Biodiverzita s •informovat o hlavních typech diverzity, •seznámit se základními informacemi o metodách výzkumu biodiverzity a obecných rysech, •zabývat se kontextem a vybranými konsekventními aspekty. VM "-- ~* .. ' n - -v: ■- ..t ^UÉ»^ . t. $£•■« * ■ *0 ? ^: Biodiverzita „Recognizing and conserving the world's biological resources are becoming increasingly important. To conserve biodiversity we must understand why species richness varies widely across the face of the Earth. Why do some communities contain more species than others? Are there patterns or gradients in this biodiversity? If so, what are the reasons for these patterns?" ESSENTIALS OF ECOLOGY i u u Townsend (2005): Essentials in Ecology Jaké druhy (a kolik?) organismu žijí v daném časoprostoru? Proč „někde" více druhů? Existují základní rysy - gradienty, obecné zákonitosti (prostorové, časové)? Biodiverzita 10,000 1,000 Biodiversity ........ Biological diversity ~—&------ Ecological diversity .....O.....o».-0"*""^" ,.A.„. ,..*—-*-"*-— 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 The number of papers per annum (between 1986 and 2001) that mention "biodiversity/' "biological diversity/' or "ecological diversity" in their titles, abstracts, or keywords. Note log scale on y axis. I Data from Web of Science (http:/ywos.mimas.ac.uk/).) ,cal Diversity Edward O. Wilson* „Rozmanitost života". Rozmanitost na všech biologických úrovních od genetických variant patřících ke stejnému druhu pres skupiny druhů až po vyšší taxonomicke skupiny, zahrnuje rozmanitost ekosystémů, která v sobě obsahuje společenstva organismů v určitém prostředí i fyzikální podmínky ve kterých žijí" (geny, organismy -v rámci pohlaví, druhy, typy prostředí ap.) Biodiverzita ■m World Wildlife Fund (Světový fond pro ochranu přírody): biodiverzita je bohatství života na Zemi, milióny rostlin, živočichů a mikroorganismů, včetně genů, které obsahují, a složité ekosystémy, které vytvářejíc V ekologické praxi preferována Ďiverzita vyjádřením bohatosti, vzácnosti, běžnosti. Seznam druhů - neodpovídá plnohodnotně na otázku pestrosti společenstva. V ekologické praxi preferována matem •taxonomie diversity = vyšší taxony •functional diversity = hodnotí bohatost funkčních charakteristik, tzn, trof ických řetězců, klíčových druhů, gild ap. •taxonomie diversity = vyšší taxony (plocha řádů vs. plocha s 5 druhy brouků téhož rodu) Nejvyšší taxon. Biodiverz i ta •functional diversity = hodnotí bohatost funkčních charakteristik, tzn. trofických řetězců, klíčových druhů, gild... Blue whale Right whale Ccpyťirjnrl Ulttt MCufftfrifiril GöflipMMA, lrtt ftMITlUMŮfl ItVifHnf MfMM3üCU4n WalfpUfp". sou r m whale Humpback whale Sei and fin / whales / Other , toothed whales Lee pard seal -■- Herbivorous zooplankton Phy topia nkton and phorosyntrtetic prokaryotes King and emperor ' t ^ L penguins j Ross end ''lur seals Weddei seal Inorganic Crustai -v. .■ Krill .