Βιοποικιλότητα και διατήρηση οργανισμών: βασικές έννοιες και προοπτικές

Transcript

1 Βιοποικιλότητα και διατήρηση οργανισμών: βασικές έννοιες και προοπτικές Θεοφάνης Κωνσταντινίδης Αναπληρωτής Καθηγητής Εθνικό & Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών Τμήμα Βιολογίας

2 Τι είναι η βιοποικιλότητα; Η λέξη «βιοποικιλότητα» προκύπτει από τη σύντμηση του όρου «Βιολογική Ποικιλότητα». Σύμφωνα με τη Σύμβαση του Ρίο (1992), «ως βιολογική ποικιλότητα νοείται η ποικιλία των ζώντων οργανισμών πάσης προελεύσεως περιλαμβανομένων, μεταξύ άλλων, χερσαίων, θαλασσίων και άλλων υδατικών οικοσυστημάτων και οικολογικών συμπλεγμάτων, των οποίων αποτελούν μέρος. Περιλαμβάνεται, επίσης, η ποικιλότητα εντός των ειδών, μεταξύ των ειδών και εντός και μεταξύ των οικοσυστημάτων». Ως βιοποικιλότητα ορίζεται η ποικιλία της ζωής σε όλες τις μορφές της (φυτά, ζώα, μύκητες κ.λ.π.) και σε όλα τα επίπεδα οργάνωσής της (γονίδια, οργανισμοί, οικοσυστήματα).

3 Γενετική ποικιλότητα Εκφράζει το εύρος των κληρονομικών καταβολών ενός συγκεκριμένου είδους. Συμβαίνει επειδή τα άτομα ενός είδους ή ενός πληθυσμού εμφανίζουν μεταξύ τους γενετική διαφοροποίηση. Δηλαδή, έχουν ελαφρώς διαφορετικό DNA, διαφορετικά αλληλόμορφα ενός ή περισσοτέρων γονιδίων και συσσωρεύουν τυχαίες μεταλλάξεις. Οι μεταβολές του DNA επιδρούν στην αρμοστικότητα (fitness) ενός είδους, δηλαδή την ικανότητά του να επιβιώνει προσαρμοζόμενο και να αφήνει απογόνους. Ο ανασυνδυασμός των γονιδίων που κληρονομούνται από 2 γονείς αυξάνει την γενετική ποικιλομορφία. Η παρουσία πολυμορφικών γονιδίων (με >1 αλληλόμορφα) αυξάνουν την γενετική ποικιλότητα. Συνήθως, ως πολυμορφικό καθορίζεται ένα γονίδιο όταν η συχνότητα εμφάνισης ενός αλληλόμορφου 0.95 [ Pj = q 0.95] Η γενετική ποικιλότητα πολύ σημαντική στη διατήρηση και τη βελτίωση των ειδών.

4 Ποικιλότητα ειδών Tι είναι είδος; Μορφολογικός ορισμός και βιολογικός ορισμός. Ομάδες ατόμων με παρεμφερή χαρακτηριστικά (μορφολογικά, φυσιολογικά, βιοχημικά) που αναπαράγονται μεταξύ τους και όχι με άτομα άλλων ομάδων (που θεωρούνται διαφορετικά είδη). Πολυμορφικά (ή πολύμορφα, δηλαδή με μορφολογική ποικιλομορφία) και Κρυπτικά είδη (παρεμφερής ή ίδιος φαινότυπος αλλά με σημαντικές γενετικές διαφοροποιήσεις). Μοριακή αναγνώριση. Εντοπισμός των ειδών πριν αυτά εξαφανιστούν Ταξινομική και εργασία πεδίου. Υβριδισμός σε ορισμένες ομάδες αιτία γενετικής διάβρωσης αλλά και ειδογένεσης. Εξέλιξη των ειδών και διαφορετικές κλίμακες γενεών.

