilebilir bir değerlendirmesine izin verse de, mükemmel değildir. Kadranların rastgele yerleştirilmesi, bireyleri gözden kaçırabilir, bu da türlerin yetersiz temsil edilmesine ve yanlış düşük biyolojik çeşitlilik tahminlerine neden olabilir.
Bu sınırlama, bazı toplulukların, özellikle düzensiz veya tekdüze olmayanların, daha yapılandırılmış bir yaklaşımla daha iyi örneklendiği anlamına gelir. Burada, çayırımız ormanla sınır komşusudur ve gerçekte farklı habitat yamalarından oluşur. Bu topluluğu adil bir şekilde kapsamak için, peyzajı çekirdek habitatlara ve daha da önemlisi kenar habitatlara bölebiliriz. Çoğu zaman, kenar alanlar daha fazla biyolojik çeşitliliğe sahiptir, çünkü her iki habitat türünden türler orada yaşayabilir. Ancak bu, geleneksel rastgele örneklemede gözden kaçabilir. Bunun yerine, böyle bir topluluktaki biyolojik çeşitliliği ölçmek için, iyi bir strateji, önce çekirdek alanları kuadratlar kullanarak rastgele örneklemek olabilir. Toplanan veriler daha sonra her bir çekirdek habitat için H değerini hesaplamak için kullanılabilir. Daha sonra, her bir çekirdek habitat boyunca, kenar alanına uzanan bir kesit veya örnekleme hattı döşenebilir. Tür zenginliği ve düzgünlüğü daha sonra bu çizgiler boyunca belirlenen noktalara yerleştirilen kuadratlar kullanılarak kaydedilebilir. Şimdi Shannon-Wiener formülü kullanılarak, kesit boyunca her mesafe için çeşitlilik indeksi hesaplanabilir ve bunlar karşılaştırılabilir. Daha büyük bir H değerine sahip bir alan, genellikle daha düşük bir H'ye sahip olandan daha çeşitlidir. Bu birleştirilmiş rastgele kuadrat ve transekt tekniği, aynı topluluk içindeki farklı habitatların çeşitlilik açısından nasıl karşılaştırıldığına dair çok yönlü ve daha adil bir değerlendirme sağlar.
Tür önlemlerine ek olarak, bilim adamları sağlığını değerlendirmek için bir ekosistemin kimyasal bileşenlerini de ölçebilirler. Örneğin, kirliliği kontrol edebilir veya mevcut besin maddelerini ölçerek toprak kalitesini inceleyebilirler. Bu bilgi, bir topluluğun farklı bölgelerindeki biyolojik çeşitlilik modellerindeki değişiklikleri açıklamaya yardımcı olmak için de yararlı olabilir. Bu nedenle, örneğimizde, çayır ormandan ve kenardan daha düşük kaliteli toprağa sahipse, daha az türü destekleyebilir.
Bu laboratuvarda, iki farklı çekirdek bölgede biyolojik çeşitliliği ve toprak kalitesini ölçecek ve ardından biyolojik çeşitliliğin bir kenar habitatı boyunca nasıl etkilendiğini inceleyeceksiniz.
Ekosistem, bir alanda etkileşim halinde olan canlı ve cansız bileşenlerden oluşan bir topluluktur. Bu, dünyanın kendisi veya bitki ve hayvanlarla dolu bir orman kadar büyük veya mikrobiyal sakinleri dizisiyle bir mide kadar küçük olabilir. Ekosistem sağlığı farklı şekillerde ölçülebilir, ancak iyi bir gösterge, bir ekosistemdeki biyolojik türlerin çeşitliliğinin bir ölçüsü olan biyolojik çeşitliliktir.
Biyoçeşitliliği, 1940'larda Claude Shannon ve Norbert Wiener tarafından önerilen Shannon-Wiener Endeksi adı verilen bir ölçü kullanarak değerlendirebiliriz. Shannon-Wiener İndeksi, H olarak hesaplanan birimsiz bir ölçümdür. İndeks iki değişken kullanır: tür zenginliği veya K ile gösterilen mevcut tür sayısı ve PI ile gösterilen tür düzgünlüğü veya her türün oranı. Tür zenginliği, bir ekosistemdeki benzersiz türlerin sayısıdır. Bu örnekte yedi tane var. Tür eşitliği, bir ekosistemdeki türlerin nasıl dağıldığını ölçer. Bu, farklı türlerin benzer sayılara sahip olduğu bir ekosistemin, bir veya iki türün, bunun gibi, nispeten yabani tavşanlarla istila edilen organizmaların çoğunu oluşturduğu bir ekosistemden daha eşit olduğu anlamına gelir.