- E c h i node | Albatrosses L and petrels rrriata \\f S Mollusca Octopus The Antarctic web of life jcea mv"v nutrients Sunlight \ \\ // \ >J S Other bottom-d welling «ntmals Decomposers (mainly prokaryotes) Detritus—organic waste and dead organisms ' ntnn ISS Arwťhä food wclř f« üb smth-ai AÜbbüc (TtpHari wim permifsUjft *ram UvifK {«Sal). Společenstva Společenstvo (community), biocenóza: soubor populací různých druhů, které se společně vyskytují v prostoru a case. Historickým vývojem vzniklý, heterotypický soubor mikroorganismů, hub, rostlin a živočichů vzájemně provázaných a rozmnožujících se v určitém abiotickém prostoru (biotopu), který obývají. taxocenóza (assemblage) •cech = gilda (guild): skupina druhů využívající podobné zdroje podobným způsobem *^«ĺ 11E - \ ^ WěěSv 'W* y s k m Biogeografie společenstvo lokální gilda ensembles assemblages taxon Fylogeneze e ^3 ^^M vw ^t vw vw 4^ Druhová diverzita (biodiverzita) •druhová pestrost: počet druhu ve sledovaném společenstvu •vyrovnanost (ckvitabilita) společenstva: poměrné rozdělení jedinců do druhů Community 1 A: 25% B:25% C: 25% D: 25% Community 2 A: 80% B: 5% C: 5% D: 10% Druhová diverzita (biodiverzita) 40- -Q E U) a> ô 30 0) a. » 20- 10- 0 ¥ 1 Rare species -Ti-, *$%&*£*■ Common species m__an. nu 10 20 30 40 Number of individuals represented in sample CopyríghťS) Pearson Education, Inc.. publishing as Benjamin Cummings. Druhová diverzita: I *P°čet druhu ve sledovaném společenstvu PrestnoVG I 'vyrovnanost (ekvitabilita) společenstva křivka počet druhu s odpovídající abundanci 50 A - počet jedinců jednotlivých druhů B - log2 tohoto počtu C - cislo ol vyjádřené jako střední hodnota mezi horní a dolní posunuté (standard i zo váné) měřítko oktáv Asi 50 druhů má abundanci 4-8 jedinců, 26 druhů má abundanci 64-128 jedinců a jen několik druhů je s abundanci vyšší než 1000 jedinců o D 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Log2 (Number of individuals per species) —\---------1----------1----------h- H----------1----------1----------f- 4 5 6 7 8 9 Midpoint of octave 10 11 12 13 -Í ■f -r -2-10123456789 Octave with model value equal to zero, R 10 Biodiverzita: typy •a) lokální - v rámci jednoho typu prostředí •b) krajiny - souboru prostředí, tvořícího krajinu •c) regionální - velké geografické oblasti, svou velikostí srovnatelné s velikostí areálu rozšíření jedn. druhů •d) globální, tj. na úrovni celoplanetární. (r\er\\ ostrý přechod) alfa-diverzita - lokální diverzita, diverzita jednoho T* J-V stanoviště beta - diverzita - krajinná diverzita (je dána různými typy prostředí), diverzita jednotlivých stanovišť gama - diverzita - regionální diverzita r Lokální biodiverzita Obecné principy: vnitřní parametry společenstev • mezidruhovákonkurence (negativní - princip konkurenčního vyloučení) •predace (negativní za vysokých hodnot, pozitivní za středních hodnot) •disturbance (negativní za vysokých hodnot, pozitivní za Středních hodnot). Rozdíly: stres (nezabíjí, působí plošně, dá se s ním evolučně vypořádat), disturbance (zabíjí, posouvá populační hustoty, dá se s ní evolučně vypořádat) a katastrofy (zabíjejí, často působí plošně, jsou vzácné, druhy na ně nejsou evolučně přizpůsobené). • produktivita - exist, optimální střední produktivita společenstva, při které je druhová bohatost maximální (louka, po hnojení - dom. jen několik málo