5 Μέτρηση της ποικιλότητας των ειδών α-ποικιλότητα β-ποικιλότητα γ-ποικιλότητα

6 Ποικιλότητα οικοσυστημάτων Μία βιοκοινότητα είναι το σύνολο των ειδών που ζει και αλληλεπιδρά σε μία τοποθεσία. Η βιοκοινότητα (βιοτικά χαρακτηριστικά) μαζί με το φυσικό και χημικό της περιβάλλον (αβιοτικά χαρακτηριστικά) δημιουργεί το οικοσύστημα. Στα οικοσυστήματα παρατηρούνται φυσικές και χημικές διεργασίες, μεταφορά ενέργειας, αλληλεπιδράσεις οργανισμών μεταξύ τους και με το αβιοτικό περιβάλλον, διαδοχές (βαθμιαίες μεταβολές) και αλληλεξαρτήσεις, τροφικά δίκτυα. Σε ένα οικοσύστημα μπορεί να υπάρχουν περιοριστικοί πόροι (= οποιοσδήποτε παράγοντας μπορεί να περιορίζει το μέγεθος ενός πληθυσμού), είδη- και πόροι-κλειδιά ( = έχουν δυσανάλογη επίδραση στην κοινότητα σε σχέση με το μέγεθός τους ή είναι ζωτικής σημασίας για το σύστημα), κυρίαρχα είδη (είδη πολυαριθμότερα ως προς τους ανταγωνιστές τους σε ένα σύστημα ή με μεγαλύτερη βιομάζα) και απειλούμενα είδη.

7 Παγκόσμια βιοποικιλότητα Περίπου 1,5 εκατομμύρια είδη έχουν περιγραφεί μέχρι σήμερα. Υπολογίζεται πως υπάρχουν μεταξύ των 5-12 εκατομμυρίων ειδών στη Γη, ωστόσο πρόσφατη έρευνα ανeβάζει τον αριθμό περίπου στα 2 δισεκατομμύρια είδη (Βrendan et al. 2017). Mεγάλα κενά στους Ιούς, τα Βακτήρια, τους Μύκητες, τα Φύκη, τα Έντομα. Καλή γνώση των Φυτών και των Θηλαστικών. Αριστερός δίσκος: συσχέτιση των παραδοσιακά περιγραμμένων ειδών σε κάθε ομάδα (Wilson 1992). Μεσαίος δίσκος: Yπολογισμός των Μora et al (2011). Στη Γη κυριαρχεί η ποικιλότητα των εντόμων. Δεξιός δίσκος: Υπολογισμός των Brendan et al. (2017). Στη Γη κυριαρχούν τα Βακτήρια!

8 Παγκόσμια βιοποικιλότητα Συνεχείς ανακαλύψεις νέων ειδών: Α. Μέσω της καλύτερης εξερεύνησης δυσπρόσιτων περιοχών (π.χ. βάθη ωκεανών, κόμη τροπικών δασών). Β. Μέσω καλύτερων δειγματοληψιών / καλλιεργειών. Γ. Μέσω της ανάπτυξης νέων εργαλείων ταξινόμησης όπως της τεχνολογίας DNA. Περιοχές με υψηλή βιοποικιλότητα χαρακτηρίζονται συχνά ως hot spots και εμφανίζουν ανομοιογενή κατανομή στον πλανήτη.

9 Παγκόσμια βιοποικιλότητα hot spots Ως hot spots έχουν χαρακτηριστεί περιοχές που: Α. Διαθέτουν τουλάχιστον ενδημικά είδη αγγειωδών φυτών ως ενδημικά τα είδη αυτά δεν υπάρχουν αλλού στη Γη. Β. Ένα σημαντικό τμήμα της πρωτογενούς τους βλάστησης (70% ή περισσότερο) έχει καταστραφεί συνεπώς η βλάστηση απειλείται. Οι περιοχές που χαρακτηρίζονται ως hot spots διαθέτουν το 60% της φυτικής και ζωικής ποικιλότητας ή περισσότερο καθώς και υψηλό αριθμό ενδημικών ειδών, ποσοστό δυσανάλογο της έκτασης που καλύπτουν.

