ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1: ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1: ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΒΙΟΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑΣ Α. Θεωρητικό υπόβαθρο Τι είναι βιοποικιλότητα; Η «βιολογική ποικιλότητα» ή «βιοποικιλότητα» αναφέρεται στην ποικιλία όλων των ζωντανών οργανισμών και των οικοσυστημάτων όπου αυτά απαντώνται. Η βιοποικιλότητα έχει τρία επίπεδα: (α) η «γενετική ποικιλότητα» αναφέρεται στη γενετική ποικιλομορφία μέσα σε ένα είδος (β) η «οργανισμική ποικιλότητα» αναφέρεται στην ποικιλία των ειδών σε μια περιοχή, και (γ) η «οικολογική ποικιλότητα» αναφέρεται στους τύπους των οικοτόπων μέσα σε μια γεωγραφική περιοχή. Γιατί είναι σημαντική η βιοποικιλότητα; Η βιοποικιλότητα είναι μια έννοια βιολογική με σημαντικό πολιτικό και κοινωνικό φορτίο. Από τις αρχές της δημιουργίας του πολιτισμού, οι άνθρωποι εξαρτώνται άμεσα από τους φυσικούς πόρους για την επιβίωση και υγεία τους αλλά και για την κοινωνικοοικονομική τους ευμάρεια. Η βιοποικιλότητα στηρίζει πολλαπλά την επιβίωση του ανθρώπινου γένους, με την παροχή αγαθών (τροφικά διαθέσιμα, ρουχισμός, καύσιμα κτλ), την παροχή οικολογικών υπηρεσιών (καθαρό νερό, κλιματολογική ρύθμιση, επικονίαση, γονιμότητα εδάφους κτλ), την παροχή φαρμάκων, τη στήριξη της βιομηχανίας, της ψυχαγωγίας και του τουρισμού, όπως επίσης και την παροχή επιστημονικής γνώσης. Η βιοποικιλότητα έχει επιπλέον εγγενή αξία. Πέρα από τα ανθρωποκεντρικά κριτήρια, κάθε είδος που υφίσταται στη Γη έχει δικαίωμα ύπαρξης, ανεξάρτητα από τη χρηστική του προς εμάς αξία. Τα είδη συνδέονται μεταξύ τους με πολύπλοκα τροφικά πλέγματα και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με τις αβιοτικές παραμέτρους του οικοσυστήματος με τρόπους που δεν είναι παρά ελάχιστα γνωστοί στην επιστήμη. Στην πραγματικότητα έχουμε μεγάλα κενά γνώσης για τη δομή και λειτουργία των βιοκοινοτήτων και οικοσυστημάτων σε παγκόσμια κλίμακα. Η απώλεια ενός είδους επομένως μπορεί να έχει ουδέτερες έως καταστροφικές συνέπειες για μια αλυσίδα άλλων αλληλεξαρτώμενων ειδών. Πόση βιοποικιλότητα είναι αρκετή; Ο εκτιμώμενος αριθμός ειδών στη Γη είναι 13,6 εκ είδη, ενώ πολλοί επιστήμονες ανεβάζουν τον αριθμό των αρτίγονων ειδών στα 100 εκ είδη. Η βιοποικιλότητα συνεχώς αυξάνεται από τότε που άρχισε η ζωή, πριν από σχεδόν 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Εντούτοις στοιχεία από απολιθώματα έχουν δείξει ότι η αύξηση της βιοποικιλότητας έχει ανασταλεί από πέντε μαζικές εξαφανίσεις ειδών. Η εξαφάνιση ειδών είναι μια φυσική εξελικτική διαδικασία, η οποία εξισορροπείται από την ειδογένεση, δηλαδή τη 1