konkurenčně zdatných druhů) • heterogenita prostředí'- diverzita stanovišť umožňuje vyhnout se předáci, konkurenci, disturbancím ap.) Lokální biodiverzita Obecné principy: vnější parametry společenstev •ovlivnění celkovou regionální' diver žitou • vliv ostrovních efektů Equilibrium number-A Number of species on island Small island-» »Large island Number of species on island---------* Far island :ÜF Near island Number of species on island (a) Immigration and extinction rates (b) Effect of island size (c) Effect of distance from mainland Copyright'S Pearson Education, Inc.. publishing as Benjamin Gummings. Biodiverzita krajiny Biodiverzitu krajiny ovlivňuje (obecné principy): a) lokální diverzita b)diverzita jednotlivých typu prostředí a rozdíly mezi nimi - heterogenita a mozaikovitost prostředí (heterogenity, patchness). Základem mozaikoví tost i je prostorová různorodost abiotických parametru prostředí (geologický substrát, mikroklimatické poměry odvozené z reliéfu krajiny, nadmořská výška, expozice vůči slunci ap.) a režim fungování jednotlivých společenstev (nebo lokální disturbance). Biota může jak smazávat rozdíly (iniciální stádia sukcese), tak je zvýrazňovat (horní hranice lesa, klimatické podmínky, které se mění na několika metrech). Heterogenita může být někdy dána pouze biotickými vlivy s velkou rolí náhody. Regionální diverzita Určena dynamikou vzniku a zániku druhu a jejich stanovišť. Funguje v evolučním čase. Již se projevují fenomény specíace a vymíráni (podle dominance jednoho z jevů, regionální diverzita bud* roste, nebo klesá. Biodiverzita: typy alfa-diverzita- lokální diverzita, diverzita jednoho stanoviště, v lokálních měřítcích; srovnáváme tytéž biotopy různých zeměpisných oblastí atd. beta-diverzita- krajinná diverzita (je dána různými typy prostředí), rozdílnost v lokálních diverzitách mezi (nejméně dvěmi) stanovišti, míra změn alfa-diverzity podél gradientu prostředí či zeměpisného gradientu. gama-diverzita - regionální diverzita, všechny druhy regionu (region zpravidla vymezen přirozenými hranicemi pro disperzi druhu: pohoří, moře ad.) Výpočty diverzity ß = y/a y = a x ß Biodiverzita: typy a (prum.) y = a x ß ß = y/a 1 6 1 1 7 1 1,2 4 1 1 10 1 2,5 3 1 1 9 1 3,0 Biodiverzita: typy Wpkákóakftŕafäämjitiŕa lokxHáínätíáfcrižďa Výzk&áti&ftD^iwmtto dJiraarzittn Vyšší ^nrnz7^M^Z27/ín--n^äjnmíÍTÍ í ctívearatta M D • ■ p^ ^^^ ^. • r * Dill ^ L Biodiverzita: typy High alpha, Low beta 100 200 300 400 Environmental Gradient 500 600 12 Low alpha, High beta 100 200 300 400 Environmental Gradient 500 600 Biodiverzita: typy Rc-gion K Region T Biodiverzita: obecné principy a zákonitosti Základem krajinné a regionální divezity je mozaikovitost, která primárně odráží různorodost abiotických parametrů prostředí (mikroklimatické parametry, geologický substrát, expozice apod.). disturbance negativní za vysokých hodnot, pozitivní za středních hodnot Disturbance narušovaní, znepokojovaní, poškozování, destrukce; odstranění organismů prostor pro kolonizaci nových. Disturbance V*. . M < ' Tttid ' r Sfl -I! .■:. 