RÓŻNORODNOŚĆ BIOLOGICZNA: CHARAKTERYSTYKA, ZNACZENIE I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Różnorodności lub różnorodności jest to skrót od „różnorodności biologicznej”, i odnosi się do wielu elementów zmienność obecnych istot żywych. Pojęcie to można rozumieć na różnych poziomach, czy to taksonomicznym, funkcjonalnym, filogenetycznym, genetycznym czy troficznym.

Region zamieszkany przez pojedynczy gatunek w młodym wieku (z ewolucyjnego punktu widzenia), złożony z jednorodnych genetycznie osobników, rozmieszczonych na odrębnych obszarach geograficznych i wąskim zakresie siedlisk, będzie ekosystemem o niskiej bioróżnorodności.

Bioróżnorodność obejmuje różne gatunki - i ich biologiczną zmienność - w obrębie regionu.
Źródło: pixabay.com

Z drugiej strony siedlisko z kilkoma gatunkami - jednymi starożytnymi, innymi, których proces specjacji nastąpił niedawno - których materiał genetyczny jest niejednorodny i szeroko rozpowszechniony, byłby regionem o dużej różnorodności.

Jednak wysokie i niskie to terminy względne. Dlatego istnieje kilka wskaźników i parametrów, które pozwalają nam określić ilościowo zróżnicowanie regionu, takie jak między innymi indeks Shannona i Simpsona. Na ich podstawie widzimy, że rozmieszczenie organizmów żywych na planecie nie jest jednorodne. Większa różnorodność jest zwykle widoczna, gdy zbliżamy się do tropików.

Różnorodność biologiczną można badać za pomocą dwóch uzupełniających się dyscyplin: ekologii i biologii ewolucyjnej. Ekolodzy skupiają się przede wszystkim na czynnikach, które wpływają na lokalną różnorodność i działają w krótkich okresach czasu.

Ze swojej strony biolodzy ewolucyjni koncentrują się na wyższych skalach czasowych i skupiają się między innymi na wydarzeniach wymierania, generowaniu adaptacji i specjacji.

W ciągu ostatnich 50 lat obecność człowieka, globalne ocieplenie i inne czynniki zmieniły rozmieszczenie i różnorodność znacznej liczby gatunków. Znajomość i kwantyfikacja różnorodności biologicznej są niezbędnymi elementami do formułowania rozwiązań tego problemu.

Czym jest różnorodność biologiczna?

Pierwszą osobą, która użyła terminu różnorodność biologiczna w literaturze ekologicznej, był E. O Wilson w 1988 r. Jednak koncepcja różnorodności biologicznej rozwija się od XIX wieku i jest nadal szeroko stosowana.

Różnorodność biologiczna odnosi się do różnorodności form życia. Obejmuje to wszystkie poziomy organizacji i można je sklasyfikować z ewolucyjnego lub ekologicznego (funkcjonalnego) punktu widzenia.

Oznacza to, że różnorodność nie jest rozumiana tylko w kategoriach liczby gatunków. Zmienność na innych poziomach taksonomicznych i środowiskowych również ma wpływ, jak zobaczymy później.

Różnorodność biologiczną badano od czasów Arystotelesa. Wewnętrzna ciekawość życia i potrzeba ustanowienia porządku skłoniły filozofów do badania różnych form życia i ustalenia arbitralnych systemów klasyfikacji. W ten sposób narodziły się nauki systematyki i taksonomii, a tym samym nauka o różnorodności.

Charakterystyka różnorodności biologicznej

Różnorodność genetyczna

Różnorodność biologiczną można badać w różnych skalach, zaczynając od genetyki. Organizm składa się z tysięcy genów zgrupowanych razem w DNA, które jest zorganizowane w jego komórkach.

Różne formy genu (zwane allelami), które znajdujemy, oraz różnice w chromosomach między osobnikami stanowią o różnorodności genetycznej. Mała populacja, której genom jest jednorodny wśród swoich członków, jest nieco zróżnicowana.