δημιουργία νέων ειδών. Σήμερα, η Γη φιλοξενεί το μεγαλύτερο αριθμό ειδών παρά ποτέ στην ιστορία της, καθώς ο ρυθμός ειδογένεσης υπερτερούσε τα τελευταία 65 εκατομμύρια χρόνια του ρυθμού εξαφάνισης ειδών. Η αύξηση της βιοποικιλότητας δεν έχει φτάσει ποτέ στην ιστορία του Πλανήτη σε σημείο κορεσμού. Μαζική καταστροφή ή φυσική απώλεια βιοποικιλότητας; Οι επιστήμονες συμφωνούν ότι σήμερα βρισκόμαστε στην απαρχή της έκτης μαζικής εξαφάνισης ειδών και μιλούν για «κρίση βιοποικιλότητας». Ο σημερινός ρυθμός εξαφάνισης ειδών είναι έως και 1000 φορές μεγαλύτερος από τους φυσιολογικούς ρυθμούς εξαφάνισης ειδών στο παρελθόν. Ο ταχύτατος ρυθμός αύξησης του ανθρώπινου πληθυσμού, οικονομικής ανάπτυξης, κατανάλωσης και υπερεκμετάλλευσης των φυσικών πόρων, σε συνδυασμό με ανθρώπινες παρεμβάσεις όπως η καταστροφή των ενδιαιτημάτων ή η εισαγωγή ξενικών ειδών, έχουν ως αποτέλεσμα μια ίσως ανεπίστρεπτη μείωση της βιοποικιλότητας σε όλα τα επίπεδα. Ο αριθμός των ειδών αναμένεται να έχει συρρικνωθεί στο ένα τρίτο έως το έτος 2050, με απρόβλεπτες συνέπειες για τη ζωή στον Πλανήτη, και για την ίδια την επιβίωση του ανθρώπινου είδους. Η διαφορά της παρούσας μαζικής εξαφάνισης των ειδών σε σχέση με τις προηγούμενες είναι πως το γενεσιουργά της αίτια εντοπίζονται στη δράσεις ενός μόνο είδους, του Ανθρώπου. Γλωσσάριο Πληθυσμός Είδος Βιοτικοί παράγοντες Αβιοτικοί παράγοντες Βιοκοινότητα Οικοσύστημα Ενδιαίτημα/οικότοπος Ξενικό είδος Σύνολο ατόμων του ίδιου είδους που ζουν στην ίδια περιοχή Σύνολο ατόμων που μπορούν και αναπαράγονται μεταξύ τους και μόνο, δίνοντας γόνιμους απογόνους Πληθυσμών πολλών ειδών που ζουν και αλληλεπιδρούν στον ίδιο χώρο Οι παράγοντες του φυσικού περιβάλλοντος όπως ο τύπος εδάφους, η υγρασία, τα θρεπτικά υλικά, η θερμοκρασία, ποσοστό οξυγόνου κτλ Σύνολο των βιοτικών παραγόντων. Σύνολο βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων Σύνολο βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων που επικρατούν σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Ο όρος χρησιμοποιείται κυρίως σε σχέση με ένα είδος που μας ενδιαφέρει. Ο όρος «οικότοπος» είναι πιο τεχνικός και περιγράφεται συνήθως από τη βλάστηση. Είδος που δεν υπήρχε φυσιολογικά σε μια περιοχή και έχει εισαχθεί από τον άνθρωπο ηθελημένα ή μη. Τα ξενικά είδη εξαπλώνονται εις βάρος των γηγενών ειδών και αποτελούν απειλή για τις βιοκοινότητες. 2

