Biologia szkoła ponadgimnazjalna/Różnorodność gatunkowa

Różnorodność gatunkowa

Zagadnienie z podstawy programowej

„uczeń: opisuje różnorodność biologiczną na poziomie genetycznym, gatunkowym i ekosystemowym; wskazuje przyczyny spadku różnorodności genetycznej, wymierania gatunków, zanikania siedlisk i ekosystemów; ”

Ile gatunków występuje na Ziemi?

Istnieją różne szacunki liczby gatunków żyjących na Ziemi.

Różnorodność gatunkowa to liczba gatunków występująca w ekosystemie lub na określonym obszarze. Można także ocenić różnorodność gatunkową całej biosfery. Zadanie to napotyka liczne trudności. Biolodzy nie zawsze zgadzają się czy dana grupa osobników to oddzielny gatunek, czy osobniki tylko trochę różniące się od żyjących w na innych obszarach należy traktować jako jeden gatunek. Gatunek to zbiór osobników o podobnych cechach, zdolnych do krzyżowania się i posiadania płodnego potomstwa. Definicja ta nie zawsze pozwala jednoznacznie rozstrzygnąć, czy mamy do czynienia z dwoma gatunkami, czy tylko dwoma różniącymi się populacjami. Drugim problemem jest ciągle odkrywanie nowych gatunków. W XXI wieku wciąż wiele gatunków nie zostało okrytych przez naukowców i szczególnie wśród owadów oraz organizmów jednokomórkowych opisanych gatunków wciąż szybko przybywa. Liczba wszystkich gatunków zna Ziemi może być jedynie szacowana. Według różnych naukowców na naszej planecie może istnieć od 2 milionów do 100 milionów gatunków. Dotychczas zostało opisanych około 1,6 mln gatunków eukariotycznych, z czego 1 mln to owady. Opisanych ssaków jest zaledwie 5,5 tysięcy. Na podstawie średniej liczby gatunków w grupach taksonomicznych oszacowana, że na Ziemi występuje około 8,7 mln. gatunków organizmów eukariotycznych. Około 86% gatunków występujących na lądach i 91% gatunków morskich wciąż czeka na odkrycie. Owadów prawdopodobnie jest 10-30 mln. Liczbę gatunków bakterii szacuje się na około 10 mln.

Różnorodność gatunkowa ekosystemów

Zróżnicowanie gatunków grzybów występujących w lesie mieszanym strefy umiarkowanej

W ekosystemie Wielkiej Rafy Koralowej występuje około 1500 gatunków ryb, ponad 5000 gatunków mięczaków, oraz 400 gatunków koralowców i 500 gatunków wodorostów

Występowanie poszczególnych organizmów jest zależne od elementów środowiska nieożywionego, takich jak klimat, dostępność wody, rodzaj gleby oraz środowiska ożywionego, takich jak występowanie drapieżników, pasożytów, gatunków, które konkurują o te same zasoby. Wszystkie te elementy wzajemnie powiązane tworzą ekosystem. Na ekosystem składają się elementy nieożywione, określane jako biotop, oraz elementy ożywione określane jako biocenoza. Pomiędzy wszystkimi elementami istnieją wzajemne zależności dlatego ekosystem tworzy funkcjonalna całość, w którym istnienie i działanie pojedynczego elementu jest uzależnione od pozostałych. Warunki środowiska decydują o tym jakie i ile gatunków może w nim żyć. W sprzyjających warunkach liczba gatunków, które pojawiają się w ekosystemie jest bardzo duża. W lasach tropikalnych dorzecza Amazonki występuje około 40 tysięcy gatunków roślin, 3 tysiące gatunków ryb, około 2 tysięcy gatunków ptaków, ponad 400 gatunków ssaków, podobna ilość gatunków płazów i blisko 400 gatunków gadów. Naukowcy opisali także około 100 tysięcy gatunków bezkręgowców żyjących w lasach Amazonii. Podane wartości dotyczą tylko gatunków znanych, w kolejnych latach wciąż opisywane są następne gatunki. Na Antarktydzie, gdzie warunki nie sprzyjają rozwojowi organizmów, potwierdzono występowanie około 30 gatunków mchów, tylko dwa gatunki roślin nasiennych, około 100 gatunków glonów i porostów. Nie stwierdzono występowania gadów i płazów. W ekosystemach Antarktydy występuje 16 gatunków ptaków i kilka gatunków ssaków (fok). Porównanie różnorodności gatunkowej dwóch skrajnie różniących się środowisk pozwala zauważyć, że warunki klimatyczne mają decydujący wpływ na różnorodność gatunkową ekosystemów. Istnieje ścisła zależność między klimatem a różnorodnością gatunkową ekosystemów w nim położonych. Odpowiednie temperatury i dostęp wody umożliwiają rozwój roślinom, które stanowią pokarm dla zwierząt, bez biomasy wytwarzanej przez rośliny organizmy cudzożywne nie mają szans na rozwój. Ekosystemy ubogie w rośliny są jednocześnie ekosystemami o niewielkiej różnorodności gatunkowej.

