Biodiversita 1.10 A. Vědci identifikovali a popsali asi 1 413 000 druhů; většinu z nich tvoří hmyz a rostliny. (Wilson, 1992) B. Odhadované množství druhů u skupin organismů s očekávaným počtem více než 100 000 druhů (obratlovci jsou zahrnuti pro srovnání); množství popsaných druhů je naznačeno šedou častí sloupců, přesnost odhadu je uvedena v šedém sloupci vpravo. Množství nepopsaných druhů může dosahovat až 10 milionů, nebo dokonce 30-150 miiionu. (Hammond, 1992) . viz další stránka protista {jednobuněčné organismy) 30 800 viry 1000 bakterie 4800 houby 69 000 řasy 26 900 Biodiversita Přesnost odhadu ■ .■■■;\i'....l.:,...'.;.: ;.■'.;'.::■■.:';...■■::>;■;.■...':...■:■ '. ,..;.^, .'i.':^.!,:;.:;,^.: .:" - -: Ľ.... :—-.-:;.; 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Počet druhú v milionech verí šontná llPStÉfllii v; .»n1 soalrá ^«iP* velmi Spatná íl» _Lé MUT .... .........Síň.. stře« "V □ nepopsané druhy g| popsané druhy 8 milionů ■>< 1.2 1.4 1.6 Biodiversita Příklad indexu druhové diversity (jejich daleko víc!): Shannon(-Wiener)ův index (často, avšak chybně Shannon-Weaverův) Nejvíce užívaný index diversity v ekologii, původ v informační teorii. Předpoklad (často opomíjený!): data získána náhodným sběrem (ve statistickém významu, tj. „random sampling"). s s H'=-Ipjlnpi Pí = říj / N * Pi = 1 i = 1 '" 1 Vyrovnanost (ekvitabilita, evenness): E'= H7 H'max H'= druhová diversita H'max = - Z 1/S Iľl 1/S = Iľl S S = celkový počet druhů p, = pravděpodobnost výskytu druhu i, tj. relativní podíl i-tého druhu na celkové počtu všech jedinců ve společenstvu, hodnoty od 0,0 do 1,0 N = celkový počet jedinců n, = počet jedinců druhu i Biodiversita Které společenstvo je rozmanitější? Druhová diversita! Viz další snímek Biodiversita Které společenstvo je rozmanitější? Druhová diversita! I L L L L ■*\ ^S ^\ ^\ ^\ N Individuals 20 N Species Shannon Index 1.39 N Individuals N Species % Vh -£*>- íTn> *^^L 20 8 Shannon Index 1.33 Shannonuv (Shannon-Wieneruv) index diversity H' Biodiversita genetická a fenetická diversita (úroveň jedince a populace) úroveň společenstva ľí'a >.v M^ ■a^ř&i"- • KM **&®m Mi diversita ekosystémů (diversita krajiny -zahrnující vícero biotopů) Biodiversita Úmluva O biologické rozmanitosti/Úmluva o biodiverzitě/ (Convention on Biological Diversity) http://www.biodiv.org Úmluva byla vystavena k podpisu v rámci UNEP na Konferenci OSN o životním prostředí a rozvoji v Rio de Janeiru v červnu 1992. ČR úmluvu podepsala v červnu 1993, v platnost pro ni vstoupila dnem 3.3.1994. Cílem úmluvy je ochrana biodiverzity, tj. rozmanitosti rostlinných a živočišných druhů, jejich genetického základu a různorodosti ekosystémů. Státy mají suverénní právo využívat své vlastní zdroje v souladu se svou ekologickou politikou, jsou však i odpovědné zajistit, aby svými aktivitami nepůsobily škody životnímu prostředí jiných států nebo území za hranicemi národní působnosti. Cíle této úmluvy, které mají být sledovány v souladu s jejími příslušnými ustanoveními, jsou ochrana biodiverzity, trvale udržitelný způsob využívání jejích složek, a spravedlivé a rovnocenné rozdělení přínosů, plynoucích z využívání genetických zdrojů, včetně odpovídajícího přístupu ke genetickým zdrojům a odpovídajícího předávání příslušných technologií při zohlednění všech práv na tyto zdroje a technologie, a včetně odpovídajících způsobů financování. Biodiversita Úmluva O biologické rozmanitosti/Úmluva o biodiverzitě/ (Convention on Biological Diversity) http://www.biodiv.org „For the purposes of this Convention: "Biological diversity" means the variability among living organisms from all sources including, inter alia, terrestrial, marine and other aquatic ecosystems and the ecological complexes of which they are part; this includes diversity within species, between species and of ecosystems." „Pro účely této úmluvy: "Biodiverzita" znamená variabilitu všech žijících organismů včetně, mezi jiným, suchozemských, mořských a jiných vodních ekosystémů a ekologických komplexů, jejichž jsou součástí; zahrnuje různorodost v rámci druhů, mezi druhy i mezi ekosystémy." Biodiversita compositional diversity behavioral diversity ■ '.s^vj ^■-í.