Μέτρηση βιοποικιλότητας H α ποικιλότητα είναι ο αριθμός των ειδών σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Η β-ποικιλότητα είναι η μεταβολή της βιοποικιλότητας από μια περιοχή σε άλλη. Η γ-ποικιλότητα είναι η συνολική βιοποικιλότητα μιας ευρύτερης περιοχής (πολλές α-ποικιλότητες). Πώς όμως μετρούμε τη βιοποικιλότητα; Η εκτίμηση της βιοποικιλότητας γίνεται συνήθως με βάση τον αριθμό των ειδών σε μια περιοχή (S: Species richness). Το είδος είναι μια ενοποιητική έννοια η οποία ενσωματώνει πληροφορία και στα τρία επίπεδα της βιοποικιλότητας. Άτομα του ίδιου είδους είναι φορείς παρόμοιας γενετικής πληροφορίας λόγω της εξ ορισμού γενετικής τους απομόνωσης από άλλα είδη (γενετική ποικιλότητα). Επιπλέον, έχει βρεθεί θετική συσχέτιση αριθμού ειδών με ανώτερες ταξινομικές κατηγορίες όπως γένη, οικογένειες κτλ (οργανισμική ποικιλότητα). Τέλος, κάθε είδος καταλαμβάνει μια συγκεκριμένη οικοθέση, παραπέμποντας σε συγκεκριμένο ενδιαίτημα (οικολογική ποικιλότητα). Ο αριθμός των ειδών είναι μια σταθερή και γενικά αποδεκτή μέθοδος μέτρησης της βιοποικιλότητας, όμως «κρύβει» μια άλλη παράμετρο της βιοποικιλότητας που είναι η διαφορετική βαρύτητα του κάθε είδους. Είδη που απειλούνται με εξαφάνιση, ή είδη ενδημικά είναι προφανώς πολύ πιο σημαντικά από τα κοινά είδη, και άρα σε αυτά πρέπει να δίνεται προτεραιότητα στην προστασία τους. Εάν πολλαπλασιάσουμε κάθε είδος με ένα συντελεστή βαρύτητας, ανάλογα με το πόσο σημαντικό είναι αναφορικά με το καθεστώς προστασίας του, προκύπτει μια πιο εκλεπτυσμένη μέτρηση της βιοποικιλότητας: ο σταθμικός αριθμός των ειδών (WS: Weighted species richness) Μία άλλη παράμετρος που πρέπει να χρησιμοποιείται όταν μετρούμε τη βιοποικιλότητα είναι η ισοδιανομή. Αυτή αντανακλά κατά πόσο οι αφθονίες στα διαφορετικά είδη (αριθμός ατόμων) είναι παρόμοιες, ή εάν λίγα είδη υπερτερούν και κυριαρχούν πληθυσμιακά έναντι των υπολοίπων, γεγονός που καταδεικνύει διαταραγμένη βιοκοινότητα. Για παράδειγμα, φανταστείτε δύο βιοκοινότητες που η κάθε μια περιέχει ένα σύνολο 100 ατόμων που ανήκουν σε δύο είδη. Στην πρώτη υπάρχουν 50 άτομα του είδους Α και 50 άτομα του είδους Β. Στην δεύτερη υπάρχουν 2 άτομα του είδους Α και 98 άτομα του είδους Β. Αν η βιοποικιλότητα σήμαινε μόνο τον αριθμό των ειδών, και οι δυο βιοκοινότητες είναι το ίδιο ποικίλες. Αν όμως μετρήσουμε τη βιοποικιλότητα με πιο σωστό τρόπο συμπεριλαμβάνοντας στον αριθμό των ειδών και την έννοια της ισοδιανομής, τότε στο άνω παράδειγμα η πρώτη θα ήταν πιο πλούσια και πιο υγιής από τη δεύτερη. Για να υπολογίσουμε σωστά τη βιοποικιλότητα ενσωματώνουμε και τις δύο αυτές παραμέτρους σε ένα δείκτη. Υπάρχουν πολλοί δείκτες, ένας από αυτούς είναι ο δείκτης Simpson. 3

