9.4: закономірності біорізноманіття

Біорізноманіття розподілено на планеті нерівномірно. Наприклад, озеро Вікторія в Африці (рис.\(\PageIndex{a}\)) містило майже 500 видів з сімейства риб під назвою цихліди до впровадження інвазивного нільського окуня в 1980-х і 1990-х роках викликало масове вимирання. (Зверніть увагу, що в цю кількість не входять види інших сімейств риб.) Озеро Гурон, друге за величиною Великих озер Північної Америки, містить близько 79 видів риб, всі з яких водяться в багатьох інших озерах Північної Америки. Що пояснює різницю в різноманітності між озером Вікторія та озером Гурон? Озеро Вікторія - тропічне озеро, в той час як озеро Гурон - озеро з помірним кліматом. Озеро Гурон в нинішньому вигляді налічує всього близько 7000 років, в той час як озеру Вікторія в нинішньому вигляді близько 15 000 років. Ці два фактори, широта та вік, є двома з кількох гіпотез, які біогеографи запропонували пояснити закономірності біорізноманіття на Землі.

Малюнок\(\PageIndex{a}\): Озеро Вікторія в Африці, показане на цьому супутниковому знімку, було місцем однієї з найбільш надзвичайних еволюційних знахідок на планеті, а також жертвою руйнівної втрати біорізноманіття. (кредит: модифікація роботи Рішабха Татіраджу, з використанням програмного забезпечення NASA World Wind)

Біогеографія - це вивчення поширення видів світу як в минулому, так і в сьогоденні. Робота біогеографів має вирішальне значення для розуміння нашого фізичного середовища, як навколишнє середовище впливає на види та як зміни в навколишньому середовищі впливають на поширення виду. Існує три основні підгалузі біогеографії: екологічна біогеографія, історична біогеографія (називається палеобіогеографія) та біогеографія збереження. Екологічна біогеографія вивчає сучасні чинники, що впливають на поширення рослин і тварин. Історична біогеографія, як випливає з назви, вивчає минуле поширення видів. Біогеографія збереження, з іншого боку, орієнтована на охорону та відновлення видів на основі відомої історичної та сучасної екологічної інформації.

Тропіки мають високе біорізноманіття

Однією з найстаріших спостережуваних закономірностей в екології є те, що біорізноманіття зазвичай збільшується у міру зниження широти Іншими словами, найбільше видове багатство відбувається поблизу екватора, а найнижче багатство - біля полюсів (малюнок\(\PageIndex{b}\)).

Малюнок\(\PageIndex{b}\): Ця карта ілюструє кількість видів земноводних по всьому світу і показує тенденцію до більш високого біорізноманіття на нижчих широтах. Подібна закономірність спостерігається для більшості таксономічних груп. Найбільша кількість видів, 61-144, зустрічається в амазонському регіоні Південної Америки і в деяких районах Африки. Між 21 і 60 видами зустрічаються в інших районах Південної Америки та Африки, а також на сході США та Південно-Східної Азії. Інші частини світу мають від 1 до 20 видів земноводних, причому найменша кількість видів зустрічається в північних та південних широтах.

Ще не зрозуміло, чому біорізноманіття збільшується ближче до екватора, але гіпотези включають більший вік екосистем у тропіках проти помірних регіонів, які були значною мірою позбавлені життя або різко збідніли під час останнього льодовикового періоду. Більший вік забезпечує більше часу для видоутворення, еволюційний процес створення нових видів. Іншим можливим поясненням є більша енергія, яку тропіки отримують від сонця, але вчені не змогли пояснити, як більший витрата енергії може перетворитися на більшу кількість видів. Складність тропічних екосистем може сприяти видоутворенню шляхом збільшення складності середовища проживання, забезпечуючи тим самим більше екологічних ніш (див. Розділ спільнот). Нарешті, тропіки сприймалися як більш стабільні, ніж регіони помірного клімату, які мають виражений клімат та сезонність на добу. Стабільність тропічних екосистем може сприяти видоутворенню. Незалежно від механізмів, безумовно, правда, що біорізноманіття найбільше в тропіках. Існує також велика кількість ендемічних видів.

Біорізноманіття гарячих точок

У 1988 році британський еколог Норман Майєрс розробив концепцію збереження, щоб визначити географічні райони, багаті видами та мають значний ризик втрати видів: гарячі точки біорізноманіття. Початкові критерії гарячої точки включали наявність 1500 і більше ендемічних видів рослин і 70 відсотків території, порушеної людською діяльністю. Ендемічні види зустрічаються тільки в одному місці. Наприклад, всі види цихлід, знайдені в озері Вікторія, відбувалися тільки там. Блакитна сойка є ендеміком Північної Америки, тоді як саламандра Бартон-Спрінгс ендемічна в гирлі однієї весни в Остіні, штат Техас. Ендемічні види з дуже обмеженим поширенням, такі як саламандра Бартон-Спрінгс, особливо вразливі до вимирання. Якщо популяція поширеного виду зменшується в одному регіоні, особини з іншого регіону можуть бути в змозі реколонізувати перше місце розташування, але це неможливо для ендемічних видів. Ендемічні види особливо поширені в ізольованих регіонах, таких як гірські вершини або острови. Ендемізм особливо ймовірний на островах, які є великими і далекими від материка. Визначення гарячих точок біорізноманіття допомагає зусиллям щодо збереження, свого роду збереження сортування. Захищаючи гарячі точки, уряди здатні захистити більшу кількість видів. Зараз існує 34 гарячі точки біорізноманіття (малюнок\(\PageIndex{c}\)), що містять велику кількість ендемічних видів, які включають половину ендемічних рослин Землі.

