Εθνικό και Καποδιςτριακό Πανεπιςτήμιο Αθηνών Σχολή Θετικών Επιςτημών Τμήμα Γεωλογίασ και Γεωπεριβάλλοντοσ

Transcript

1 Εθνικό και Καποδιςτριακό Πανεπιςτήμιο Αθηνών Σχολή Θετικών Επιςτημών Τμήμα Γεωλογίασ και Γεωπεριβάλλοντοσ Δρ. Χαρ. Ντρύνια Αναπλ. Καθηγ. Παλαιοοικολογύασ-Οικοςτρωματογραφύασ

2 Βιο-Ποικιλότητα "Η Βιολογικό Ποικιλότητα αναφϋρεται ςτην ποικιλότητα ανϊμεςα ςτουσ ζώντεσ οργανιςμούσ και τα οικολογικϊ ςύνολα ςτα οπούα αυτού προκύπτουν". "Η ποικιλύα τησ ζωόσ ςε όλεσ τισ μορφϋσ, τα επύπεδα και τουσ ςυνδυαςμούσ τησ. Περιλαμβϊνει την ποικιλότητα των οικοςυςτημϊτων, των ειδών και τη γενετικό ποικιλότητα» Η γενετικό ποικιλότητα εκφρϊζει το εύροσ των κληρονομόςιμων χαρακτηριςτικών ενόσ ςυγκεκριμϋνου εύδουσ. Η ποικιλότητα των ειδών εκφρϊζεται με το πλόθοσ των οργανιςμών ςε μύα περιοχό ενώ η ποικιλότητα των οικοςυςτημϊτων ό ενδιαιτημϊτων εκφρϊζεται με το πλόθοσ των ςυνδυαςμών των οργανιςμών και των ςχετικών αβιοτικών παραγόντων που ςυναντώνται ςε μια περιοχό. θεωρεύται το μϋτρο τησ επιδρϊςεωσ του περιβαλλοντικού stress ςτισ κοινωνύεσ των οργανιςμών.

3 Φωρικό κλύμακα και Ποικιλότητα Ένα μεμονωμϋνο δεύγμα αντιπροςωπεύει την ποικιλότητα ςε ϋνα ςημεύο του χώρου: ποικιλότητα alpha (ποικιλότητα δείγματοσ ή ςημείου) Σε μικρό κλύμακα, υπολογύζουμε την ποικιλότητα μιασ μεμονωμϋνησ μικροκατοικύασ: ποικιλότητα beta (τοπική ποικιλότητα) Σε μεγαλύτερη κλύμακα, υπολογύζουμε την ποικιλότητα μιασ περιοχόσ, που περιλαμβϊνει πολλϋσ διαφορετικϋσ μικροκατοικύεσ: ποικιλότητα gamma (περιφερειακή ποικιλότητα)

4 Ο ςημαντικότεροσ δεύκτησ που χαρακτηρύζει μια κοινότητα εύναι ο αριθμόσ των ειδών που υπϊρχουν μϋςα ςε αυτό (S T ) ό η αφθονύα ειδών. Δυςτυχώσ αυτόσ εύναι ςυνόθωσ δύςκολο να μετρηθεύ (ό μερικϋσ φορϋσ ακόμη και να εκτιμηθεύ!) Εύναι ςημαντικό να ξεχωρύςουμε την αφθονύα από την ποικιλότητα. Η ποικιλότητα ςυνδυϊζει ςυνόθωσ τον αριθμό των ειδών με την ομοιομορφύα πόςο ομοιόμορφα εύναι κατανεμημϋνα τα διϊφορα εύδη μϋςα ςε μια κοινότητα.

5 Ποιοι παρϊγοντεσ επηρεϊζουν την ποικιλότητα ενόσ οικοςυςτόματοσ; Αβιοτικού παρϊγοντεσ Βιοτικού παρϊγοντεσ Βιοποικιλότητα

6 Θερμοκραςύα Τπόςτρωμα Φημικού Παρϊγοντεσ Υωσ Ρεύματα Βιοποικιλότητα Παραγωγού Ανταγωνιςμόσ Οργανιςμού ειςβολεύσ Καταναλωτϋσ Αρπακτικότητα