10 Κατανομή βιοποικιλότητας: η ανομοιογενής κατανομή των φυτικών ειδών

11 Απρόσμενες συσχετίσεις: σύγκριση των περιοχών με υψηλή βιοποικιλότητα (hot spots) με τη γλωσσική ποικιλότητα

12 Γιατί η Βιοποικιλότητα είναι σημαντική; Αξίες άμεσης χρήσης και αξίες έμμεσης χρήσης. Άμεσης χρήσης: σχετίζονται με αγαθά που συλλέγονται άμεσα από τους ανθρώπους (ξυλεία και υλικά κατασκευών, τροφή, φαρμακευτικά φυτά, αρωματικές ουσίες κλπ.) Έμμεσης χρήσης (εκπαίδευση, επιστημονική έρευνα, αναψυχή, οφέλη οικοσυστημικών υπηρεσιών ποιότητα υδάτων, επικονίαση, προστασία από διάβρωση, ρύθμιση μικροκλίματος κ.ά.). Επίσης, η αξία μελλοντικής χρήσης (ποιο είναι το κόστος της διαφύλαξης για το μέλλον) και η αξία ύπαρξης / αξία μεταβίβασης (κόστος για τη διατήρηση π.χ. ενός είδους ή οικοσυστήματος και μεταβίβασής του στις επόμενες γενεές).

13 Γιατί η Βιοποικιλότητα είναι σημαντική; Tα δάση αποφέρουν προϊόντα αξίας δισεκατομμυρίων δολαρίων ετησίως. Το 25-30% των συνταγογραφούμενων φαρμάκων προέρχεται άμεσα ή έμμεσα από φυσικούς οργανισμούς (συνήθως βακτήρια, μύκητες ή φυτά). Προϊόντα οργανισμών έχουν σημαντική οικονομική, βιομηχανική ή βιολογική αξία (π.χ. πολυμεράση από βακτήρια ανθεκτικά στη θερμότητα). Οργανισμοί ή προϊόντα οργανισμών συλλέγονται σε ιδιωτικές συλλογές (π.χ. ψάρια ενυδρείου, καλλωπιστικά φυτά, μαργαριτάρια κ.ά.) Τα προϊόντα έμμεσης χρήσης και οι οικοσυστημικές υπηρεσίες είναι συχνά δύσκολο να αποτιμηθούν οικονομικά ή συχνά θεωρούνται σχεδόν αυτονόητοι φυσικοί πόροι (π.χ. καθαρός αέρας, πράσινο αναψυχής, παραγωγή καρπών από άνθη). Αλληλεπιδράσεις ειδών: δημιουργία σημαντικών τροφικών πλεγμάτων και αλληλοσυσχετίσεων με επιπτώσεις στην αλιεία, την γεωργία, την ανακύκλωση θρεπτικών κ.ά. Βιοδείκτες (φυσικοί, έμβιοι δείκτες της ποιότητας του περιβάλλοντος). Αναψυχή και οικοτουρισμός.

14 Aπειλές για τη Βιοποικιλότητα Σήμερα αναγνωρίζονται 7 κύριες απειλές για τη βιοποικιλότητα: 1.Απώλεια των ενδιαιτημάτων 2.Κατακερματισμός των ενδιαιτημάτων 3.Υποβάθμιση των ενδιαιτημάτων 4.Παγκόσμια κλιματική αλλαγή 5.Υπερεκμετάλλευση των ειδών 6.Βιολογικές εισβολές 7.Εξάπλωση ασθενειών Και οι 7 απειλές σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με την αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού (αύξηση αριθμού γεννήσεων, αύξηση χρόνου ζωής, μείωση θνησιμότητας) και την ανθρώπινη δραστηριότητα. Έλεγχος του ανθρώπινου πληθυσμού προστασία της βιοποικιλότητας. κλειδί στην