Малюнок\(\PageIndex{c}\): Міжнародна охорона природи визначила 34 гарячі точки біорізноманіття, які охоплюють лише 2,3 відсотка поверхні Землі, але мають ендемічних для них 42 відсотки наземних видів хребетних та 50 відсотків рослин у світі. Гарячі точки відтіняються червоним, фіолетовим, жовтим або помаранчевим кольором. Прикладами є Каліфорнійська флористична провінція, Тропічні Анди, Середземноморська базова, миська флористична провінція та Полінезія-Мікронезія.

Біорізноманіття гарячих точок в Південній Африці

Багате видове різноманіття зустрічається в Південній Африці. Маючи поверхню суші приблизно 148,000 км ² (близько 57 000 квадратних миль), що становить приблизно 1% загальної поверхні Землі, Південна Африка містить 10% від загальної кількості відомих у світі видів птахів, риб та рослин та 6% світових видів ссавців та рептилій.

Це природне багатство загрожує розширенням людського населення і зростаючим попитом цього місця на навколишнє середовище. Кару (малюнок\(\PageIndex{d}\)) та мис є гарячими точками біорізноманіття в Південній Африці. Південна Африка має широкий спектр кліматичних умов і безліч варіацій ландшафту, створюючи різноманітні екологічні ніші, які можуть сприяти видовому різноманітності. Ці різні ландшафти породжують біоми, які дозволяють вижити найрізноманітніше життя.

Малюнок\(\PageIndex{d}\): Карта Південної Африки, що ілюструє Кару, сухий регіон з жарким літом і холодною зимою. Зображення (WT-Shared) NJR ZA на wts вікімандрівки (CC-BY-SA).

Більше 20 300 видів квітучих рослин зустрічається в Південній Африці (рис.\(\PageIndex{e}\)). Один з шести найважливіших напрямків росту рослин у світі знаходиться в Західному Капській провінції. Більшість з 2000 видів рослин, що знаходяться під загрозою, зустрічаються в фунбосі на Південно-Західному мисі (рис.\(\PageIndex{f}\)).

Ілюстрація\(\PageIndex{e}\): Рослинність Кару в районі Віллоумор, Східний мис, ПАР. Зображення Вінфріда Брюенкена (CC-BY-SA).

Ілюстрація\(\PageIndex{f}\): Рослинність фонбоса в Західній Капській провінції, ПАР. Зображення Йоахіма Губера (CC-BY-SA).

Південна Африка є домом для 243 видів ссавців. Серед 17 видів, що знаходяться під загрозою зникнення в Південній Африці, - чорний носорог, ящериця та гігантський золотий моль. Вимерли блакитна антилопа і квагга (фігура\(\PageIndex{g}\)). З понад 800 видів птахів під загрозою знаходяться 26, серед яких пінгвін, мисовий гриф, бойовий орел (фігура\(\PageIndex{h}\)) та мисовий папуга. Всього в регіоні зустрічається 370 плазунів і земноводних, 21 з яких загрожує загроза. Шість з них знаходяться під загрозою зникнення. З 220 прісноводних риб у Південній Африці 21 знаходиться під загрозою. Тут налічується понад 2000 видів морських риб. Хоча багато видів комах залишаються невідомими, відомо, що відбувається 80 000 комах.

Малюнок\(\PageIndex{g}\): Квагга (Equus quagga quagga), нині вимерла, технічно є підвидом рівнинної зебри. Зображення Стенфорда Вудса (суспільне надбання).

Малюнок\(\PageIndex{h}\): Бойовий орел (Polemaetus bellicosus) - один із видів птахів, що знаходяться під загрозою загрози, знайдені в Південній Африці. Зображення Чарльза Дж. Шарпа (CC-BY-SA).

Модифікована Мелісою Ха з біорізноманіття та біоми з наук про життя 10 клас Сіявула (CC-BY)

Просторова та тимчасова неоднорідність сприяють біорізноманіттю

Екологічна неоднорідність відноситься до відсутності однорідності в тій чи іншій місцевості. Регіони, які є просторово неоднорідними, складаються з менших ділянок з контрастною рослинністю, наявністю води та поживних речовин, ґрунтів та гірських порід або інших особливостей. У регіонах, які тимчасово неоднорідні, умови коливаються з часом. Гетерогенність сприяє багатству видів за рахунок збільшення кількості екологічних ніш, і гетерогенні регіони, таким чином, є пріоритетами щодо збереження біорізноманіття. Деякі регіони більш неоднорідні, ніж інші. Наприклад, водно-болотні угіддя складаються з багатьох мікросередовищ існування, які відрізняються типом ґрунту та доступністю води, а рівень води змінюється протягом сезонів. Інші регіони, як помірні луки на середньому заході США, відносно однорідні (однорідні). Подібно до того, як біорізноманіття можна оцінити в різних масштабах, неоднорідність можна виміряти у великих масштабах (наприклад, у межах цілого біома) або малих масштабах (наприклад, в межах одного лугу).

Атрибуції

Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел:

• Важливість біорізноманіття з екологічної біології Метью Фішер (ліцензований відповідно до CC-BY)
• Криза біорізноманіття та прелюдія до біології збереження та біорізноманіття із загальної біології OpenStax (ліцензована під CC-BY)