7 Υυςικό Περιβϊλλον Φημικό Περιβϊλλον Βιολογικό Περιβϊλλον

8 Η ποικιλότητα ςτα βαθιϊ θαλϊςςια περιβϊλλοντα Ιςτορικϊ, οι περιςςότερεσ μελϋτεσ ποικιλότητασ ϋχουν επικεντρωθεύ ςτα αβαθό περιβϊλλοντα (ηπειρωτικό κρηπύδα) Ο Howard Sanders ανϋφερε υψηλό ποικιλότητα ςτη βαθιϊ θϊλαςςα, οφειλόμενη ςε μακροπρόθεςμη ςταθερότητα του οικοςυςτόματοσ Σύγχρονεσ μελϋτεσ ςυμφωνούν: τα βαθιϊ θαλϊςςια περιβϊλλοντα εμφανύζουν πολύ υψηλό ποικιλότητα

9 Γιατύ μελετϊμε τα βενθονικϊ Σρηματοφόρα βαθιών υδϊτων Το ενδιαύτημϊ τουσ καλύπτει μεγϊλο τμόμα τησ Γησ Το ενδιαύτημϊ τουσ αντϋχει ςτισ περιβαλλοντικϋσ μεταβολϋσ. Πανύδεσ υψηλόσ ποικιλότητασ (ςχϋςη ςταθερότητασ-ποικιλότητασ οικοςυςτόματοσ) Οι πανύδεσ τουσ αντιπροςωπεύουν περιβαλλοντικϋσ αλλαγϋσ (π.χ., θερμοκραςύα) -> παγκόςμια αλλαγό Παγκόςμιεσ εξαφανύςεισ ςτον βαθύ ωκεανό: αςυνόθιςτεσ, τα τελευταύα 90 εκατομ. χρόνια μόνο μύα ϋλαβε χώρα πριν 55 εκατομ. χρόνια. Μελϋτη δειγμϊτων από πυρόνεσ ςτον ωκεϊνιο πυθμϋνα: Ocean Drilling Program

10 Επίδραςη του γεωγραφικού πλάτουσ Ο αριθμόσ των ειδών γενικϊ αυξϊνει από τισ πολικϋσ και τισ εύκρατεσ ζώνεσ προσ τισ τροπικϋσ. Επίδραςη μεγέθουσ Ο αριθμόσ των ειδών ςε ϋνα νηςιωτικό περιβϊλλον αυξϊνει καθώσ αυξϊνει το μϋγεθοσ του περιβϊλλοντοσ. Επίδραςη απόςταςησ ο αριθμόσ των ειδών ςε ϋνα νηςιωτικό περιβϊλλον μειώνεται με την αύξηςη τησ απόςταςησ από την κυρύωσ χώρα.

11 Γιατύ η αφθονύα των ειδών αυξϊνεται με την ελϊττωςη του γεωγραφικού πλϊτουσ; Για τρεισ κύριουσ λόγουσ: Πολικϋσ και εύκρατεσ ζώνεσ εύναι οικολογικώσ νεώτερεσ και ακόμα ςυνεχύζουν να ςυγκεντρώνουν εύδη. Περιβαλλοντικϋσ διακυμϊνςεισ εύναι πιο ακραύεσ ςτα υψηλϊ γεωγραφικϊ πλϊτη δυςχεραύνοντασ την εξειδύκευςη. Μεγαλύτερη παραγωγικότητα ςτουσ τροπικούσ ςτηρύζει περιςςότερα εύδη.

12 Η ςημαςύα τησ ποικιλότητασ των ειδών Αυξημϋνη ποικιλότητα γενικϊ: Αυξϊνει την χρονικό ςταθερότητα μιασ κοινότητασ. Αυξϊνει την βιομϊζα μιασ κοινότητασ και / ό την παραγωγικότητα. Μειώνει το ποςό των μη καταναλωμϋνων περιοριςμϋνων τροφικών ςτοιχεύων. Αυξϊνει την αποθόκευςη των τροφικών ςτοιχεύων. Μειώνει την ειςβολό εξωγενών ειδών Γενικϊ οι δεύκτεσ ποικιλότητασ επιτρϋπουν την ςύγκριςη δύο κατοικιών, πριν και μετϊ από καταςτροφϋσ, stress κλπ.