-r^ir^-íÍT.. ■■■' center of diversity -hat sput genetic diversity / A phenotypiej diversity 1 genealogical diversity ttfosy sterna Ice _ J autecological diversity 1 **M synecobgica! diversity J ecosystem diversity -comrnunfly dmfsity =systea\s drveraJty =acatogioeí rtVereiry tulíivar extinct species endangered species threatened species Indicator species keystono species flagship species umbrella species a-dlversity p-dlversity ■y-diversity -phyiogsnetle spedos native species alien species introduced species "standard" components additional components alternative approach ( "j conceptually *■-------' related terms A-» B AisapartofB A--* B AisatypeotB —■— other relationship = synonyms quasi synonyms Fig- 1. Provisional domain tree of biodiversity based on the survey of 125 text documents in English (Kaennel, 1998). Concepts used by various authors to define biodiversity are in square boxes, related concepts in rounded boxes. Type and direction of conceptual relationships are indicated by arrows. Synonyms and quasi-synonyms are in italics. Biodiversita Funkční biodiversita Příklad: ekologické skupiny žížal epiqeické endogeické anektické ZpjEric EndDEeic Aaecic p-«n: mri H-Hri-j AbjonzoĽ E buTÍKMl C barizDĽ Fij"-1 DiuiírimmiitiĽreprcííCTAiilicin íh" (he b umow<í mudc h y the three ecol(j_nkiil jinuup L\ > > O O) Ü Klíčové druhy (napr. vlci, netopýři, fíkovníky, infekční organismy) Keystone species Vzácné druhy (např. motýli, mechorosty, pianě rostoucí rostliny)' Dominantní druhy (např. lejsní stromy, vysoká zvěř, trávy, chaluhy) Běžné druhy s malým viivem (např. stromy v podrostu, kroviny, hospodářsky nevýznamné trávy) Proporcionální biomasa druhů Biodiversita Hypotetický průběh sukcese (Begon, Harper et Townsend 1987): Začíná několika pionýrskými druhy „p" a malou diverzitou společenstva. Ta kulminuje ve středních fázích sukcese, kdy se vyskytují společně druhy pionýrské „p", střední sukcesní fáze „m" i klimaxové druhy „c". Pak diverzita opět klesá, jak klimaxové druhy vylučují ostatní a stávají se výlučnými dominantami. N K Biodiversita proměnlivé prostredí mortalita katastrofického typu r-sefekce málo proměnlivé prostředí i mortalita 2ávisi na hustotě I K-selekce K-slrategíe strategie čas Schematické znázornění vlivu r-selekce a K-selekce na populažní dynamiku (Lepš et Spitzer 1988). K - nosná kapacita prostředí N - počet jedinců Biodiversita r- a K-stratégů a jejich prostředí: r-selekce/strategie K-selekce/strategie relevantní abiotické faktory velikost populace vnitro- a mezidruhová konkurence konkurenceschopnost životní cyklus proměnlivější a/nebo hůře předvídatelné proměnlivější v čase, většinou daleko pod nosnou kapacitou prostředí různě silná, často slabá nižší tendence k rychlému vývoji, k vysokému rmax, k časné a jednorázové reprodukci (semelparii), k nízké tělesné hmotnosti, ke krátkověkosti přibližně konstantní a/nebo lépe předvídatelné relativně konstantní v čase, blíže k nosné kapacitě prostředí většinou intensivnější vyšší tendence k pomalému vývoji, k nízkému rmax, k pozdní a opakované reprodukci (iteroparii), k vysoké tělesné hmotnosti, ke vysokověkosti mortalita méně ovlivněna populační hustotou více ovlivněna populační hustotou Biodiversita (a) ■V tlumení výkyvů prostředí f ' stabünf velmi početná populace) (b) silná konkurence mezi dospělými jedinci j[ populace sleduje prostředí \ \ (slabé tlumenf) úmrtnost potomků je na hustotě nezávislá a nejistá ,f populaceTíolísá; příležitost \ \ pro novou kolonizaci / • úmrtnost dospělých jedinců je na hustotě nezávislá a nejistá Obrázek 14.12. Kauzální řetězce, které jsou pravděpodobně příčinou vzniku (a) jedinců vybraných K-selekcí v prostředích s K-selekcí, (b) jedinců vybraných r-selekcí v prostředích s r-selekcí. Ovály s nepřerušovaným obvodem označují rysy životních historií, ovály s čárkovaným obvodem vlastnosti populace, obdélníky pak faktory mortality, které na jedince působí. Typ dynamiky populace (uprostřed vpravo) vede ke konkrétnímu vzoru mortality, který zároveň působí na vyber konkrétních rysů životních historií. Dlouhý život a značná velikost jedinců vybraných K-selekcí způsobuje, že jim prostředí dokonce .připadá' méně proměnlivé. Naopak malá velikost a krátké generace jedinců vybraných r-selekcí vedou k rychlé reakci na změny prostředí. Kauzální řetězce vytvářejí uzavřený kruh; původní vlivy jsou posilovány a jsou vybírány kontrastní r- a K-strategie. (Horn, 1978) Biodiversita C - competition / konkurence S - stress / stres R - ruderal7 ruderální Význam stresu určujíc)---------------------------------malý Schéma simulující vztahy mezi schopností vegetace odolávat konkurenci, stresu a disturbanci (Grime 1981) A Strany rovnoramenného trojúhelníku odpovídají relativnímu významu konkurence {levá strana), disturbance (pravá strana) a stresu (základna trojúhelníku). V těchto třech souřadnicích jsou umístény základní bionomic-késtrategie rostlin ..- ... * (C, R, S), a strategie přechodné{C-S, Č-R, C-S-R, S-R). B Předpokládaný rozsah bionomických strategií vlastních: a - jednoletkám, b - dvouletkám, c - vytrvalým bylinám a kapradinám, d - stromům a keřům, e - lišejníkům, f - mechům (vše podle terénních výzkumů v severní Anglii). C Předpokládaný průběh sukcese: a - v prostředí s podmínkami vysoké (S,), průměrné (S2) a nízké (S3) potenciální produktivity; b - v prostředí se stoupající (S j a klesající (Ss) potenciální produktivitou. Velikost biomasy v každém sukcesním stadiu je naznačena velikostí koleček. Zastoupení druhú a životních forem v jednotlivých sukcesních stadiích odpovídá schématům A, B. Biodiversita Teorie mozaikového cyklu Normální směr cyklu v přírodním lese. Tloušťka odpovídá diversitě a faunistickómu významu. Výsek exísteníní v stejnověkém hospodářském lese fáze palouku fáze osidlován iŕskŕ '].zmíažovánr'"(ffeenri(azí"y!| ^eoptima ,fáze výběrového fáze rozpadu -.-... Biodiversita Vhodnost různých taxonomických skupin hmyzu jako indikátorů celkového druhového bohatství (jako míry biodiversity) 4 so Cíptera .. Hymfenoprterá r2 «0,93.0 JCäŕäfy«; + 1500 Celkový počet druhů na studované lokalitě Biodiversita u - o : Carabidae 8 o Stenotopic species + Red list species i + i 6 + ■ O j o 4-2 0- + O + e + ------e— + i o +i + —e—&——i--------píqjchd -----e—, e oo ■ ------------------©—1 10 12 14 16 18 Mean species number per habitat type 20 Fig. 4. Neither red list carabid species nor stenotopic carabid species are correlated significantly with the average number of carabid species collected in 18 types of habitats using pitfall traps. Data from Foster et al. (1997). Biodiversita P. Duelli> M.K. Obrist/Agriculture, Ecosystems and Environment 98 (2003) 87-98 93 12 10 92 8- w o o CD Q. -t-* ■c g O. w y = 0.0119x- 0.4413 R2 = 0.2488 100 200 300 Nsp (all arthropods) 400 500 Fig. 5. No significant correlation exists between the number of red list species (from numerous arthropod taxa) and the "overall" number of arthropods collected with flight traps, pitfall traps and yellow water pans at the same 51 locations (Araneae, Coleoptera, Diplopoda, Diptera (Syrphidae only), Heteroptera, Hymenoptera (Aculeata only), Isopoda, Mecoptera, Megaloptera, Neuroptera, Raphidioptera, Thysanoptera). Data from agricultural areas (Duelli and Obrist, 1998) and forest edges (Fliickiger, 1999). Biodiversita 180 y = 0.3414x- 18.575 0 R3 = 0.8785 100 200 300 Nsp (all arthropods) 400 .- : "- ■ : 500 Fig. 6. Species numbers of aculeate Hymenoptera (bees, wasps and ants) show ^«t^^|Ä^^^^^^ species at 51 locations (for details of data sources see Fig. 5). «-}.?*m Biodiversita Rychlost yymírání ptáků a savců v padesátiletých intervalech od roku 1600. Osa y znázorňuje procento vyhynulých druhů z celkového počtu druhů známých v daných intervalech. Rychlost vymírání rostla v letech 1800 až 1950 a zdá se, že poněkud poklesla v posledních 50 letech. (Smith et al., 1993) 0.4 2000 Biodiversita / 9 \A 3 \ « 2 o c OJ >o o a, x OJ TJ c v plejtvák myšok \ \ s —o solejtvák obrovský -ô \. *©- >9!>. '• —•. 1 1945/6 49/50 59/60 69/70 roky Obrázek 16.13. Pokles počtu antarktických plejtváků, způsobený člověkem (Gulland, 1971) Biodiversita Tab. 2.2 Zaznamenané exíinkce druhů od roku 1600 do roku 1995 Taxon Počet vyhynulých druhů' Průměrný počet druhů Pevninab Ostrov' Oceán Celkem Procento vyhynulých druhů Savci 30 51 Ptáci 21 92 Plazi 1 20 Obojživelnícic 2 0 Rybyd 22 . 1 Bezobratlí0 49 48 Cévnaté rostliny9 245 139 4 0 0 0 o 1 o 85 4 000 113 9 000 21 6 300 2 4 200 23 19 100; 98 1 000 000+ 384 250 000 2,1 1,3 0,3 0,05 0,1 0,01 0,2 Zdroj; Reid & Miller, 1989; data z různých zdrojů a Mnoho dalších druhů pravděpodobně vyhynulo, aniž byly zaznamenány. b Pevnina je chápána jako oblast, jejíž plocha je větší než 1 milion km2; ostrov má naopak plochu menší. c V posledních 20 letech došlo k rapidnímu poklesu populací obojživelníků; někteří vědci se domnívají, že mnoho druhů obojživelníků je na pokraji vyhynutí nebo již vyhynulých. d Uvedené počty zastupují zejména Severní Ameriku a Havajské souostroví. • Počty pro cévnaté rostliny zahrnují jak vyhynulé druhy, tak i poddruhy a odrůdy. Biodiversita Současný odhad míry vymírání: • až 50 000 druhů ročně (David Tilman, USA), tj. jeden druh každých 20 min. • 100-10 000 x vyšší než normální („pozaďová") míra vymírání • míra vymírání se blíží té během posledního hromadného vymírání před 65 miliony let, kdy vyhynuli např. dinosauři Biodiversita Obr. 1.8 indexy biodiverzity pro tři oblasti, v každé jsou tři hory. Každé písmeno představuje populaci jednoho druhu. Některé druhy se nacházejí jen na jedné hoře, zatímco jiné druhy se nacházejí na dvou nebo třech horách. Obrázek ukazuje alfa-, beta-a gama-diverzitu pro každou z oblastí. Kdyby existovaly finanční prostředky pro ochranu pouze jedné z oblastí, měla by být vybrána oblast 2, protože obsahuje největší celkovou diverzitu. Kdyby však mohla být chráněna jen jedna hora, měla by být vybrána hora z oblasti 1, protože obsahuje největší alfa-diverzitu (lokální), tj. největší množství druhů na jednu horu. Každá hora v oblasti 3 hostí specializovanější soubor druhů než hora v jiných oblastech, jak ukazuje vyšší beta-diverzita. Obecně by proto oblast 3 měla nižší ochranářskou prioritu. alfa gama beta (průměrný počet (celkový počet (gama/alfa) druhů na jedné druhů hoře) v oblasti} 6 7 1,2 4 10 2,5 oblast 1 oblast 2 oblast 3 Biodiversita Co jsou "vzácné" druhy ? Rozšíření • Druhy s malým areálem • Druhy omezené na malý počet izolovaných stanovišť (přinejmenším v regionálním kontextu) Vazba na určité prostředí • Druhy s výskytem na jednom nebo málo typech stanovišť (přinejmenším v regionálním kontextu) Abundance (početnost jedinců, velikost populací) • Druhy, které mají pouze malé populace Neznalost biologie, ekologických nároků druhu - domnělá vzácnost! • Chybná hlášení (historická) výskytu • Nevhodná metodika sběru/pozorování/inventarizace Biodiversita Zastoupení kategorií vzácnosti při vyhodnocení 160 druhů rostlin na Britských ostrovech (na základě geografického rozšíření, vazby na stanoviště, velikosti jednotlivých populací) velikost populace areál velký malý malá vazba na typ stanoviště existují velké populace 58 spp. 6 spp. pouze malé populace 2 spp. 0 spp. výrazná vazba na typ stanoviště existují velké populace 71 spp. 14 spp. pouze malé populace 6 spp. 3 spp.