15 Παγκόσμιες εξαφανίσεις Φαίνεται πως πραγματοποιήθηκαν 5 μαζικές εξαφανίσεις στη Γη. Τα αίτια που προκάλεσαν τις εξαφανίσεις δεν είναι πάντοτε γνωστά, πιθανότατα όμως όλα σχετίζονταν με το κλίμα. Τέλος της Ορδοβίκιου περιόδου ( mya) εξαφάνιση του 60-86% των ειδών. Eξαφάνιση πολλών εχινόδερμων, κοραλλιών και βρυόζων (θαλάσσιοι οργανισμοί). Όψιμη Δεβόνια περίοδος ( mya) εξαφάνιση τουλάχιστον του 70% των ειδών. Eξαφάνιση των τριλοβιτών και πολλών θαλάσσιων οργανισμών. Αναπαράσταση τριλοβιτών Τέλος της Πέρμιας περιόδου (251 mya) εξαφάνιση του 90-96% των ειδών Ο μέγας θάνατος. Εξαφάνιση πολλών ερπετών, μεταξύ άλλων. Τέλος της Τριασσικής περιόδου (200 mya) - εξαφάνιση του 80% των ειδών. Εξαφάνιση μεγάλων αμφιβίων. Tέλος της Κρητιδικής περιόδου (66 mya) - εξαφάνιση του 76% των ειδών. Εξαφάνιση των αμμωνιτών, εξαφάνιση όλων των δεινοσαύρων που δεν διέθεταν πτητικές ικανότητες. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν πως διανύουμε την 6η περίοδο μαζικών εξαφανίσεων τη μόνη που οφείλεται σε έναν κυρίαρχο οργανισμό. Αναπαράσταση αμμωνίτη

16 H έννοια της εξαφάνισης στα είδη Eξαφανισμένο είδος (extinct) ΕX Eξαφανισμένο σε άγρια κατάσταση (extinct) ΕW Eξαφανισμένο σε τοπικό επίπεδο Oικολογικά εξαφανισμένο (= μεγέθη τόσο μικρά που δεν έχουν σημαντική οικολογική επίδραση στην βιοκοινότητα) Κινδυνεύον (διάφορες κατηγορίες, σημαντική η συμβολή της IUCN) Ρυθμοί εξαφάνισης (π.χ. 1 είδος ανά δεκαετία) Ζωντανά νεκρά είδη (= είδη που η εξαφάνισή τους θεωρείται αναπόφευκτη) Χρέος εξαφάνισης (= η απώλεια ενός ή περισσοτέρων ειδών εξαιτίας της δράσης σημαντικού παράγοντα ή παραγόντων π.χ. η απώλεια του ενδιαιτήματος)

17 Ρυθμοί εξαφάνισης σε ειδικά περιβάλλοντα Καλύτερες παρατηρήσεις (και περισσότερα δεδομένα) στη χέρσο. Υδατικά οικοσυστήματα (διαφορετικοί ρυθμοί στη θάλασσα και στα υδατικά οικοσυστήματα της χέρσου). Μεγαλύτεροι ρυθμοί εξαφάνισης στα νησιά, συγκριτικά με τη χέρσο. Ποια είδη είναι περισσότερο επιρρεπή στην εξαφάνιση; Dodo (Raphus cucullatus) Εξαφανίστηκε περίπου το 1700 (νήσος Μαυρίκιου)