Artık neyi ölçeceğimizi bildiğimize göre, biyoçeşitliliği nasıl ölçeceğimizi öğrenelim. Ekosistemler çok büyük olabileceğinden, ekolojistler geniş alanları hızlı bir şekilde rastgele örneklemenin yollarını bulmak zorunda kaldılar. Bunların en basiti, tipik olarak bir örnekleme alanı içine rastgele yerleştirilen, sabit boyutlu bir çerçeve olan kuadrattır. Bilim adamları, kuadratın içindeki alanı araştırır, türlerin zenginliğini ve aynı zamanda düzgünlüklerini kaydeder. Bir ekosistem üzerinde birden fazla noktaya yerleştirilen bu küçük pencereleri kullanarak, tüm çalışma alanı için çeşitlilik tahminleri vermek için bulgularını tahmin edebilirler. Ancak bu teknik, geniş bir alanın yönetilebilir bir değerlendirmesine izin verse de, mükemmel değildir. Kadranların rastgele yerleştirilmesi, bireyleri gözden kaçırabilir, bu da türlerin yetersiz temsil edilmesine ve yanlış düşük biyolojik çeşitlilik tahminlerine neden olabilir.
Bu sınırlama, bazı toplulukların, özellikle düzensiz veya tekdüze olmayanların, daha yapılandırılmış bir yaklaşımla daha iyi örneklendiği anlamına gelir. Burada, çayırımız ormanla sınır komşusudur ve gerçekte farklı habitat yamalarından oluşur. Bu topluluğu adil bir şekilde kapsamak için, peyzajı çekirdek habitatlara ve daha da önemlisi kenar habitatlara bölebiliriz. Çoğu zaman, kenar alanlar daha fazla biyolojik çeşitliliğe sahiptir, çünkü her iki habitat türünden türler orada yaşayabilir. Ancak bu, geleneksel rastgele örneklemede gözden kaçabilir. Bunun yerine, böyle bir topluluktaki biyolojik çeşitliliği ölçmek için, iyi bir strateji, önce çekirdek alanları kuadratlar kullanarak rastgele örneklemek olabilir. Toplanan veriler daha sonra her bir çekirdek habitat için H değerini hesaplamak için kullanılabilir. Daha sonra, her bir çekirdek habitat boyunca, kenar alanına uzanan bir kesit veya örnekleme hattı döşenebilir. Tür zenginliği ve düzgünlüğü daha sonra bu çizgiler boyunca belirlenen noktalara yerleştirilen kuadratlar kullanılarak kaydedilebilir. Şimdi Shannon-Wiener formülü kullanılarak, kesit boyunca her mesafe için çeşitlilik indeksi hesaplanabilir ve bunlar karşılaştırılabilir. Daha büyük bir H değerine sahip bir alan, genellikle daha düşük bir H'ye sahip olandan daha çeşitlidir. Bu birleştirilmiş rastgele kuadrat ve transekt tekniği, aynı topluluk içindeki farklı habitatların çeşitlilik açısından nasıl karşılaştırıldığına dair çok yönlü ve daha adil bir değerlendirme sağlar.
Tür önlemlerine ek olarak, bilim adamları sağlığını değerlendirmek için bir ekosistemin kimyasal bileşenlerini de ölçebilirler. Örneğin, kirliliği kontrol edebilir veya mevcut besin maddelerini ölçerek toprak kalitesini inceleyebilirler. Bu bilgi, bir topluluğun farklı bölgelerindeki biyolojik çeşitlilik modellerindeki değişiklikleri açıklamaya yardımcı olmak için de yararlı olabilir. Bu nedenle, örneğimizde, çayır ormandan ve kenardan daha düşük kaliteli toprağa sahipse, daha az türü destekleyebilir.
Bu laboratuvarda, iki farklı çekirdek bölgede biyolojik çeşitliliği ve toprak kalitesini ölçecek ve ardından biyolojik çeşitliliğin bir kenar habitatı boyunca nasıl etkilendiğini inceleyeceksiniz.
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.