Η πορεία της βιοποικιλότητας στο χρόνο

Τμήμα Δασολογίας & Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων / ΔΠΘ Η πορεία της βιοποικιλότητας στο χρόνο ΕΞΕΛΙΚΤΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ & ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ Αριστοτέλης Χ. Παπαγεωργίου

Ιδανικός πλανήτης για τη ζωή Θερμοκρασία Απόσταση από τον ήλιο Γεωθερμική ενέργεια από τον πυρήνα Η μέση θερμοκρασία κυμαίνεται 10-20 C για 3.7 δισεκατομμύρια έτη, παρά την αύξηση της ηλιακής ακτινοβολίας κατά 30-40% Νερό σε 3 καταστάσεις Μέγεθος που συγκρατεί ατμόσφαιρα Σταθερό και προσαρμόσιμο περιβάλλον Κάθε είδος εκπροσωπεί μία μακρά αλυσίδα εξέλιξης και ταυτόχρονα έχει συγκεκριμένο ρόλο σε ένα οικοσύστημα ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 2

Η εξέλιξη της ζωής Chemical Evolution (1 billion years) Formation of the earth s early crust and atmosphere Small organic molecules form in the seas Large organic molecules (biopolymers) form in the seas First protocells form in the seas Biological Evolution (3.7 billion years) Single-cell prokaryotes form in the seas Single-cell eukaryotes form in the seas Variety of multicellular organisms form, first in the seas and later on land ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 3

Biological Evolution Modern humans (Homo sapiens) appear about 2 seconds before midnight Age of reptiles Insects and amphibians invade the land Plants invade the land Age of mammals Recorded human history begins 1/4 second before midnight Origin of life (3.6 3.8 billion years ago) Fossils become abundant Fossils present but rare Evolution and expansion of life ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 4

ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 5

Πως προέκυψαν οι άνθρωποι; Η καταγωγή του ανθρώπου ΕΙΣΑΓΩΓΗ 13

Πως προέκυψαν οι ανθρώπινοι πληθυσμοί; Η καταγωγή του ανθρώπινου είδους Homo sapiens ΕΙΣΑΓΩΓΗ 14

Πως προέκυψαν οι ανθρώπινοι πληθυσμοί; Η πιθανή καταγωγή των ανθρώπινων πληθυσμών ΕΙΣΑΓΩΓΗ 15

Ανθρώπινες μεταναστεύσεις Η σημερινή διασπορά των ανθρώπινων φυλών είναι ένα συνδυασμένο αποτέλεσμα πολλών παραγόντων Σημαντική η επίδραση της μετανάστευσης Δύο σενάρια μετανάστευσης: Out of Africa Ο Homo sapiens μετανάστευσε από την Αφρική, οπότε όλες οι σημερινές φυλές έχουν κοινό πρόγονο Multiregional Hypothesis Οι σημερινές φυλές προέρχονται από ξεχωριστή εξέλιξη φυλών του Homo erectus που είχε μεταναστεύσει παλαιότερα από την Αφρική Το πρώτο σενάριο θεωρείται σήμερα πιο αποδεκτό και πιθανό Υπάρχουν πολλά αμφιλεγόμενα σημεία ΕΙΣΑΓΩΓΗ 16

Multiregional hypothesis Out of Africa Campbell Loy, Humankind Emerging, 7thed., p. 465. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 17

P.B. demenocal and C. Stringer/Nature 2016 Το σενάριο out of Africa Λέγεται και σενάριο «αντικατάστασης», όπου ο σύγχρονος άνθρωπος μεταναστεύει σε κύματα έξω από την Αφρική και αντικαθιστά τους απογόνους του Homo erectus που συναντά ΕΙΣΑΓΩΓΗ 18

Το σενάριο out of Africa Λέγεται και σενάριο «αντικατάστασης», όπου ο σύγχρονος άνθρωπος μεταναστεύει σε κύματα έξω από την Αφρική και αντικαθιστά τους απογόνους του Homo erectus που συναντά ΕΙΣΑΓΩΓΗ 19

Γενετική ποικιλότητα και μετανάστευση Η μετανάστευση αφήνει έντονο γενετικό αποτύπωμα στους πληθυσμούς, που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της προέλευσής τους Η γενετική ποικιλότητα των μη αφρικανικών πληθυσμών είναι μικρότερη, καθώς οι πληθυσμοί αυτοί προέρχονται από δείγμα αφρικανικών πληθυσμών ΕΙΣΑΓΩΓΗ 20

Alvarado-Hernandez et al. 2011 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 21

Τρόποι μελέτης της ιστορίας της βιοποικιλότητας Το αρχείο των απολιθωμάτων Οι συγκριτικές γενετικές έρευνες με μοριακούς δείκτες ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 22

Το αρχείο των απολιθωμάτων Οι γνώσεις μας σχετικά με την ιστορία της βιοποικιλότητας προέρχονται κυρίως από τα στοιχεία που μας δίνουν τα απολιθώματα ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 23

