MODULARIZACE VÝUKY EVOLUČNÍ A EKOLOGICKÉ BIOLOGIE CZ.1.07/2.2.00/15.0204 hmyz ostatní členovci měkkýši ostatní bezobratlí obratlovci rostliny houby prvoci bakterie a viry Ochrana přírody (semestrální přednáška) Co je biodiversita? doc. Dipl.-Biol. Jiří Schlaghamerský, Ph.D. Ústav botaniky a zoologie PřF MU - viz další stránka J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? hmyz ostatní členovci měkkýši ostatní bezobratlí obratlovci rostliny houby prvoci bakterie a viry Podíl jednotlivých skupin organismů na celkovém počtu cca 1,9 milionů popsaných (!) druhů (novější data oproti grafu vlevo nahoře z knihy Primack et al. 2001) Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Terry L. Erwin: odhad 30 milionů recentních druhů – na základě těchto úvah: • 1200 druhů brouků zjištěno na dřevině Luehea seemanii v Panamě • z toho 163 druhů jen na tomto druhu stromu • v tropech existuje cca 50 000 druhů stromů • brouci tvoří 40 % členovců • v stromových korunách se nachází odhadem 2x tolik druhů jako při zemi • extrapolace canopy fogging Střízlivější odhad: 6-9 milionů (hmyz!) J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? • První použití termínu „biological diversity“ (publikované v populárně-odborné knize): Raymond F. Dasmann, biolog a ochranář „A different kind of country“ (1968) • První použití termínu „biological diversity“ v odborné publikaci: Thomas Lovejoy, tropický ekolog a ochranář, v předmluvě ke knize M. E. Soulého a B. A. Wilcoxe „Conservation Biology: An Evolutionary-Ecological Perspective“ (1980) • První použití termínu „biodiversity“ snad W. G. Rosenem v r. 1985 v materiálech k připravované konferenci National Forum on Biological Diversity pořádané v r. 1986 v USA národní radou pro výzkum (National Research Council). • První použití termínu „biodiversity“ v publikaci v r. 1988 sociobiologem Edwardem O. Wilsonem ve sborníku (s názvem „Biodiversity“) z výše uvedené konference. • Další rozšíření termínu např. zásluhou knihy E. O. Wilsona (1992): The diversity of Life (česky vydáno pod názvem „Rozmanitost života“ v r. 1995). • Průnik do širšího povědomí veřejnosti, politiky apod. Úmluvou o biologické rozmanitosti (Convention on Biological Diversity) z United Nations Earth Summitv r. 1992 (Rio de Janeiro). Pojem biodiversita (biologická diversita, rozmanitost, pestrost) Thomas Lovejoy Obdobné pojmy: Natural Diversity (používán od 70. let, dnes prakticky vytlačen pojmem Bio(logical) Diversity; Natural Heritage – přírodní dědictví (širší, zahrnuje i neživou přírodu!) Edward O. Wilson Raymond F. Dasmann Foto: Jennifer McNulty Viz další snímek Které společenstvo je rozmanitější? Druhová diversita! J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Shannonův (= Shannonův-Wienerův) index diversity H’ Které společenstvo je rozmanitější? Druhová diversita! J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Příklad indexu druhové diversity (je jich daleko víc!): Shannonův(-Wienerův) index (často, avšak chybně Shannonův-Weaverův) Nejvíce užívaný index diversity v ekologii, původ v informační teorii. Předpoklad (často opomíjený!): data získána náhodným sběrem (ve statistickém významu, tj. „random sampling“). H´= - Σ pi ln pi S i = 1 pi = ni / N Σ pi = 1 S i = 1 H´= druhová diversita S = celkový počet druhů pi = 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 ni = počet jedinců druhu i Vyrovnanost (ekvitabilita, evenness): E´= H´/ H´max H´max = - Σ 1/S ln 1/S = ln S J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Součástí druhové diversity je jak druhové bohatství, tak vyrovnanost společenstva! Biodiversita genetická a fenetická diversita (úroveň jedince a populace) úroveň společenstva diversita ekosystémů (diversita krajiny – zahrnující vícero biotopů) J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Primack (1995): Naturschutzbiologie. Spektrum, Akad. Verlag, Heidelberg, Berlin, Oxford; upraveno. 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. J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? „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: “Biodiversita” znamená variabilitu všech žijících organismů včetně, mezi jinými, suchozemských, mořských a jiných vodních ekosystémů a ekologických komplexů, jejichž jsou součástí; zahrnuje různorodost v rámci druhů, mezi druhy a ekosystémů.