1 1 1 I I I pozary.. m«ř P" fjt /fwt r^Y ":■ » '* ■ ■ iff l&L ^E !c^K^_^^^^h Í^ÄEÍ »■ -1^ ^^"^E^ '3ť . * *■ t, ' Pr "^MT-r "^ P ^ ■ tf*k / y mM » T k ■ I £&* E 'ď 1 .IP i 1» * »í- .V. Jít ■f£.% ŕ j» r ! t .mí 'ŤÄ^ss m wíä jt ' rv-^L ii-.-K J£ %* Í^^OS» ■l*-" . ...pozary. Disturbance K r- i 'ft i lil ■ h f I ľ1 V ill;" /" i, -tvili'i L ml ía -|i ŕ ť wě iHÁ Ui I ■ HB ■-. Hl/ B HU R I k* K£I ;*§e r;. k—-.-* ■ ':!,• i-. 5-í-; Disturbance vulkanická činnost... «ft ti !&'%*< «*5t*Vi. • ■ ^ Záplavová oblast, povodně \*^— Valley wall Floodpiaín Coarse sediments Fine sediments I Disturbance / Fioodplajn - / A / Natural Disturbance seŠlap... stavby, urbanizace Disturbance Velkd kotlina v NPR Praděd: subalpínské listnaté kroviny (Salic ion silesiaceae, denostyliorí) Nepřítomnost kosodřeviny v původní vegetaci je jedním z důvodů nesmírného druhového bohatství, z Velké kotliny se uvádí na 450 druhů vyšších rostlin (zvonek vousatý, hořce, Česnek sibiřský), je to nejbohatší botanická lokalita v České republice. ...ale také s nejčastějšími lavinami... Významným jevem jsou anemoorograf ické systémy, které se výrazně uplatnily při vzniku ledovcových karů a jejich floristické bohatosti. Disturbance High ------>- Frequency of disturbance ------>~ Low High ------>- Frequency of population reduction------>~ Low Short------>- Time after disturbance ------>- Long Large------>- Size of disturbance ------>- Small Disturbance & u u SO 0 5r F I R The three classes are frequently disturbed Sousa, 1979 {b} Relationship between insect species richness and intensity of ( disturbance: 54 stream sites, Taieri River, New Zealand. j 0 20 40 60 Ů0 Intensity of disturbance (mean percentage of bed moved) Townsend et al., 1997 The phytoplankton communities were highest at intermediate | (c) frequencies of disturbance in controlled field experiments in Lake Plußsee (North Germany), und., undisturbed. 3.0 i- 2.5h 1 C £ 2.0r- _ m a 1.5- 1.0- 60 i- v\ h-^y^ 10 und. 2 Disturbance interval (d) Flödder & Sommer, 1999 Disturbance Disturbance ..jako účinný nástroj ochrany přírody. *T* 3 4 ,-t U Disturbance při kosení lučních společenstev - narušují se „obyčejné" trávní porosty, zachraňují orchideje a další. Zachování luk v dané oblasti Disturbance ..jako účinný nástroj ochrany přírody. , '~iw Disturbance .jako účinný nástroj ochrany přírody. Použití vojenské techniky isTono Tri ops cancriformis Bíodíverzíta: obecné principy a zákonitosti Oblast s větši rozlohou hosti více druhu 1. na větší ploše druhy dosahují větších populačních hustot a tak je pravděpodobnost vymření menší 2. ve velkých areálech je větší pravděpodobnost alopatrické speciace Island size, km sq. - 5 8 Fnigivorous Caribbean island birds. □ □ □ □ " D □ D n n n 1 1 ■Er u ca o ■j z = slope y \*-/ i"g ÖHood 92°W 91 "W 90»W Copyright-Ö Pearson Education. Inc.. publishing as Benjamin Cummngs. Oblast s větší rozlohou hostí více druhů {a) 301 CD Í 301 % 15 k_ CD JZJ E 101 ZI The plants, Bahamas (Morrison, 1997) + + 4 *■ ** * The birds, Florida (Hoyer & Canfield, 1994) 100 10 i* i *i.....i* * i*.......i_____i___.......i 100 1 _L _L _L 1.000 Log area(rrr) 10.000 0.01 0.1 1.0 10.0 Lake surface area (km2) The bats, Mexico (o) (Brunet & Medellín, 