13 Παρϊγοντεσ που επηρεϊζουν την ποικιλότητα των ειδών Χρόνοσ Ανομοιογϋνεια χώρου Ανταγωνιςμόσ Αρπαγό Περιβαλλοντικό ςταθερότητα Παραγωγικότητα

14 Η ποικιλότητα ειδών εύναι ϋνασ ςυνδυαςμόσ του αριθμού των διαφορετικών ειδών που υπϊρχουν μϋςα ςε μια κοινότητα και των ςχετικών αφθονιών τουσ. Συνεπώσ, οι οικολόγοι αναγνωρύζουν δύο ςυνιςτώςεσ για την ποικιλότητα: α. αφθονύα ειδών = αριθμόσ ειδών b. Ομοιομορφύα (evenness) ειδών = ςχετικό αφθονύα των ειδών Αυτϋσ οι δύο ςυνιςτώςεσ μπορούν να ςυνδυαςτούν με τη χρόςη μεγϊλου αριθμού διαφορετικών μαθηματικών μοντϋλων για την ποικιλότητα, τα οπούα επιτρϋπουν την ποςοτικό ςύγκριςη μεταξύ των διαφόρων κοινοτότων.

15 Δύο τρόποι 1: Αριθμητικϊ = Δεύκτησ ποικιλότητασ Shannon-Wiener (για παρϊδειγμα) 2: Γραφικϊ = log-normal κατανομό ό καμπύλεσ αφθονύασ

16 Taxa ricnhess Σαξινομικό αφθονύα Απλόσ υπολογιςμόσ τησ ποικιλότητασ Γενικϊ αυξϊνει με την αύξηςη τησ ποιότητασ του περιβϊλλοντοσ Απλώσ μετρϊμε τον αριθμό των ειδών για κϊθε δεύγμα Ref Site Test

17 Ποςοτικοποιώντασ την Ποικιλότητα Shannon-Wiener Δεύκτησ: s H = Σ pi i 1 των ειδών log H = τιμό του δεύκτη ποικιλότητασ SW p i = αναλογύα του i th εύδουσ (n/n, όπου n= ο αριθμόσ των ατόμων του i th εύδουσ και Ν= ο ςυνολικόσ αριθμόσ των ατόμων όλων των ειδών). log e (p i )= φυςικόσ λογϊριθμοσ του p i s = αριθμόσ των ειδών μϋςα ςτην κοινότητα Λαμβϊνει υπόψη κυρύωσ τισ αναλογύεσ των μη διαδεδομϋνων ειδών μιασ ςυνϊθροιςησ e p i

18 Παρϊδειγμα υπολογιςμού ποικιλότητασ Είδη Αριθμός ατόμων (n i ) Pi= ni/n ln(pi) Pi*ln(Pi) # # # # # Σύνο λο Η= -( ) Η=1.36

19 Ομοιομορφύα (Equitability) Εκφρϊζει την ιςοκατανομό των ατόμων μϋςα ςε δεδομϋνο αριθμό ειδών Τα δεύγματα ό οι περιοχϋσ θεωρούνται ότι ϋχουν υψηλό ποικιλότητα εϊν τα ϊτομα του κϊθε εύδουσ κατανϋμονται ομοιόμορφα. Η επύδραςη πύεςησ (stress) ϋχει ωσ αποτϋλεςμα τη μεύωςη του αριθμού οριςμϋνων ειδών και την επικρϊτηςη ϊλλων. J ' H '/ H ' max Το Η max =lns (S=ο ςυνολικόσ αριθμόσ των ειδών) καλεύται μϋγιςτη ποικιλότητα και εκφρϊζει τη μεγαλύτερη ποικιλότητα, που δύναται να προκύψει από ϋνα δεδομϋνο αριθμό ειδών. Η τιμό του J κυμαύνεται από 1 (εϊν όλα τα εύδη ϋχουν ύδια αφθονύα), μϋχρι 0.

20 Ποικιλότητα ειδών δύο ςυςτατικϊ - Αριθμόσ ειδών - Σχετικό αφθονύα ειδών Ένα παράδειγμα Κοινωνύα 1: 25Α 25Β 25Γ Κοινωνύα 2: 73Α 1Β 1Γ Ποια κοινωνύα ϋχει μεγαλύτερο αριθμό ειδών; Ποια κοινωνύα ϋχει μεγαλύτερη ςχετικό αφθονύα; Ποια κοινωνύα ϋχει μεγαλύτερη ποικιλότητα; Η ποικιλότητα αυξϊνει με την ταυτόχρονη αύξηςη του αριθμού των ειδών και τησ ομοιομορφύασ των ειδών.

