Bioróżnorodność

Poziomy różnorodności

Trzy główne poziomy

• Genetyczny – zróżnicowanie genetyczne w obrębie gatunku
• Gatunkowy – liczba gatunków
• Ekosystemowy – różnorodność ekosystemów

Różnorodność funkcjonalna

Uwzględnia rolę osobnika w biocenozie, bierze pod uwagę jego powiązania pokarmowe, preferencje siedliskowe lub oddziaływania międzygatunkowe. Pozwala na określenie stopnia zastępowania się różnych gatunków na określonym terenie.

Wskaźniki różnorodności

• Liczba gatunków
• Zagęszczenie gatunków
• Wskaźnik Shannona-Wienera
• Wskaźnik Simpsona
• Wskaźnik równomierności
• Odległość taksonomiczna
• Rzadkość

Wskaźnik Shannona-Wienera

Wskaźnik Shannona-Wienera uwzględnia zarówno liczbę gatunków, jak i równomierność rozkładu liczebności między gatunkami.

gdzie:

• H' – wskaźnik Shannona-Wienera (bity lub naturalne jednostki informacji)
• S – liczba gatunków (liczebność zbiorowiska)
• p_i – udział i-tego gatunku w zbiorowisku (n_i/N)
• n_i – liczebność i-tego gatunku
• N – całkowita liczebność populacji

Wskaźnik Simpsona

Opisuje prawdopodobieństwo, że dwa losowo wybrane osobniki będą należeć do tego samego gatunku. Wyższa wartość wskaźnika oznacza większą dominację i mniejszą różnorodność.

gdzie: p_i to udział i-tego gatunku w zbiorowisku. Wartość D zawiera się między 0 i 1, gdzie 1 oznacza maksymalną różnorodność.

Wskaźnik równomierności

Mierzy, jak równomiernie są rozprowadzone osobniki między gatunkami. Istnieją dwa główne warianty:

gdzie: J to wskaźnik równomierności, zawierający się między 0 i 1.

Interaktywny kalkulator wskaźników

Odległość taksonomiczna

Odległość taksonomiczna analizuje, jak bardzo gatunki są ze sobą spokrewnione.

Dwa ekosystemy o tej samej liczbie gatunków mogą mieć bardzo różną wartość biologiczną, jeśli jedna składa się z blisko spokrewnionych form, a druga z przedstawicieli odległych linii filogenetycznych.

Rzadkość

Rzadkość występowania odnosi się do trzech niezależnych czynników:

• Zasięg geograficzny: szeroki vs. wąski
• Specyficzność siedliskowa: eurytopowy (wszechstronny) vs. stenotopowy (wybredny)
• Wielkość populacji lokalnej: duże vs. małe

Skala różnorodności

Alfa-różnorodność (α)

Różnorodność lokalna, wyraża liczbę gatunków w danym siedlisku lub stanowisku. To najczęstszy sposób określania różnorodności.

Beta-różnorodność (β)

Wyraża różnicę gatunkową pomiędzy siedliskami. Mierzy, jak bardzo różnią się społeczności gatunków w różnych siedliskach.

Gamma-różnorodność (γ)

Różnorodność regionalna – całkowita liczba gatunków zaobserwowana we wszystkich siedliskach na danym obszarze geograficznym.

Problemy określania liczby gatunków

Dlaczego liczba gatunków na Ziemi nie jest znana

• Koncepcje gatunku: Istnieje wiele definicji gatunku, co prowadzi do nieścisłości przy liczeniu
• Gatunki kryptyczne: Gatunki morfologicznie bardzo podobne, trudne do rozróżnienia bez analizy genetycznej
• Elitarność umiejętności taksonomicznych: Mało specjalistów zdolnych do identyfikacji wielu grup organizmów
• Postępująca specjacja: Powstawanie nowych gatunków trwa nieustannie
• Postępujące wymieranie: Gatunki wymierają szybciej niż je odkrywamy
• Dług wymierania: Wiele gatunków wymarło, zanim mogliśmy je poznać

Zróżnicowanie różnorodności gatunkowej w przestrzeni

Czynniki wpływające na różnorodność

• Klimat — Cieplejszy i bardziej wilgotny klimat sprzyja większej różnorodności gatunkowej, dlatego tropiki są najbogatsze w gatunki. Gradient szerokości geograficznej jest jednym z najsilniejszych wzorców w ekologii.
• Zmienność klimatu — Regiony o stabilnym klimacie pozwalają na specjalizację gatunków i koegzystencję wielu wąsko przystosowanych form. Duże wahania temperatury czy opadów eliminują gatunki stenotopowe, obniżając różnorodność.
• Rozmaitość siedlisk — Im więcej zróżnicowanych mikrosiedlisk na danym obszarze, tym więcej nisz ekologicznych dostępnych dla różnych gatunków. Mozaikowy krajobraz z lasami, łąkami, zbiornikami wodnymi i skałami utrzymuje znacznie więcej gatunków niż monotonny teren.
• Historia (czas trwania) — Ekosystemy istniejące dłużej bez większych zaburzeń miały więcej czasu na specjację i akumulację gatunków. Lasy tropikalne, stabilne od milionów lat, są znacznie bogatsze niż młode ekosystemy polodowcowe.
• Energia — Produktywność pierwotna ekosystemu wyznacza ilość dostępnej energii, a tym samym liczbę osobników i gatunków, które mogą współistnieć. Więcej energii słonecznej oznacza więcej biomasy roślinnej, a to przekłada się na dłuższe sieci troficzne.
• Konkurencja — W tropikach intensywna konkurencja międzygatunkowa wymusza specjalizację niszową, co prowadzi do podziału zasobów i współistnienia wielu gatunków. Efekt ten sprzyja różnicowaniu się gatunków i utrzymywaniu wysokiej różnorodności.
• Drapieżnictwo — Drapieżniki kontrolują liczebność gatunków dominujących, zapobiegając monopolizacji zasobów i umożliwiając przetrwanie gatunkom słabiej konkurencyjnym. Usunięcie drapieżnika często prowadzi do spadku różnorodności poprzez dominację konkurencyjną jednego gatunku.
• Zaburzenia — Zgodnie z hipotezą zaburzeń średnich, umiarkowany poziom zaburzeń (pożary, powodzie, wichury) utrzymuje najwyższą różnorodność. Zbyt niskie zaburzenia prowadzą do dominacji konkurencyjnej, a zbyt wysokie eliminują gatunki wolno regenerujące się.