Δείκτης Simpson 1 Ποικιλότητα μιας = Βιοκοινότητας Αναλογική 2 Αναλογική 2 Αναλογική 2 αφθονία του +αφθονία του +... αφθονία του είδους 1 είδους 2 είδους n Η αναλογική αφθονία ενός είδους υπολογίζεται με την διαίρεση του αριθμού των ατόμων του είδους με το συνολικό αριθμό των ατόμων όλων των ειδών σε μια βιοκοινότητα. Επιπλέον, μπορούμε να συγκρίνουμε δύο περιοχές όσον αφορά στη σύνθεση των ειδών τους (βιοκοινότητες), χρησιμοποιώντας δείκτες ομοιότητας. Ο πιο απλός είναι ο δείκτης Jaccard coefficient of similarity, ο οποίος υπολογίζεται CCj = c/s, όπου c: o κοινός αριθμός ειδών μεταξύ δύο βιοκοινοτήτων και S ο συνολικός αριθμός ειδών τους. Στόχος Β. Εργαστηριακή άσκηση Σκοπός της παρούσας άσκησης είναι : Να αντιληφθείτε την έννοια της α-ποικιλότητας και να την μετρήσετε σε δύο διαφορετικά οικοσυστήματα Να χρησιμοποιήσετε για τη μέτρηση της α-ποικιλότητας διαφορετικές μεθόδους: αριθμό ειδών, σταθμικό αριθμό ειδών και δείκτη Simpson (1/D). Να αντιληφθείτε την έννοια της β-ποικιλότητας και να την μετρήσετε στα δύο οικοσυστήματα. Να αντιληφθείτε και να μετρήσετε την έννοια της γ-ποικιλότητας. Να συγκρίνετε δύο βιοκοινότητες με το δείκτη Jaccard. Επιπλέον η άσκηση αυτή θα σας βοηθήσει: Να χρησιμοποιήσετε τις γνώσεις σας (από μαθήματα προηγουμένων ετών) σε ένα νέο εφαρμοσμένο πλαίσιο έρευνας βιοποικιλότητας. Να μάθετε να βρίσκετε περιβαλλοντική πληροφορία (καθεστώς προστασίας) από την ιστοσελίδα της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Να προβληματιστείτε επί της ωφέλειας της βιοποικιλότητας 4

Έρευνα βιοποικιλότητας Μια ομάδα επιστημόνων με ειδίκευση στα Αμφίβια πραγματοποίησε δειγματοληψία στην περιοχή της Βόρειας Πίνδου, με στόχο την καταγραφή των ειδών των αμφιβίων και την αξιολόγηση των διαφορετικών περιοχών ως προς την οικολογική τους αξία, ώστε να προτείνουν περιοχές προς ένταξη σε καθεστώς προστασίας (βιογενετική ρεζέρβα). Πραγματοποιήθηκαν διαδρομές δειγματοληψίας, σημεία ακοής για την καταγραφή αναπαραγόμενων ειδών και τυχαία δειγματοληψία με τη χρήση απόχης για την εκτίμηση της σχετικής αφθονίας των ειδών. Η δειγματοληψία ήταν πλήρης και πραγματοποιήθηκε με την ίδια δειγματοληπτική ένταση σε όλες τις περιοχές. Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για δύο περιοχές από το σύνολο των 80 περιοχών που καλύφθηκαν δειγματοληπτικά. Περιοχή Δειγματοληψίας 1: Δρακόλιμνη-Ριζίνα Υψόμετρο 1800-2100 μ. Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στον ορεινό βάλτο της Ριζίνας (1800μ) και στη λίμνη Δρακόλιμνη της Τύμφης (2100μ) (Φώτο). Περιοχή Δειγματοληψίας 2: Κόνιτσα Αγροτικές καλλιέργειες. Υψόμετρο 500μ. Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε στα κανάλια των αγροτικών καλλιεργειών, στις νερολακούβες και στις παρυφές των αγρών, όπου υπήρχανε φυτοφράχτες 5