21 Επικρϊτηςη Walton (1964), το ποςοςτό του πιο ςυχνού εύδουσ ςε μια ςυγκϋντρωςη. Εκφρϊζει την κυριαρχύα ενόσ εύδουσ ςε μια κοινότητα E S N N i i ln / 1 S S=ο αριθμόσ των ειδών του δεύγματοσ Νi=ο αριθμόσ των ατόμων του i εύδουσ Ν= ο αριθμόσ των ατόμων όλων των ειδών Όταν Ε=1 τότε υπϊρχει ιςοκατανομό των ειδών ςε ϋνα δεύγμα. Όταν Ε=0 τότε ϋνα μόνο εύδοσ εύναι το επικρατϋςτερο.

22 Προβλόματα Οι περιςςότεροι δεύκτεσ επηρεϊζονται από το μϋγεθοσ των δειγμϊτων. Αν το μϋγεθοσ ενόσ δεύγματοσ αυξηθεύ, αυξϊνεται επύςησ η πιθανότητα να κϊνουν την εμφϊνιςό τουσ περιςςότερα εύδη, ϋχοντασ επιπτώςεισ κατϊ ςυνϋπεια ςτα αποτελϋςματα. Η εξϊρτηςη από το μϋγεθοσ των δειγμϊτων περιορύζει τη δυνατότητα να ςυγκριθούν οι δεύκτεσ ποικιλότητασ που υπολογύζονται ςε μελϋτεσ όπου διαφορετικϋσ μϋθοδοι δειγματοληψύασ χρηςιμοποιόθηκαν.

23 Γραφικόσ προςδιοριςμόσ ποικιλότητασ Lognormal Κατανομϋσ: οι αφθονύεσ των ειδών δύνονται με γραφικό παρϊςταςη ωσ κατανομϋσ ςυχνότητασ. X-ϊξονασ = Κατηγορύεσ αφθονύασ (ςε λογαριθμικό κλύμακα) Y-ϊξονασ = αριθμόσ ειδών κϊθε κατηγορύασ Αποτϋλεςμα: καμπύλεσ με ςχόμα καμπϊνασ. 1. Μόνο λύγα εύδη εύναι πολύ ϊφθονα 2. Συνόθωσ, η με ςχόμα καμπϊνασ καμπύλη ςτερεύται την αριςτερό ουρϊ τησ, επειδό τα ςπϊνια εύδη λεύπουν εξ ολοκλόρου.

24 Lognormal Κατανομϋσ

25 Βαςικό ερώτηςη ςτην Οικολογύα: Σι προκαλεύ την ςυνύπαρξη των ειδών? Ερμηνεύεσ ιςορροπύασ (ανεξϊρτητεσ από διακυμϊνςεισ): Τα εύδη καταλαμβϊνουν διαφορετικϋσ οικοθϋςεισ χωρικό παραλλαγό ςτο περιβϊλλον Ερμηνεύεσ μη-ιςορροπύασ (εξαρτημϋνεσ από διακυμϊνςεισ): Οι ςυνθόκεσ αλλϊζουν και επομϋνωσ ευνοούνται διαφορετικϊ εύδη κατϊ τη διϊρκεια του χρόνου - χρονικό παραλλαγό ςτο περιβϊλλον

26 Ερμηνεύα ιςορροπύασ: Η περιβαλλοντικό πολυπλοκότητα αυξϊνει την ποικιλότητα των ειδών Ποιοσ βιότοποσ χαρακτηρύζεται από υψηλότερη ποικιλότητα;

27 G.E. Hutchinson: Σο Παρϊδοξο του Πλαγκτόν Οι κοινότητεσ φυτοπλαγκτόν ζουν ςε ςχετικϊ απλϊ περιβϊλλοντα και ανταγωνύζονται για τισ ύδιεσ θρεπτικϋσ ουςύεσ, όμωσ πολλϊ εύδη ςυνυπϊρχουν χωρύσ ανταγωνιςτικό αποκλειςμό.