Hipoteza zaburzeń średnich

Liczba gatunków osiąga maksimum przy pośrednim poziomie zaburzeń. Zarówno zbyt niskie, jak i zbyt wysokie zaburzenia zmniejszają różnorodność.

Biogeografia wysp ekologicznych

Teoria MacArthura-Wilsona wyjaśnia, jak rozmiar wyspy i odległość od lądu wpływają na liczbę gatunków.

Efekt wielkości wyspy

Fragmentacja siedlisk

Fragmentacja niekorzystnie wpływa na bioróżnorodność poprzez zmniejszenie efektywnej wielkości populacji i ograniczenie przepływu genów.

Odległość wyspy od kontynentu

Współczynnik imigracji i ekstynkcji gatunków vs. liczba gatunków

Wymieranie i przyczyny spadku różnorodności

Zwierzęta wymarłe z powodu działalności człowieka

Przez polowania i eksterminację

• Alka olbrzymia
• Dront dodo
• Gołąb wędrowny
• Wilk workowaty
• Moa olbrzymi
• Tur
• Tarpan
• Quagga — zebra półpaskowana
• Ptasznica karolińska — jedyna papuga Ameryki Płn.

Przez niszczenie siedlisk

• Tygrys balijski
• Tygrys jawajski
• Żaba złota

Przez introdukowane gatunki obce

• Ptaki Hawajów — dziesiątki gatunków wybitych przez szczury i węże
• Wróbel stefański — prawdopodobnie wytępiony przez koty
• Żółw słoniowy z Pinta

Przez nadmierne połowy (lokalnie wymarłe lub funkcjonlnie wymarłe)

• Łosoś atlantycki — lokalnie wymarły w wielu rzekach Europy
• Jesiotr europejski — funkcjonalnie wymarły, ostatnie stwierdzenia w dzikich populacjach
• Krowa morska Stellera (1768) — wytępiona przez myśliwych morskich w zaledwie 27 lat od odkrycia
• Dorsz wielki na Ławicy Wielkiej Nowofundlandzkiej — populacja zredukowana o 99%
• Rekin wielorybi — krytycznie zagrożony

Przyczyny spadku różnorodności

Spadek bioróżnorodności wynika z łańcucha przyczynowego, w którym czynniki pośrednie napędzają bezpośrednie przyczyny utraty siedlisk i gatunków:

Wpływ różnorodności na funkcjonowanie ekosystemów

Cztery teorie wyjaśniające rolę różnorodności

Czy różnorodność czyni stabilność?

Argumenty za, które zostały podważone

1. Uprawy jednogatunkowe są szczególnie podatne na inwazje szkodników
2. Ubogie w gatunki biocenozy wyspowe reagują wrażliwiej na wkraczanie nowych gatunków niż bogate gatunkowo biocenozy na stałym lądzie
3. W ubogich w gatunki biocenozach arktycznych i borealnych dochodzi do silniejszych fluktuacji zagęszczenia populacji niż w bogatych biocenozach strefy tropikalnej
4. W modelach matematycznych prostych systemów trudno osiągnąć stabilność numeryczną
5. W prostych systemach eksperymentalnych dochodzi do silnych oscylacji, a często nawet do ekstynkcji jednej lub obu populacji

Teoria wypadających nitów (The Rivet Popper Hypothesis)

Wartość bioróżnorodności

Dobra materialne

• Pożywienie
• Substancje lecznicze (zioła i leki naturalne)
• Surowce przemysłowe np. drewno i materiały budowlane, skóry zwierząt i włókna roślinne i inne
• Zasoby genowe

Usługi regulujące

• Oczyszczanie powietrza
• Regulacja klimatu
• Amortyzacja ekstremalnych zjawisk pogodowych
• Regulacja cykli hydrologicznych
• Neutralizowanie szkodliwych substancji w glebie i wodzie
• Zapobieganie erozji
• Zapylanie i kontrola biologiczna upraw

Wartości pozamaterialne

• Wrażenia estetyczne
• Rekreacja i ekoturystyka
• Doświadczenia duchowe i religijne

Podsumowanie

Dlaczego należy chronić bioróżnorodność? Bioróżnorodność jest kluczowym elementem funkcjonowania ekosystemów i gwarancją przetrwania ludzkości. Jej ochrona wymaga zrozumienia złożonych mechanizmów ekologicznych, wspiera nas w tym wiedza z zakresu ekologii i biologii ewolucyjnej.

Nieodwracalne straty: Wyginięcie gatunku jest nieodwracalną stratą ponieważ znika też kombinacja genów w nim zawarta. W związku z tym, że każdy gatunek ma swoje miejsce i funkcję w ekosystemie, wraz z jego wyginięciem ekosystem także staje się mniej stabilny.

Materiały do wykładu z bioróżnorodności

📅 2026