2001) The fish, Australian desert {d} (Kodric-Brown & Brown, 1993) Log area (m£) 10 100 1,000 10,000 100,000 Area of source pool (m2) Biodiverzita: obecné principy a zákonitosti různé taxonomícke skupiny jsou druhově různě bohaté druhy s krátkou generační dobou a lepší schopností šíření a lepší schopností využívání zdrojů jsou druhově rozrSzněnější (hmyz) 12 3 * ^ /=> různé taxony jsou různě významné vzhledem k ostatním, tj. druhové diverzitě společenstva Klíčové druhy! Klíčové druhy Paine (1966): ...aktivita klíčových druhů „nepřiměřeně" ovlivňuje charakter druhové diverzity daného společenstva... ...důraz na úlohu v potravním řetězci... Paineovo experimentální zjištění: odstranění karnivorní mořské hvězdice (Pisaster ochraceus)\ „nepřiměřené" ovlivnění diverzity... o 20-o o /With Pisast&r (control) r of s esen i i W itho lit F *isat ster (experimental) O Q. ,V E r_ 3 5 n U 1 1 E E E 1 1 1 1 1 I 1963'64 '65 '66 '67 '68 '69 70 '71 '72 '73 Paine (1966): ...aktivita klíčových druhů ..nepřiměřeně" ovlivňuje charakter druhové diveřzity daného společenstva Paineovo experimentální zjištění: odstranění karnivorní mořské hvězdice (Pisaster ochraceus)\ ..nepřiměřené" ovlivnění diveřzity... : '::*:-čä :'i" ®m •Význam přo strukturu a dynamiku společenstva mnohem větší, než by odpovídalo jejich početnosti: základní kořist, predátoři, konkurenti, opylovači, hostitelé, mutualisté, roznášecí diaspor rostlin; ekosystémoví stavitelé, člověk... Piaster (starfish) Chitone Li m pots Mytikss Acorn Mitglla 2 spp. 2 spp. (bivalve) barnacles (goose 18P. 3 spp. barnacle) Klíčové druhy vs. dominanty Klíčové druhy (např. vlci, netopýři, fíkovníky, infekční organismy) Dominantní druhy (např. lesní stromy, vysoká zvěř, trávy, chaluhy) Vzácné druhy (např. motýli, mechorosty, plané rostoucí rostliny) «^SíljL Běžné druhy s malým vlivem (např. stromy v podrostu, křoviny, hospodářsky nevýznamné trávy) Proporcionální blomasa druhů -■"■■'--■--■--■■■^■■-.----- ■■..-, ■■■ Í3$ u. & 0 )pi< #3 ..............»w.iiv;';^"r" M B Dlanktonky •^#■-5$ ^2==^ ip PF FF Biodiverzita: obecné principy a zákonitosti malé organismy jsou druhově početnější Převažují druhy s menšími tělesnými rozměry (1) struktura stanoviště - malé druhy nalézají více heterogení prostředí s podstatně větším množstvím nik (2) energetické vysvětlení - malé druhy spotřebují méně energie na přežití a při stejném přísunu energie malé populace dosáhnou větších populačních hustot Pravidlo energetické ekvivalence: malých organismů (savců, ptáků) je v prostoru (na Zemi) více než velkých, oč více spotřebují větší živočichové energie, o to jsou méně početní. Pro menší jedince je k dispozici relativně více energie. Ostrovní pravidlo (Foster 1964): Na ostrovech se v proběhu evoluce velmi malí živočichové zvětšují a velcí zmenšují; změny vedou k optimální velikosti (savci, ptáci). Biodiverzita: obecné principy a zákonitosti Vyšší produktivita = vyšší biodiverzita u •c 1 I í«) 1*30 — 120- 80- 40- zrf 1 ft □ D n m D Sp D* D D D DD D D □ □ □ B SB CQj mvš*& UPn _ I?" nü D B °n -d ii____L J_ _L 6O0 1200 1600 PET (mm year-1) (I» 160 - 120 - 60 - 40 - ^ D JU íl Wc On no to ďi £ oa *" ■J-ř PH -3D D n D D _L _L 300 600 900 AETfmrnygar-1) Flgirel0.4 Species richness, of ľrecs in North America north of ihe Mexican border (in which The tonNnenl has been divided i nlo 336 quadrats following lines of latitude and lonqilude) in relation to (a) potenlial erapotranspiralion (PET), and [b] actual evapotrünspiration [AET]. The relationship with AET is strongesl. (After Currie & Pnquin, 1997; Currie, 1991. J ...různé taxony na reagují na rozdílnou P rozdílně...ale obvykle s rostoucí P roste DD, ale jen do určité míry, poté mírný pokles DD. Stanovištní struktura začne dominovat nad P, uniformita - nižší DD... (a} Birds c ■s 200 J^ „, dd d d n§n n n ^^B^^d^d 100 r °S Ja aH D n*nu J*^Ä 50 □ 7^5 -°ÍeSF tgn 1 1 1 I i i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 500 1000 1500 2000 S (c}Amphfcians CD °- 50 - 10 -5 - 1 -0 H. 00315" ........n _l___I___I___I___I___I___I___I___I___I___I___I___L _L 90- 50- 10 ■j^Sta cPr □ d H" 3hdg j___i___i___i_ 500 1000 1500 2000 {d} Reptiles 500 1000 1500 2000 500 1000 1500 2000 Potential evapotranapiration (mm year-1 j ...různé taxony na reagují ne Obvykle s rostoucí P roste Stanovištní struktura začne (a) Poltern? of speties richness of seed-eating rodents (Iriangles) and nnls (circles) inhabiting inndy soils in a geographic gradient of precipitation and productivity. (After Brown Ä Davidson, 1977.) (b) Sperles richness of woody species in severní Malaysinn rain forests plolfed agninsl an indexof phosphorus (P) and potassium (K) contentmtion.jAfterTihnn. 1992.) (c) Species richness of desert rodenls in Israel plotted against rainfall. (After Ahrnrnskyíi Kosenzweig,. 199J.) (d) Percentage of published sludies on plains and animals showing vnrious patterns of relationship between speties richness and productivity. (After Mitlelboth et ni., 2001.) M o E E 8 "B i E 7 e 4 3 2 I (c) o k- a o i rozdílnou P rozdílně... DD, ale jen do určité míry, poté mírný pokles DD. i dominovat nad P, uniformita - nižší DD. (b) Ants: f = 0.93 P < 0.01 Rod9nts:r=0.a7 P < 0.01 ______I___________I 100 200 300 Mgan annual precipitation (mm) 60 120 160 240 300 3Ě0 420 460 540 600 660 Rainfall (mm) 65 Biodiverzita: obecné principy a zákonitosti diverzita se směrem od rovníku k pólům snižuje Tato zákonitost platí pro většinu organismů (ale na obou polokoulích nesymetricky)! -^ 1 Latitude 70 G 20 40 60 SO Nmnb** ol spéci« UMude Ek 13 r .^ las 8& IDS 123 •■■ ■■ ■___i___■■■■■'■■■ _i_i 0 tt 40 fiO Mumbflr aí species 0 20 40 SO BO IM 120 Hg. 4.1. Disease awav from the tropics in species numbers of swallowtail LiuKerflies Exetipliliesi a very common biogeograpliit pat;arn. . - ■'3a«t. k í -v-';-. Index přirozenosti a výška n.m. Počet drahú avýškan.m. ŕJVrifcŕďŕ^^V'-■ ■ ■ ■•:■■■ ■ ■. ■•-.■■ liíIÉHPÄiau^^i"^ 000 ' 1200 1400 Výška (m n.m.) ' : . - íí- ŕŕ'j-'f-y-ŕ;;'*- " 'v ■ || , 1 |; /' ' ^l'feni.)t^^ff' ľ#few - ."*-; Y-.1 ■-'■■. í 'MV: ■-..-. ■■■.■'•. :ííj.- **' ■.tilSXSMMiB^^ite.írtäK:'.'::■.■■ . '■ ■' ■"■'■. ■ ■___,____, ■ i^aa .%*~ Vztah indexu přirozenosti a počtu druhů ke stáří stanoviště t/3 O fi CD N O • ^H Oh CD = -0,2063x+7,9705 20 25 počet druhů