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?