Zmienność genetyczna, którą spotykamy wśród osobników tego samego gatunku, jest wynikiem szeregu procesów, takich jak między innymi: mutacje, rekombinacja, polimorfizmy genetyczne, izolacja puli genów, lokalne presje selekcyjne i gradienty.

Wariacja jest podstawą ewolucji i tworzenia adaptacji. Zmienna populacja może reagować na zmiany warunków środowiskowych, podczas gdy niewielkie zróżnicowanie może przełożyć się na spadek liczebności populacji lub w skrajnych przypadkach może doprowadzić do lokalnego wyginięcia gatunku.

Ponadto znajomość stopnia zmienności genetycznej populacji ma zasadnicze znaczenie dla ustanowienia skutecznych planów ochrony, ponieważ parametr ten wpływa na odporność i trwałość gatunku.

Indywidualna różnorodność

Na tym poziomie organizacji znajdujemy zróżnicowanie pod względem anatomii, fizjologii i zachowania poszczególnych organizmów.

Różnorodność populacji

W biologii populacje definiujemy jako zbiór osobników tego samego gatunku, które współistnieją w czasie i przestrzeni i które mogą potencjalnie się rozmnażać.

Na poziomie populacji zmienność genetyczna osobników, które ją tworzą, przyczynia się do różnorodności biologicznej i ponownie jest podstawą do wystąpienia ewolucji adaptacyjnej. Wyraźnym tego przykładem jest populacja ludzka, w której wszystkie osobniki wykazują znaczne różnice fenotypowe.

Gatunki pozbawione zmienności genetycznej i mające jednolite populacje są bardziej podatne na wyginięcie, zarówno z przyczyn środowiskowych, jak i wywołanych przez człowieka.

Różnorodność na poziomie gatunkowym

Jeśli przejdziemy na wyższy poziom organizacji, będziemy mogli analizować bioróżnorodność pod kątem gatunków. Bioróżnorodność jest często badana przez ekologów i biologów zajmujących się ochroną przyrody na tym poziomie.

Różnorodność powyżej poziomu gatunku

Możemy nadal analizować bioróżnorodność powyżej poziomu gatunku. To znaczy biorąc pod uwagę inne poziomy klasyfikacji taksonomicznej, takie jak rodzaje, rodziny, rzędy itp. Jednak jest to bardziej powszechne w badaniach związanych z paleontologią.

W ten sposób możemy iść w górę w skali, aż znajdziemy porównania dokonane przez biogeografię, która jest niczym innym, jak rozpoznaniem zróżnicowanego bogactwa gatunków w dużych regionach geograficznych.

Jak mierzy się bioróżnorodność?

Dla biologów ważne jest posiadanie parametrów, które pozwalają na ilościowe określenie różnorodności biologicznej. Aby wykonać to zadanie, istnieją różne metodologie, które można mierzyć z perspektywy funkcjonalnej lub teoretycznej.

Kategorie pomiarów funkcjonalnych obejmują różnorodność genetyczną, gatunkową i ekosystemową. Perspektywa teoretyczna opiera się na różnorodności alfa, beta i gamma. Podobnie społeczność można ocenić, opisując jej cechy fizyczne.

Stosowanie wskaźników statystycznych mierzących różnorodność gatunków jest powszechne. Łączą one dwie ważne miary: całkowitą liczbę gatunków w próbce i ich względną liczebność. Następnie opiszemy miary i wskaźniki najczęściej używane przez ekologów.

Różnorodność alfa, beta i gamma

Różnorodność alfa, beta i gamma to trzy poziomy różnorodności uznane przez IUCN (Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody). To podejście zostało zaproponowane przez ekologa roślin Roberta Hardinga Whittakera w 1960 roku i jest nadal w użyciu.

Różnorodność alfa to liczba gatunków na poziomie lokalnym, czyli w obrębie siedliska lub społeczności ekologicznej. Beta to różnica w składzie gatunkowym między zbiorowiskami. Wreszcie gamma pokazuje liczbę gatunków na poziomie regionalnym.

Jednak ten podział ma wadę, gdy mamy zamiar zdefiniować obszar lokalny i jak możemy obiektywnie wyznaczyć region - poza zwykłymi granicami politycznymi, które są biologicznie bez znaczenia.

Na ustalenie granic ma wpływ pytanie badawcze i grupa zaangażowana, więc powyższe pytania nie mają oczywistej odpowiedzi.

W większości badań ekologicznych związanych z różnorodnością biologiczną nacisk kładzie się zwykle na różnorodność alfa.

Różnorodność alfa

Różnorodność alfa jest ogólnie wyrażana w kategoriach bogactwa gatunków i równości gatunkowej. Podczas przeprowadzanego pobierania próbek miejsce lub obszar, które wybrał badacz, reprezentuje całą społeczność. Zatem sporządzenie listy liczby i nazwy gatunków, które tam żyją, jest pierwszym krokiem do pomiaru bioróżnorodności obszaru.

Liczba gatunków w obrębie społeczności lub obszaru to bogactwo gatunków. Znając ten parametr, przystępujemy do analizy innych kryteriów, a mianowicie: unikalności taksonomicznej, rozbieżności taksonomicznej, znaczenia ekologicznego oraz interakcji między gatunkami.

Ogólnie rzecz biorąc, bogactwo gatunków - i ogólnie bioróżnorodność - zwiększa się, gdy rozszerzamy obszar, który analizujemy lub gdy przesuwamy się z większej na mniejszą długość i szerokość geograficzną (do równika).

Musimy wziąć pod uwagę, że nie wszystkie gatunki w taki sam sposób przyczyniają się do różnorodności obszaru. Z ekologicznego punktu widzenia różne wymiary różnorodności biologicznej są reprezentowane przez szereg poziomów troficznych i różne cykle życiowe, które mają różny udział.

Obecność niektórych gatunków na tym obszarze może zwiększyć różnorodność społeczności ekologicznej, podczas gdy innych nie.

Różnorodność beta

Różnorodność beta jest miarą różnorodności między społecznościami. Jest miarą tempa i stopnia zmian gatunków na pewnym gradiencie lub z jednego siedliska do drugiego.

Na przykład ta miara pozwoliłaby zbadać porównanie różnorodności na zboczu góry. Różnorodność beta podkreśla również czasową zmianę składu gatunkowego.

Różnorodność gamma

Zróżnicowanie gamma określa ilościowo zróżnicowanie z wyższego poziomu przestrzennego. Jest to odpowiedzialne za wyjaśnienie różnorodności gatunków w szerokim zakresie geograficznym. Zasadniczo jest to iloczyn różnorodności alfa i stopnia zróżnicowania (beta) między nimi.

Zatem różnorodność gamma to tempo, w jakim znajdują się dodatkowe gatunki i bada ich zastępowanie geograficzne.

Wskaźniki różnorodności gatunkowej

W ekologii powszechnie stosuje się wskaźniki różnorodności, których celem jest ich ilościowe określenie za pomocą zmiennych matematycznych.

Indeks różnorodności definiuje się jako podsumowanie statystyczne, które mierzy całkowitą liczbę lokalnych gatunków występujących w różnych siedliskach. Indeksem może być dominacja lub kapitał (termin równość jest używany w języku angielskim).

Indeks różnorodności Shannona

Indeks Shannona lub indeks Shannona-Weavera jest powszechnie używany do pomiaru określonej różnorodności biologicznej. Jest reprezentowany przez H ', a wartości indeksu zmieniają się tylko między liczbami dodatnimi. W większości ekosystemów wartości wynoszą od 2 do 4.

Wartości poniżej 2 są uważane za stosunkowo mało zróżnicowane, na przykład na pustyni. Podczas gdy wartości większe niż 3 wskazują na dużą różnorodność, taką jak neotropikalny las lub rafa.

Aby obliczyć wartość wskaźnika, bierze się pod uwagę liczbę gatunków (bogactwo) i ich względną liczbę (liczebność). Maksymalna wartość wskaźnika jest zwykle bliska 5, a minimalna 0, gdy występuje tylko jeden gatunek - czyli nie ma różnorodności. Ekosystem z indeksem Shannona 0 może być monokulturą.

Indeks różnorodności Simpsona

Indeks Simpsona jest reprezentowany przez literę D i mierzy prawdopodobieństwo, że dwie losowo wybrane osobniki z próby należą do tego samego gatunku - lub do innej kategorii taksonomicznej.

W ten sam sposób wskaźnik różnorodności Simpsona jest wyrażony jako 1 - D (wskaźnik wyjaśniony w poprzednim akapicie). Wartość wynosi od 0 do 1 i, w przeciwieństwie do poprzedniego przypadku, przedstawia prawdopodobieństwo, że dwa losowo wybrane osobniki należą do różnych gatunków.

Inny sposób wyrażenia tego za pomocą indeksu odwrotności: 1 / D. W ten sposób wartość 1 przekłada się na zbiorowisko z tylko jednym gatunkiem. Wraz ze wzrostem wartości wskazuje na większą różnorodność.

Chociaż indeks Shannona i indeks Simpsona są najbardziej popularne w literaturze ekologicznej, istnieją inne, takie jak między innymi indeks Margalef, McIntosh i Pielou.

Dlaczego powinniśmy kwantyfikować różnorodność biologiczną?

W poprzedniej sekcji opisaliśmy bardzo szczegółowo różne narzędzia matematyczne, którymi dysponują ekolodzy do ilościowego określania różnorodności biologicznej. Jednak do czego te wartości są przydatne?

Pomiary bioróżnorodności są niezbędne, jeśli chcesz monitorować wahania różnorodności jako funkcję zmian środowiskowych, które degradują ekosystemy, zarówno te wytworzone naturalnie, jak i stworzone przez człowieka.

Różnorodność biologiczna jako wynik ewolucji: jak powstaje różnorodność biologiczna?

Życie na Ziemi zaczęło się co najmniej 3,5 miliarda lat temu. W tym okresie istoty organiczne promieniowały w różnych formach, które obecnie obserwujemy na planecie.

Za tę ogromną różnorodność odpowiedzialne są różne procesy ewolucyjne. Do najważniejszych należą: wyzwolenie od konkurencji, dywergencja ekologiczna i koewolucja.

Wyzwolenie od konkurencji

Różne badania, skupione zarówno na obecnych, jak i wymarłych gatunkach, wykazały, że rody organizmów mają tendencję do szybkiego różnicowania się, jeśli istnieją możliwości ekologiczne - to jest „puste” nisze.

Kiedy grupa organizmów kolonizuje region wolny od drapieżników i mało konkurencyjny (np. Niezamieszkaną wyspę), ma tendencję do dywersyfikacji, zajmując dostępne nisze ekologiczne. Zjawisko to nosi nazwę promieniowania adaptacyjnego.

Na przykład po wyginięciu dinozaurów pozostało wiele wolnych nisz, które zostały później zajęte przez promieniowanie ssaków.

Dywergencja ekologiczna

Istnieją kluczowe adaptacje, które pozwalają organizmom zajmować wiele nisz ekologicznych. Organizmy te zajmują tę samą strefę adaptacyjną, więc zajmują podobne „przestrzenie ekologiczne”. Kiedy dwa gatunki dzielą bardzo podobne nisze ekologiczne, wzrasta między nimi konkurencja.

Zgodnie z teoriami ekologicznymi dwa gatunki nie mogą konkurować w nieskończoność, ponieważ jeden gatunek w końcu wyprze drugi. Innym możliwym scenariuszem jest to, że jeden z gatunków jest w stanie eksploatować inny zasób w celu ograniczenia konkurencji ze swoim partnerem.

W ten sposób zdolność gatunków do eksploatacji nowych zasobów i nowych siedlisk przyczyniła się z czasem do wzrostu różnorodności biologicznej.

Koewolucja

Różne interakcje, które mogą istnieć między organizmami różnych gatunków, mają konsekwencje ewolucyjne i są odpowiedzialne za część różnorodności biologicznej. Niektóre gatunki zapewniają zasoby swoim partnerom. Zatem zróżnicowanie jednego z nich przekłada się na zróżnicowanie drugiego gatunku.

Za źródło różnorodności uważa się również koewolucję drapieżników i ich ofiar. Jeśli drapieżnik generuje nową adaptację, towarzyszy temu (w niektórych przypadkach) adaptacja ofiary.

Bardzo obrazowym przykładem koewolucji i bioróżnorodności jest duża liczba roślin okrytonasiennych, związana z różnorodnością ich bezkręgowców zapylających.

Znaczenie

Społeczeństwo ludzkie zależy od różnorodności biologicznej na kilka sposobów. Ogólnie rzecz biorąc, wartość różnorodności biologicznej może być pojęciem subiektywnym i zależy od każdej osoby, więc wartość ta jest klasyfikowana jako wartość wewnętrzna lub wrodzona oraz wartość instrumentalna lub zewnętrzna.

Wartość wewnętrzna i zewnętrzna

Wartość zewnętrzna jest określana przez zastosowanie lub zastosowanie, jakie może mieć w społeczeństwie ludzkim - takie jak między innymi produkcja żywności, lekarstwa. Podobnie, wartość zewnętrzna może odnosić się do korzyści dla innych żywych istot, ale ludzie często są brani pod uwagę.

Na przykład różne owady, ptaki i ssaki odgrywają rolę zapylaczy w ekosystemach, pośrednicząc w rozmnażaniu znacznej liczby roślin ważnych z gospodarczego punktu widzenia. Przykładami tego są pszczoły i nietoperze.

W przeciwieństwie do tego, nieodłączna wartość różnorodności biologicznej jest obca usługom ekosystemu, które żywe istoty mogą zapewnić środowisku. Wychodzi z założenia, że ​​każdy organizm ma prawo do życia, tak jak mają je ludzie.

Wartość ta nie jest związana z wyglądem ani estetyką organizmu, ponieważ ten parametr jest częścią wartości zewnętrznych. Ponieważ koncepcja ma silny komponent filozoficzny, charakteryzuje się trudnością do zrozumienia. Na przykład niektórzy ekonomiści uważają, że ich definicja jest niekompletna.

Inne klasyfikacje

Istnieją inne sposoby klasyfikowania znaczenia różnorodności biologicznej, rozróżniania między organizmami posiadającymi pewną wartość ekonomiczną dla rynku a organizmami, którym takiej wartości brakuje.

Inne klasyfikacje są bardziej złożone i obejmują więcej kategorii. Na przykład klasyfikacja zaproponowana przez Kellerta (1996) obejmuje dziewięć kategorii: utylitarną, naturalistyczną, ekologiczno-naukową, estetyczną, symboliczną, humanistyczno-moralizatorską, dominionistyczną i negatywistyczną.

Różnorodność biologiczna w Ameryce Łacińskiej

W Ameryce Łacińskiej mamy do czynienia z dużą różnorodnością biologiczną. Obecnie duża liczba ekosystemów tych regionów jest zagrożona, głównie przez czynniki antropogeniczne.

Z tego powodu w większości krajów istnieją obszary chronione, takie jak parki, rezerwaty, rezerwaty i pomniki przyrody, które mają na celu ochronę gatunków regionu.

Poniżej opiszemy różnorodność biologiczną najważniejszych krajów Ameryki Łacińskiej o największej globalnej różnorodności.

Różnorodność biologiczna w Meksyku

Meksyk pod względem liczby gatunków jest krajem niezwykle zróżnicowanym, obejmującym prawie 70 000 gatunków zwierząt i roślin, z czego ponad 900 jest endemicznych dla regionu. Zajmuje jedno z pierwszych miejsc na świecie pod względem różnorodności.

Ta ogromna różnorodność biologiczna jest przypisywana kilku czynnikom, głównie złożonemu położeniu i topografii kraju oraz różnorodności klimatycznej. Na poziomie ekosystemu Meksyk jest równie zróżnicowany, prezentując wszelkiego rodzaju środowiska naturalne i ekoregiony.