Drugim po klimacie czynnikiem, który naturalnie wpływa na poziom różnorodności gatunkowej, jest ukształtowanie powierzchni. Większa różnorodność gatunkowa występuje w górach niż na nizinach. Związane jest to znacznym zróżnicowaniem warunków środowiskowych. Na większych wysokościach temperatury są niższe niż w dolinach, występują tereny z wykształcona glebą oraz pokryte skałami. Duża różnorodność środowiska przekłada się na duża różnorodność gatunkową. Każdy z gatunków zajmuje środowisko, które jest dla niego odpowiednie. Zespół czynników, które decydują o występowaniu organizmu oraz określają jego warunki życia, nazywany jest niszą ekologiczną. W ekosystemach górskich liczne nisze ekologiczne związane są z różnorodnością temperatury, dostępności wody, nasłonecznienia zależnego od kierunku pochylenia stoku, rodzaju gleby lub jej braku. Powierzchnia, na której występują charakterystyczne gatunki, w górach jest stosunkowo mała. Łańcuchy górskie oddzielone są od siebie nizinami lub pasami kotlin. Z tych powodów ewolucja gatunków występujących w górach przebiega odmiennie niż ich krewnych żyjących na dużych jednorodnych obszarach. Wiele gatunków górskich występuje tylko na niewielkim obszarze i nie pojawia się nigdzie indziej. Takie gatunki nazywane są endemitami. Wiele gatunków górskich to endemity. Wyjątkowość niektórych obszarów Ziemi wyraża się ilością endemitów występujących w poszczególnych ekosystemach. Liczebność tych gatunków jest mała, a ich istnienie często zagrożone.

Specjacja

Jeż zachodni

Jeż wschodni. Te dwa gatunki wykształciły się w efekcie rozdzielenia Europy przez wkraczający lodowiec

Specjacja to proces powstawania nowych gatunków. Jedną z przyczyn powstawania różnic między grupą osobników z tą sama pula genową jest rozdzielenie takiej grupy barierą geograficzną. Ewolucja obu powstałych zbiorów osobników zaczyna przebiegać osobno, powstają kolejne przystosowania do środowiska, niektóre cechy są tracone. W efekcie po dłuższym czasie obie grupy różnią się tak bardzo, że stają się oddzielnymi gatunkami. Powstanie nowych gatunków w wyniku oddzielanie zbiorów osobników przez barierę geograficzną nazwano specjacją allopatryczną. Możliwe jest również powstanie wielu grup osobników poprzez zajęcie kilu nisz ekologicznych i dostosowanie się do warunków środowiskowych każdej z nich. W efekcie kontakty między grupami osobników wykazujących różne przystosowania i zachowania ustają, a wzrastająca liczba różnic genetycznych prowadzi do powstania nowych gatunków. Powstanie nowych gatunków w wyniku różnego przystosowania się do środowiska określane jako specjacja sympatryczna.

Dracena, endemiczny gatunek Sokotry

Ze względu na duże zróżnicowanie warunków środowiska dużym bogactwem gatunkowym charakteryzują się ekosystemy górskie. Endemity są także typowe dla wysp. Orgazmy żyjące na wyspach izolowane są od populacji występujących na kontynentach, Oddzielnie przebiegająca ewolucja przynajmniej w niewielkim stopniu różne warunki środowiska doprowadzają do powstania nowych unikatowych gatunków. Na jednej z wysp położonej na Oceanie Indyjskim, kilkaset kilometrów od kontynentu, Sokotrze, 307 gatunków roślin z 825 stwierdzonych na wyspie to gatunki endemiczne, które nie występują nigdzie indziej. Różnorodność gatunkowa w małych ekosystemach wysp może być bardzo łatwo zniszczona.

Wymieranie gatunków

Zmiany liczby organizmów na przestrzeni 500 mln lat.