18 Πόσο επιρρεπή είναι τα είδη στην εξαφάνιση; ΠΟΛΥ ΕΠΙΡΡΕΠΗ Η. Είδη με δυσκολίες στη μετακίνηση, μετανάστευση, διασπορά Α. Είδη με περιορισμένη γεωγραφική εξάπλωση. Θ. Εποχικοί μετανάστες Β. Είδη με έναν ή λίγους πληθυσμούς. Ι. Είδη με μικρή γενετική ποικιλότητα Γ. Είδη με μικρό πληθυσμιακό μέγεθος. ΙΑ. Είδη με εξειδικευμένη οικοθέση Δ. Είδη με μειούμενο πληθυσμιακό μέγεθος. ΙΒ. Είδη σταθερών, αδιατάρακτων συστημάτων Ε. Είδη που υπόκεινται σε θήρευση, συλλογή ή χρήση από τον άνθρωπο. ΙΓ. Είδη που σχηματίζουν συναθροίσεις, μόνιμες ή παροδικές (φαινόμενο Allee) ΣΤ. Είδη με μεγάλο ζωτικό χώρο ΙΔ. Είδη χωρίς προηγούμενη επαφή με τον άνθρωπο Ζ. Είδη με μεγάλο μέγεθος IE. Eίδη με εξαφανισμένους ή απειλούμενους με εξαφάνιση στενούς συγγενείς Ελάχιστος βιώσιμος πληθυσμός (ΜVP) Eλάχιστη δυναμική περιοχή

19 Πόσο επιρρεπή είναι τα είδη στην εξαφάνιση; Ελάχιστος βιώσιμος πληθυσμός (ΜVP) = ελάχιστο μέγεθος ενός πληθυσμού ικανό να διασφαλίσει με μεγάλη πιθανότητα την επιβίωσή του για ένα συγκεκριμένο αριθμό ετών στο μέλλον. Eλάχιστη δυναμική περιοχή (ΜDA) = η περιοχή ενός ευνοϊκού ενδιαιτήματος που είναι απαραίτητη για την επιβίωση του ελάχιστου βιώσιμου πληθυσμού για ένα συγκεκριμένο αριθμό ετών στο μέλλον. Αποτελεσματικό μέγεθος πληθυσμού (Νe) = o αριθμός των αναπαραγωγικά ώριμων ατόμων σε έναν πληθυσμό.

20 Απώλεια γενετικής ποικιλομορφίας Εξαιτίας του φαινομένου της γενετικής παρέκκλισης, μικροί πληθυσμοί χάνουν γρήγορα την ετεροζυγωτία τους με την πάροδο των γενεών. Συνεπώς, σπάνια αλληλόμορφα μπορεί να χαθούν εντελώς σε λίγες γενεές, μειώνοντας τη γενετική ποικιλότητα. Η εισαγωγή νέων ατόμων από γειτονικούς πληθυσμούς εξισορροπεί το φαινόμενο και οι τυχαίες μεταλλάξεις μπορεί να το αντισταθμίσουν. Στον ομομεικτικό υποβιβασμό, στενά συγγενικά άτομα ενός είδους μπορεί να διασταυρωθούν εξαιτίας μικρών πληθυσμών και να μεταβιβάσουν στους απογόνους τους πανομοιότυπα αντίγραφα επιβλαβούς αλληλόμορφου. Στον ετερομεικτικό υποβιβασμό άτομα ζευγαρώνουν με συγγενικά είδη εξαιτίας πολύ μικρών πληθυσμών ατόμων του ίδιου είδους. Πιθανή η στειρότητα και η απώλεια προσαρμοστικότητας. Ωστόσο, έχει παρατηρηθεί η ευρωστία του υβριδίου. Aπώλεια εξελικτικής ευελιξίας μπορεί να παρατηρηθεί σε μικρούς πληθυσμούς εξαιτίας έλλειψης ή μικρής συχνότητας αλληλόμορφων που μπορεί να προσφέρουν προσαρμοστικότητα σε μεταβολές του περιβάλλοντος. Αποτελεσματικό μέγεθος πληθυσμού συνολικό μέγεθος πληθυσμού. Άνιση κατανομή φύλων, πληθυσμιακές διακυμάνσεις, στενωποί (bottlenecks) και το φαινόμενο του ιδρυτή (founder effect).

21 Είναι λοιπόν η διατήρηση των ειδών, των πληθυσμών και των οικοσυστημάτων μία δύσκολη υπόθεση; Τι πρέπει να γίνει;