Różnorodność biologiczna w Kolumbii

W tym ogromnym kraju występuje ponad 62 000 gatunków, z których kilka jest endemicznych dla Kolumbii. Występuje w nim największa liczba gatunków ptaków i orchidei na świecie.

Jeśli chodzi o ekosystemy, mamy do czynienia z dużą różnorodnością regionów. Kolumbijska różnorodność jest zwykle podzielona na tak zwane „gorące punkty różnorodności”, które odpowiadają regionom Andów i Tumbes-Chocó-Magdalena.

Różnorodność biologiczna w Peru

Dzięki rzeźbie terenu i położeniu geograficznemu Peru jest krajem o dużej różnorodności biologicznej. W rzeczywistości znajduje się również w krajach megawszechświata. Wiele z jego gatunków jest endemicznych dla tego regionu.

Jest zróżnicowany pod względem ekosystemów, z typowymi gatunkami oceanicznymi (pod wpływem prądów Niño i Humboldta), przybrzeżnymi pustyniami, różnymi typami lasów, puna, namorzynami, preriami, páramo, Amazonką i sawannami. .

Różnorodność biologiczna w Argentynie

Argentyna to kraj charakteryzujący się dużą różnorodnością biologiczną, która zapewnia życie na jej ogromnym obszarze geograficznym. Ze środowiskiem górskim, sawannami i klimatem subtropikalnym, Argentyna jest domem dla dużej liczby roślin i zwierząt, co podkreśla obecność dużych kotów i ssaków wodnych.

Różnorodność biologiczna w Wenezueli

Wenezuela to kraj o ogromnej różnorodności, w którym na całym terytorium występuje ponad 20 000 gatunków zwierząt i roślin. Podobnie jak we wspomnianych wyżej krajach, różnorodność często przypisuje się niejednorodności klimatycznej i topograficznej.

Jeśli chodzi o ekosystemy, Wenezuela przedstawia wszystkie rodzaje regionów, w tym lasy, równiny, páramos, sawanny, góry, pustynie itp., Z których każdy ma swoją typową grupę gatunków. Podobnie jak w poprzednich krajach, wiele gatunków jest endemicznych dla regionu.

Różnorodność biologiczna w Europie

Różnorodność biologiczna w Hiszpanii

Hiszpania wyróżnia się jedną z największych bioróżnorodności w całej Europie, co podkreśla obecność ssaków i gadów.

Stan półwyspu daje mu duże zróżnicowanie klimatyczne, co decyduje o liczebności gatunków i odróżniających go od reszty Europy. Ważną zmienną jest również rzeźba terenu w górach.

Bibliografia

1. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
2. Eldredge, N. (red.). (1992). Kryzys systematyki, ekologii i bioróżnorodności. Columbia University Press.
3. Freeman, S. i Herron, JC (2002). Analiza ewolucyjna. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Ewolucja. Sinauer.
5. Naeem, S., Chazdon, R., Duffy, JE, Prager, C. i Worm, B. (2016). Różnorodność biologiczna i dobrobyt ludzi: podstawowe ogniwo zrównoważonego rozwoju. Obrady. Nauki biologiczne, 283 (1844), 20162091.
6. Naeem, S., Prager, C., Weeks, B., Varga, A., Flynn, DF, Griffin, K.,… Schuster, W. (2016). Bioróżnorodność jako wielowymiarowy konstrukt: przegląd, ramy i studium przypadku wpływu roślinożerców na różnorodność biologiczną roślin. Obrady. Nauki biologiczne, 283 (1844), 20153005.
7. National Research Council. (1999). Perspektywy dotyczące różnorodności biologicznej: docenianie jej roli w ciągle zmieniającym się świecie. National Academies Press.
8. Scheiner, SM, Kosman, E., Presley, SJ i Willig, MR (2017). Składniki różnorodności biologicznej, ze szczególnym uwzględnieniem informacji filogenetycznej. Ekologia i ewolucja, 7 (16), 6444–6454.