Απολιθώματα Τα απολιθώματα μπορεί να είναι οστά, μέρη οστών, αποτυπώσεις ή ολόκληρα νεκρά ζώα ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 25

Τα περισσότερα απολιθώματα βρίσκονται σε ιζηματογενή πετρώματα Τα πετρώματα αυτά σχηματίζονται κάτω από χαμηλές θερμοκρασίες, με αργό τρόπο και με χαμηλή πίεση Τα οργανικά μόρια αντικαθίστανται αργά από ανόργανα και το σώμα «απολιθώνεται» ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 26

Απολιθώματα σε διάφορα υλικά (πάγος, ρητίνες) ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 27

Χρονολόγηση των απολιθωμάτων ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 28

Έρευνες με μοριακούς δείκτες Πριν την εποχή της μοριακής βιολογίας, υπήρχε η συγκριτική ανατομία Το DNA διαφέρει ανάμεσα σε οργανισμούς διαφορετικών ειδών που ζουν σήμερα Οι διαφορές στο DNA ποσοτικοποιούνται και μπορούν να δώσουν μία μοριακή «απόσταση» ανάμεσα σε δύο είδη Με τη μέθοδο της φυλογενετικής δημιουργούνται δέντρα και σχέσεις μεταξύ των οργανισμών ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 29

Εύρεση κοινών προγόνων ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 31

Το μοριακό ρολόι Η γενετική διαφοροποίηση ανάμεσα σε αλληλουχίες DNA διαφορετικών οργανισμών είναι συνάρτηση του χρόνου Ο ρυθμός μεταλλάξεων είναι σταθερός στο χρόνο Οι αλλαγές σε μοριακό επίπεδο γίνονται μέσα από μια ισορροπία μετάλλαξης και γενετικής εκτροπής (ουδέτερη υπόθεση της εξέλιξης) Στην περίπτωση αυτή μπορούμε να πάμε πίσω στο χρόνο και να βρούμε πότε διαχωρίστηκαν δύο είδη εξελικτικά ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 33

Το μοριακό ρολόι Η μέθοδος αυτή δεν είναι απόλυτα ακριβής Πολλές υποθέσεις που είναι απλοποιημένες Δύσκολος υπολογισμός μοριακών αποστάσεων Τυχαία γεγονότα που δεν μπορούν να υπολογιστούν με ακρίβεια Μια προσέγγιση αλλά όχι μια βεβαιότητα ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 34

Αυξητική τάση βιοποικιλότητας Αριθμός οικογενειών θαλάσσιων και χερσαίων οργανισμών κατά τον παλαιοζωικό και μεσοζωικό αιώνα Benton 1995 ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 35

Τάση της βιοποικιλότητας στο χρόνο Αριθμός οικογενειών ιχθύων (a) και τετράποδων ζώων (b) στο χρόνο Benton 1985 ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 36

Τα φυτά στο αρχείο των απολιθωμάτων Αριθμός ειδών των φυτών ανά κατηγορία και εποχή εμφάνισης (Ι: πτεριδόφυτα, ΙΙ: γυμνόσπερμα, ΙΙΙ: αγγειόσπερμα ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 37

Δεν έχουν όλες οι κατηγορίες οργανισμών τον ίδιο βαθμό εξέλιξης και διαφοροποίησης (diversification) ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 38

Πόσο καιρό παραμένει ένα είδος πριν εξαφανιστεί; ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 39

Πόσο καιρό παραμένει ένα είδος πριν εξαφανιστεί; ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 40

Η βιοποικιλότητα στο χρόνο Υπάρχει μια τάση αύξησης της βιοποικιλότητας από την εμφάνιση των πρώτων οργανισμών μέχρι σήμερα, παρά το γεγονός ότι 90% των ειδών που υπήρξαν ποτέ έχουν εξαφανιστεί Η αύξηση αυτή της βιοποικιλότητας δεν υπήρξε συνεχής, αλλά ήταν μια σειρά από «εκρήξεις» και σταθερές φάσεις, με έντονη επίδραση των μαζικών εξαφανίσεων Οι μαζικές εξαφανίσεις ήταν αποτελούν ορόσημο για την πορεία της ζωής στη γη, καθώς προκάλεσαν δραματικές αλλαγές στον αριθμό των ειδών συνολικά, διέκοψαν την παρουσία στη γη ταξινομικών ομάδων και συνέβαλαν ουσιαστικά στην κυριαρχία άλλων ταξινομικών μονάδων Σε όλη τη χρονική πορεία της βιοποικιλότητας, σε κάθε χρονική στιγμή, η μέγιστη ποικιλότητα σε οργανισμούς υπάρχει μόνο σε λίγες ομάδες οργανισμών, ενώ οι περισσότερες ομάδες οργανισμών έχουν χαμηλή ποικιλότητα Ο αριθμός των ειδών που υπάρχουν ή υπήρξαν είναι άγνωστος καθώς οι μέθοδοι καταγραφής είναι ατελείς ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑ ΣΤΟ ΧΡΟΝΟ 41