Περιοχή δειγματοληψίας 1: Δρακόλιμνη-Ριζίνα Μέτρηση α-ποικιλότητας στην περιοχή δειγματοληψίας Δρακόλιμνης-Ριζίνας αα Είδος (όνομα) n n/n (n/n) 2 1/D 1 2 3 4 5 6 Σύνολο n: αριθμός ατόμων του κάθε είδους. Ν: αριθμός ατόμων όλων των ειδών. (n/n): Αναλογική αφθονία του κάθε είδους. 1/D: δείκτης Simpson 6

Περιοχή δειγματοληψίας 2: Κόνιτσα Μέτρηση α-ποικιλότητας στην περιοχή δειγματοληψίας Kόνιτσας αα Είδος (όνομα) n n/n (n/n) 2 1/D 1 2 3 4 5 6 Σύνολο n: αριθμός ατόμων του κάθε είδους. Ν: αριθμός ατόμων όλων των ειδών. (n/n): Αναλογική αφθονία του κάθε είδους. 1/D: δείκτης Simpson 7

Ερωτήσεις 1. Συμπληρώστε τους παραπάνω δύο πίνακες μέτρησης της α- ποικιλότητας για τις δύο περιοχές δειγματοληψίας. Για να απαντήσετε, ανατρέξτε στο μάθημα «Πανίδα και διαχείρισή της» και σημειώστε τα ονόματα των ειδών με την επιστημονική τους ονομασία. 2. Ποια είναι η γ-ποικιλότητα όλης της περιοχής; 3. Ένα από αυτά τα είδη είναι προστατευόμενο κα ανήκει στο Παράρτημα ΙΙ της Οδηγίας των οικοτόπων και ειδών 92/43. Ποιο είδος είναι αυτό; Τι προβλέπει η Οδηγία για την προστασία αυτών των ειδών; Για να απαντήσετε, διαβάστε την Οδηγία 92/43 και σημειώστε ποιο από τα είδη που έχουμε ανήκει στο Παράρτημα ΙΙ. Ανατρέξτε επίσης στο σχετικό άρθρο της Οδηγίας για το τι πρέπει να κάνουμε ως χώρα για τα είδη του Παραρτήματος ΙΙ. Η Οδηγία βρίσκεται στον ιστοχώρο του μαθήματος (http://ecourse.uoi.gr/) (Αρχεία Legislation 02. Habitat _Directive.pdf) και στον ιστοχώρο της ΕΕ http://ec.europa.eu/environment/nature/legislation/habitatsdirective/index_en.htm 4. Με βάση τα παραπάνω στοιχεία συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα β- ποικιλότητας. Θεωρείστε ότι το προστατευόμενο είδος έχει τριπλάσια βαρύτητα σε σχέση με τα άλλα είδη (πολλαπλασιάζω Χ 3 για το σταθμικό αριθμό ειδών) Μέτρηση β-ποικιλότητας στις περιοχές Kόνιτσας και Ριζίνας-Δρακόλιμνης Αριθμός ειδών S Αριθμός ατόμων Ν Σταθμικός αρ. ειδών WS Δείκτης Simpson 1/D Περιοχή 1: Δρακόλιμνη-Ριζίνα Περιοχή 2: Κόνιτσα 5. Ποια περιοχή θα έπρεπε να επιλέξει η επιστημονική ομάδα για ένταξη σε καθεστώς προστασίας; Ποια παράμετρο επιλέξατε για να εκτιμήσετε τη βιοποικιλότητα και να απαντήσετε στο ερώτημα και γιατί; 6. Υπάρχει ομοιότητα στα δύο οικοσυστήματα όσον αφορά στη σύνθεση της βιοκοινότητάς τους; Απαντήστε δίνοντας ποσοστό (αριθμός κοινών ειδών/ συνολικός αριθμός ειδών). 7. Τι θα σήμαινε πρακτικά η τοπική εξαφάνιση ενός είδους αμφιβίου από τα παραπάνω; Θα έπρεπε να ανησυχήσουμε για αυτό και να λάβουμε ειδικά μέτρα ή όχι; Γιατί; 8