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
Summit v 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 biodiversitě/
(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 biodiversity, 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 biodiversity, 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 nivní půdě (aluviálním
inceptisolu) v Portoriku.
J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita?
Zdroj: Pižl (2002): Žížaly České republiky. Sborník Přírodovědného
klubu v Uherském Hradišti, Suppl. 9.
endogeické
žížalyanektické
žížaly
epigeické
žížaly
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
J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita?
Zdroj: Primack, Kindlmann, Jersáková (2001): Biologie ochrany přírody. Portál, Praha.
Označovat prostý počet druhů za „index biodiverzity“ je samozřejmě velice zjednodušený pohled, v málo rozvinutých
zemích, resp. tropických oblastech, ale často podrobnější informace nemáme k dispozici.
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?
Pokud jde o posuzování ochranářské hodnoty menších území, jsou v Evropě z bezobratlých suchozemských stanovišť
často využíváni střevlíkovití brouci, jejich odchyt je prováděn pomocí zemních (padacích) pastí. Ve studii založené na
odchytu do zemních pastí na 18 typech stanovišť (graf výše), nebyly ani počty druhů uvedených na červeném seznamu
ani počty stenotopních druhů (tj. s vyhraněnými, úzkými nároky na stanoviště) signifikantně korelovány s průměrnými
počty druhů na daném typu stanoviště.
J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita?
Ve studii výše nebyla nalezena signifikantní korelace mezi počty druhů (z mnoha zahrnutých skupin členovců – viz
popisek výše) uvedených na červeném seznamu a celkovým počtem členovců odchycených pomocí letových pastí,
zemních pastí a žlutých misek na totožných 51 lokalitách – zemědělských plochách a lesních okrajích.
J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita?
Ve studii (viz přecházející snímek) byla nalezena vynikající korelace druhů akuleátních blanokřídlých (včely, vosy,
mravenci) s celkovým počtem druhů všech studovaných skupin členovců na 51 lokalitách.
Za hromadné vymírání je považována
ztráta ¾ všech druhů žijících v daném
období na Zemi během relativně krátkého
časového období (v geol. měřítku),
tj. za méně než 2,8 milionů let.
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 (graf vpravo uvádí začátek křídy,
tj. 145 miliony let před dneškem)
J. Schlaghamerský: Ochrana přírody - co je biodiversita?
„6. (hromadné) vymírání“ (the 6th (mass) extinction)
viz např. Elisabeth Kolbert (2014) The Sixth Extinction: An Unnatural History
Zdroj: The Conversation, CC BY-ND
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.
Ohrožené a vzácné druhy nejsou totéž! Vzácné druhy jsou ale
„předurčené“ k tomu, aby se snáze staly ohrožené.
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?