“ Úmluva o biologické rozmanitosti (Úmluva o biodiversitě) (Convention on Biological Diversity) http://www.biodiv.org J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? compositional diversity structural diversity functional diversity J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? compositional diversity structural diversity functional diversity J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? V kterém souboru druhů je biodiversita vyšší?! Čtyři druhy brouků z čeledi střevlíkovitých (Carabidae) Tři druhy živočichů – zástupci zcela odlišných vývojových linií J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Fylogenetická diversita („taxic diversity“) Funkční biodiversita Příklad: ekologické skupiny žížal epigeické endogeické anektické Schéma rozmístění a tvaru chodeb ekologických skupin žížal jak je definoval Bouché. Struktura společenstva žížal na aktivní pastvině a přilehlém vlhkém tropickém lese na aluviálním inceptisolu v Puerto Ricu. J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Pižl (2002): Žížaly České republiky. Sborník Přírodovědného klubu v Uherském Hradišti, Suppl. 9. Početnost jedinců (abundance) u zjištěných druhů členovců Ekologický význam Význam pro ochranu druhů Nízká ochranářská hodnota? Ekologická redundantnost? J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Keystone species J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? keystone species Keystone = klenák Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. Keystone species Odstraníme-li klenák (= keystone)… …zhroutí se nám klenba! keystone species Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Druhová diversita bývá nejvyšší ve středních fázích sukcese J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Míchal (1992): Ekologická stabilita, Veronica pro Ministerstvo životního prostředí ČR, Brno J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Míchal (1992): Ekologická stabilita, Veronica pro Ministerstvo životního prostředí ČR, Brno Mezi ohroženými druhy mohou být jak k-stratégové (např. dlouhověké druhy klimaxového stádia), tak r-strategové (např. pionýrské druhy využívající přechodná stanovište, jako např. „plevele“ či druhy dočasných nivních tůní či štěrkových lavic). r-selekce/strategie K-selekce/strategie relevantní abiotické faktory proměnlivější a/nebo hůře předvídatelné přibližně konstantní a/nebo lépe předvídatelné velikost populace proměnlivější v čase, většinou daleko pod nosnou kapacitou prostředí relativně konstantní v čase, blíže k nosné kapacitě prostředí vnitro- a mezidruhová konkurence různě silná, často slabá většinou intensivnější konkurenceschopnost nižší vyšší životní cyklus tendence k rychlému vývoji, k vysokému rmax, k časné a jednorázové reprodukci (semelparii), k nízké tělesné hmotnosti, ke krátkověkosti 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 Vlastnosti r- a K-stratégů a jejich prostředí: J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Begon, Harper, Townsend (1997): Ekologie: jedinci, populace a společenstva. Vydavetelství Univerzity Palackého, Olomouc. C – competition / konkurence S – stress / stres R – ruderal / ruderální J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Míchal (1992): Ekologická stabilita, Veronica pro Ministerstvo životního prostředí ČR, Brno Teorie mozaikového cyklu - jedno z možných vysvětlení pro paradox zalesněné evropské krajiny bohaté na velké býložravce (tedy přírody neovlivněné zemědělci) J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Barth: Naturschutz: Das Machbare, Parey, Hamburg, 1995, 2. vydání; upraveno J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. Vhodnost různých taxonomických skupin hmyzu jako indikátorů celkového druhového bohatství (jako míry biodiversity) J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Duelli a Obrist (1998): In search of the best correlates for local organismal biodiversity in cultivated areas. Biodiversity and Conservation 7: 297-309; upraveno J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je 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 „6. vymírání“ („the 6th extinction“) J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha. 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 J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita? 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. Zastoupení kategorií vzácnosti při vyhodnocení 160 druhů rostlin na Britských ostrovech (na základě geografického rozšíření, vazby na stanoviště, velikosti jednotlivých populací) J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita?