1 Видовое и экосистемное разнообразие биосферы

2 Что такое биологическое разнообразие? По определению, данному Всемирным фондом дикой природы (1989), биологическое разнообразие – это все многообразие форм жизни на земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов и сложных экосистем, образующих живую природу.

3 Таким образом, биологическое разнообразие следует рассматривать на трех уровнях. Биологическое разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов. В более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции. Биологическое разнообразие включает также разнообразие биологических сообществ, видов, экосистем, сформированных сообществами и взаимодействия между этими уровнями.

4

5 Угрозы биологическому разнообразию Существует 2 аспекта биоразнообразия – 1. таксономическое разнообразие, представленное максимально полным списком видов, обнаруженных в изучаемой экосистеме, 2. и экологическое - обусловленное численным соотношением этих видов, т. е. структурой экосистемы.

6 Именно таксономическое разнообразие чаще всего имеют в виду, когда речь идет о потере биоразнообразия за счет потери видов

7 Существует реальная опасность непредсказуемых и неблагоприятных последствий потери видового разнообразия. В самом общем виде, ситуация состоит в том, что современный темп вымирания на 3-4 порядка выше, чем известные палеонтологам темпы вымирания со времен пермского и мелового биосферных кризисов. Каждый из них вызывал изменение всего облика жизни на Земле - не только видового состава флор и фаун, но и состава атмосферы и других условий существования жизни, смену геохронологических эр. Поэтому сохранение видового разнообразия как одного из факторов ныне существующей природной среды представляется очень актуальным для выживания человечества.

8 Разнообразие сообществ и экосистем Биологическое сообщество определяется как совокупность особей различных видов, обитающих на определенной территории и взаимодействующих между собой. Биологическое сообщество в совокупности со средой своего обитания называется экосистемой.

9 Ключевые виды и ресурсы Определенные виды внутри биологических сообществ могут играть настолько важную роль, что определяют способность других видов сохраняться в сообществе. Такие ключевые виды влияют на организацию сообщества гораздо в большей степени, чем это можно было бы предсказать, исходя из их численности или биомассы. Защита ключевых видов – приоритетная задача для природоохранных мероприятий, поскольку вслед за их исчезновением на охраняемой территории могут исчезнуть и многие другие виды

10

11 Ключевые виды составляют лишь малую часть биомассы биологического сообщества, но они имеют огромное значение для его организации и выживания

12 Крупные хищники, например волки, относятся к наиболее очевидным ключевым видам, поскольку они регулируют численность популяций травоядных. При отсутствии волков плотность популяции оленей и других травоядных может настолько увеличиться, что приведет к стравливанию и разрушению растительного покрова, а следовательно, к исчезновению ассоциированных с ним видов насекомых и к почвенной эрозии.

13 В тропических лесах фикусы считаются ключевыми видами, обеспечивающими популяции многих птиц и млекопитающих своими плодами в период, когда другие предпочитаемые ими типы кормов отсутствуют.

14 Бобры тоже относятся к ключевым видам, поскольку благодаря своим плотинам они создают влажные местообитания, используемые многими другими видами. Патогенные организмы и паразиты – примеры других ключевых видов. Они определяют плотность численности своих хозяев.

15 Исчезновение единственного ключевого вида, даже такого, который составляет незначительную часть биомассы сообщества, может спровоцировать серию взаимосвязанных исчезновений других видов, что известно как каскад вымирания. В его результате появляется деградированная экосистема с гораздо более низким биологическим разнообразием на всех трофических уровнях.

16 Измерение биологического разнообразия Помимо определения биологического разнообразия, как количества видов, обитающих на определенной территории, существует немало других определений, связанных с разнообразием биологических сообществ на разных иерархических уровнях их организации и в разных географических масштабах

17 Число видов в отдельном сообществе обычно описывается как богатство видов или альфа-разнообразие и используется для сравнения биоразнообразия в различных географических регионах или биологических сообществах.

18 Термин бета-разнообразие выражает степень изменения видового состава по географическому градиенту. Бета-разнообразие высоко, если, например, видовой состав сообществ мхов существенно отличается на альпийских лугах смежных пиков, но бета-разнообразие низко, если большинство тех же видов занимает весь пояс альпийских лугов.

19 Гамма-разнообразие применимо в больших географических масштабах; оно учитывает число видов на большой территории или континенте.

20

21 Показатели биоразнообразия для трех регионов, с тремя горными пиками в каждом. Каждая буква представляет популяцию вида. Некоторые виды обнаруживаются только на одной горе, а другие – на двух или трех. Для каждого региона показано альфа-, бета- и гамма- разнообразие.

22 Если средств хватает для защиты только одного горного массива, следует выбрать регион 2, поскольку здесь наибольшее общее разнообразие. Однако если возможно защитить только одну гору, то ее следует выбрать в регионе 1, поскольку здесь наивысшее локальное альфа-разнообразие, т. е. наибольшее среднее число видов на пик. Каждая вершина в регионе 3 обладает более ограниченным набором видов, чем горы в двух других регионах, что показывает ее высокие показатели бета-разнообразия. В целом регион 3 обладает более низким приоритетом для охраны.

23 Угрозы биологическому разнообразию. Потеря или деградация местообитаний (болотистые территории и водные местообитания; степи); загрязнение окружающей среды, чрезмерная эксплуатация, конкуренты и/или хищники из интродуцированных видов, болезни.

24 Последствия потери биоразнообразия Уменьшение видового разнообразия ведет к нестабильности экосистем, равновесие которых очень легко нарушить. Следствия же нарушения равновесия могут быть самыми непредсказуемыми: например, массовое размножение, а затем падеж отдельных видов животных, внезапные вспышки очагов вредителей и многое другое.

25 Сохранение видов путем сохранения популяций Необходимое для выживания вида количество особей, как минимальную жизнеспособную популяцию (МЖП): "минимальная жизнеспособная популяция для данного вида в данном местообитании - это наименьшая изолированная популяция, имеющая 99% шансов сохраниться на 1000 лет, несмотря на прогнозируемое воздействие демографических, природных и случайных генетических катастроф

26 После того как для вида установлен размер МЖП, следует определить минимальную динамичную площадь местообитаний (МДП), необходимую дл сохранения МЖП.

27 По существующим оценкам. для поддержания популяций многих мелких млекопитающих необходимы заповедники площадью от до га. Чтобы сохранить в Канаде популяции имеющих большие индивидуальные участки медведей гризли, требуются огромные площади км 2 для 50 особей и км 2 для 1000 особей

28 Сохранение на уровне сообщества. Охраняемые территории. Имеются четыре средства сохранения биологических сообществ: это 1. организация заповедных территорий, 2. эффективное управление этими территориями, 3. реализация методов сохранения вне заповедных территорий и 4. восстановление биологических сообществ в разрушенной среде обитания

29 Можно установить три критерия при определении приоритетов сохранения видов и сообществ: 1. Уникальность 2. Вымирание 3. Полезность

30 Закономерности видового разнообразия

31 Продуктивность Если рост продукции ведет к расширению диапазона доступных ресурсов, он, вероятно, способствует и повышению видового богатства.

32

33 Связь видового богатства семеноядных грызунов (треугольники) и муравьев (кружки) на песчаных почвах с географическим градиентом выпадающих осадков и продуктивности

34 Зависимость видового богатства ящериц в 11 пунктах юго- запада США от продолжительности вегетационного периода

35 Разнообразие (H) и выровненность (J) видов на контрольной и удобряемой делянках газона на Ротамстедской опытной станции (по Tilman, 1982) «Газонный» эксперимент

36 Постоянно растет количество работ, приводящих к выводу о том, что максимальные значения видового разнообразия или богатства должны соответствовать промежуточному уровню продуктивности

37 Зависимость видового богатства древесных пород в некоторых дождевых лесах Малайзии от концентрации фосфора и калия в почве Зависимость между видовым богатством пустынных грызунов в Израиле и количеством выпадающих дождей для каменистых и песчаных местообитаний

38 Пространственная неоднородность Зависимость между видовым богатством животных и структурным разнообразием растительности для: пресноводных рыб 18 озер, шт. Висконсин; птиц местообитаний средиземноморского типа в Калифорнии центре Чили и на юго-западе Африки

39 Климатические колебания Зависимость между видовым богатством и диапазоном перепадов температуры в различных точках западного побережья Северной Америки для (А) птиц, (Б) млекопитающих, (В) брюхоногих моллюсков

40 Возраст сообщества: эволюционное время Небольшое видовое богатство сообщества может быть обусловлено недостатком времени для заселения территории или эволюции на ней Сообщества могут различаться по видовому богатству из-за того, что одни ближе к состоянию равновесия, чем другие, и, следовательно, полнее насыщены видами

41 Градиенты видового богатства: широта Широтное распределение видового богатства: (А) морских двустворчатых моллюсков; (Б) муравьев; (В) ящериц в США; (Г) гнездящихся птиц Северной и Центральной Америки

42 Градиенты видового богатства: высота Зависимость между видовым богатством и высотой над уровнем моря для (А) птиц Новой Гвинеи и (Б) сосудистых растений непальских Гималаев

43 Градиенты видового богатства: глубина Изменения видового богатства донных животных с увеличением глубины океана

44 Генетическое разнообразие Особи внутри популяции обычно генетически отличаются друг от друга. Генетическое разнообразие связано с тем, что особи обладают незначительно отличающимися генами – участками хромосом, которые кодируют определенные белки. Варианты гена известны как аллели. Аллели гена могут по-разному влиять на развитие и физиологию особи.

45 Генетическое разнообразие популяции определяется как числом генов с более, чем одним аллелями, так и числом аллелей каждого полиморфного гена. Существование полиморфного гена приводит к появлению в популяции гетерозиготных особей, получающих от родителей различные аллели генов.

46 Генетическая вариабельность позволяет видам адаптироваться к изменениям окружающей среды. Редкие виды имеют меньшее генетическое разнообразие, чем широко распространенные, и соответственно они более подвержены угрозе вымирания при изменении условий внешней среды.

47 Потеря генетического разнообразия. Генетическое разнообразие очень важно для обеспечения способности популяций адаптироваться к изменениям окружающей среды.

48 Потеря генетического разнообразия. Только особи с определенными аллелями или их комбинацией могут обладать качествами, необходимыми для выживания и воспроизводства в новых условиях. Аллели в популяциях бывают очень частые и очень редкие. Чем меньше популяция, тем больше вероятность случайной потери редко встречающегося аллеля в последующем поколении.

49 H=1-1/(2Ne) где H доля гетерозиготности, которая остается в следующем поколении, Ne – количество размножающихся взрослых особей.

50

51 Эффективный размер популяции Сколько особей необходимо для того, чтобы поддержать генетическое разнообразие популяции?

52 Количество особей, необходимое для поддержания генетического разнообразия популяции. Правило 50/500 Изолированным популяциям необходима численность минимум 50 особей для поддержания генетической изменчивости, а предпочтительней – 500.

53 Многочисленные данные показывают, что минимальный размер эффективной популяции равен 11%. Если ниже – то существует реальная угроза потери генетической изменчивости и вымирания.

54 КОНЕЦ