Ewolucyjny proces powstawania nowych gatunków jest powolny. Liczba gatunków na Ziemi nie może być traktowana jako stała. Jedne powstają, inne wymierają. Badania paleontologiczne udowodniły, że w historii życia na Ziemi kilkakrotnie dochodziło do gwałtownego spadku liczby gatunków.

W dziejach życia na Ziemi zidentyfikowano 5 okresów, kiedy liczba gatunków gwałtownie spadała:

1. wymieranie ordowickie – ok. 438 mln lat temu – wymarło 83% gatunków
2. wymieranie dewońskie – ok. 367 mln lat temu – wymarło 83% gatunków
3. wymieranie permskie – ok. 250 mln lat temu – wymarło 90% gatunków
4. wymieranie triasowe – ok. 213 mln lat temu – wymarło 80% gatunków
5. wymieranie kredowe – ok. 65 mln lat temu – wymarło 75% gatunków

Ostanie z masowych wymierań doprowadziło do wyginięcia dinozaurów. Prawdopodobną przyczyną było uderzenie ogromnego meteorytu i gwałtowna zmiana warunków środowiska życia organizmów. Pomimo to życie na Ziemi przetrwało, a ewolucja doprowadziła do rozwinięcia kolejnych form, głównie ssaków i ptaków oraz roślin naczyniowych, które przed wymieraniem kredowym odrywały niewielką rolę w biosferze.

Przez ostatnie 500 lat wyginęło około 80 gatunków ssaków. Szacuje się, że rocznie bezpowrotnie ginie około 500 gatunków. Niektórzy naukowcy spadek różnorodności gatunkowej obserwowany wraz ze wzrostem liczby ludności i rozwojem gospodarki określają jako szóste wymieranie.

Różnorodność gatunkowa uprawianych roślin i hodowanych zwierząt

Pola ryżowe dostarczają około jedną trzecią pokarmu z uprawy zbóż

Od około 12000 lat człowiek wykorzystuje niektóre z gatunków w rolnictwie. 37% powierzchni lądów stanowią uprawy. Różnorodność gatunkowa w ekosystemach polnych jest znikoma. Ogromne powierzchnie obsiane są zwykle jednym gatunkiem rośliny uprawnej, inne rośliny występują w niewielkich ilościach i są traktowane jako chwasty. Liczba samych gatunków uprawianych na całym świecie jest też stosunkowo niewielka. W okresie istnienia rolnictwa człowiek wykorzystywał 23% z 30 tys. roślin jadalnych. Współcześnie liczba gatunków uprawianych spada. Ponad 90% żywności na świecie pochodzi z uprawy zaledwie 20 gatunków roślin. Około 900 odmian pomidorów należy tylko do dwóch gatunków. Podobna jest liczba najważniejszych gatunków hodowanych zwierząt. Niemal w każdym kraju jako źródło pożywienia wykorzystywane jest bydło.

Pamiętaj

1. Różnorodność gatunkowa to liczba gatunków w ekosystemie.
2. Różnorodność gatunkową można też oszacować dla całej biosfery.
3. Na naturalną różnorodność gatunkową wypływają czynniki, takie jak klimat czy ukształtowanie powierzchni.
4. Najbardziej różnorodne gatunkowo ekosystemy istnieją w strefie klimatu ciepłego i wilgotnego.
5. Ekosystemy izolowane mogą składać się z nielicznych gatunków, jednak pojawiają się w nich gatunki endemiczne nie istniejące nigdzie indziej.
6. Ewolucja prowadzi do powstania nowych gatunków, jest to jednak proces powolny.
7. Szybka zmiana warunków życia prowadzi do wymierania gatunków. Znanych jest 5 masowych wymierań w historii życia na Ziemi.

Zadania

1. W tabeli porównaj liczebność gatunków należących do ptaków, ssaków i roślin występujących w ekosystemach Amazonii i Antarktydy.
2. Wyszukaj podobne dane o liczbie gatunków dla ekosystemów Sahary. Dodaj dodatkową kolumnę do tabeli z zadania 1.
3. Sokora to jedna z wysp charakteryzująca się występowaniem dużej liczby gatunków endemicznych. Na podstawie odległości od kontynenty i strefy klimatycznej spróbuj w atlasie geograficznym znaleźć inne wyspy, które powinny posiadać wyjątkowe gatunki roślin i zwierząt.
4. Ekosystemy górskie charakteryzują się duża różnorodnością gatunkową. W których górach Himalajach czy Alpach należy spodziewać się większej liczby gatunków? Odpowiedź uzasadnij.