28 Σο παρϊδοξο λύθηκε: Ακόμα και τα υδρόβια περιβϊλλοντα εύναι ανομοιογενό

29 Ερμηνεύα μη-ιςορροπύασ: Η διαταραχό επηρεϊζει την ποικιλότητα

30 Διαταραχό και Ποικιλότητα Ο Wayne Sousa όριςε ωσ διαταραχό: μετακύνηςη, ό καταςτροφό ενόσ ό περιςςότερων ατόμων που ϊμεςα ό ϋμμεςα δημιουργούν μια ευκαιρύα για τα νϋα ϊτομα να καθιερωθούν Οι White και Pickett όριςαν ωσ διαταραχό: Οποιοδόποτε ςημαντικό ςτιγμιαύο γεγονόσ που αναςτατώνει το οικοςύςτημα, την κοινότητα, ό τη δομό των πληθυςμών και αλλϊζει τουσ διαθϋςιμουσ πόρουσ, τη διαθεςιμότητα υποςτρωμϊτων, ό το φυςικό περιβϊλλον Δύο κύρια χαρακτηριςτικϊ: υχνότητα Ενταςη

31 Τπόθεςη ενδιϊμεςησ Διαταραχόσ Joseph Connell: Τα υψηλϊ και χαμηλϊ επύπεδα διαταραχόσ μειώνουν την ποικιλότητα. Ενδιϊμεςα επύπεδα προκαλούν υψηλότερη ποικιλότητα. Αρκετόσ χρόνοσ μεταξύ των διαταραχών επιτρϋπει ςε μεγϊλο αριθμό ειδών να επαναποικύςουν, μικρόσ χρόνοσ προκαλεύ ανταγωνιςτικό αποκλειςμό.

32 Λύγα εύδη μπορούν να αντιςταθούν ςτισ ςυχνϋσ μεταβολϋσ που ςυνδϋονται με τη διαταραχό. Ανταγωνιςτικόσ αποκλειςμόσ

33 Διϊγραμμα Fisher-α Σχεδιϊζοντασ τον αριθμό των ειδών προσ τον αριθμό των ατόμων ςε μια λογαριθμικό κλύμακα, λαμβϊνουμε ϋνα μϋτρο τησ ποικιλότητασ την λεγόμενη τιμό α για μια ςυνϊθροιςη. Γενικϊ, τιμϋσ του α<5 υποδεικνύουν υφϊλμυρο ό υπερύαλο περιθωριακό θαλϊςςιο περιβϊλλον (παρόλο που μπορεύ να δεύχνει κανονικϋσ θαλϊςςιεσ ςυνθόκεσ με υψηλό επικρϊτηςη ενόσ εύδουσ). Όταν α>7, ϋχουμε κανονικό θαλϊςςιο περιβϊλλον κρηπύδασ ϋωσ κατωφϋρεια ό υπερύαλη κρηπύδα. Μειονεκτόματα Ο πύνακασ δεν εύναι μαθηματικώσ ςωςτόσ. Η ποικιλότητα εξαρτϊται από το μϋγεθοσ του δεύγματοσ. Ο πύνακασ δεν λαμβϊνει υπόψη του την αναλογύα των ειδών. Μϋτρηςη ποικιλότητασ

34 Ποικιλότητα Fisher-alpha Υφϊλμυροσ βϊλτοσ Υφϊλμυρη λιμνοθϊλαςςα Υφϊλμυρη κρηπύδα Υπερύαλοσ βϊλτοσ Υπερύαλη λιμνοθϊλαςςα Υπερύαλη κρηπύδα Κανονικόσ αλμυρότητασ βϊλτοσ Κανονικόσ αλμυρ. λιμνοθϊλαςςα Κανονικόσ αλμυρ. κρηπύδα Βαθιϊ θαλϊςςια περιβϊλλοντα

35 Ανακεφαλαιώνοντασ: για να περιγρϊψουμε μια κοινότητα Σχετικό αφθονύα όχι ομοιόμορφη Επικρϊτηςη Πόςο ςυχνό εύναι ϋνα εύδοσ Πολύ ςυχνό = υψηλό επικρϊτηςη Αφθονύα Αριθμόσ των ειδών Ομοιομορφύα Σχετικό αφθονύα των ειδών

36 Διατόρηςη τησ Ποικιλότητασ Γεωλογικόσ Χρόνοσ μελϋτη τησ Παλαιοοικολογύασ Οι κοινότητεσ αλλϊζουν με το χρόνο Εξελικτικϋσ διεργαςύεσ Κλιματικϋσ αλλαγϋσ Δημιουργύα και μετακύνηςη ξηρϊσ, λιμνών και ωκεανών Σημερινό εποχό (δεκαετύεσ ϋωσ ημϋρεσ) Αβιοτικού και βιοτικού παρϊγοντεσ