zoogeografia -...

ZOOGEOGRAFIA

prof. nadzw. dr hab. Michał Grabowski

michalg@biol.uni.lodz.pl

Co to jest zoogeografia?

Nauka zajmująca się geograficznym

rozmieszczeniem gatunków zwierząt

na kuli ziemskiej.

Podejście tradycyjne = zoogeografia opisowa

Badanie rozmieszczenia organizmów,

obecnie i w przeszłości.

Podejście współczesne = zoogeografia dynamiczna

Badania wszystkich przejawów przestrzennej (geograficznej) zmienności w przyrodzie, od genów

po ekosystemy.

Składowe bioróżnorodności zmieniające się w gradientach geograficznych.

• Dlaczego różne regiony globu, mimo podobnych warunków, zamieszkują różne gatunki?

• Jakie czynniki fizyczne i biologiczne ograniczają zasięgi gatunków?

• Jak wydarzenia w historii Ziemi (ruch kontynentów, zlodowacenia) wpłynęły na rozmieszczenie organizmów?

• Jak zmieniają się w gradiencie geograficznym właściwości funkcjonalne ekosystemów (np. naturalna produkcja pierwotna, dekompozycja, bioróżnorodność)?

• Jak wyjaśnić wzorce rozmieszczenia zespołów organizmów na „wyspach”?

• Jak wyjaśnić osobliwości (gigantyzm lub skarlenie) fauny wysp?

• Jak zmieniają się właściwości organizmów (wielkość ciała, metabolizm i inne adaptacje) w gradiencie geograficznym?

Program badawczy współczesnej zoogeografii

Pytanie podstawowe

Z czego wynika zróżnicowanie różnorodności biotycznej na powierzchni

Ziemi?

Różne ujęcia problematyki badań

• biogeografia chorologiczna

• biogeografia ekologiczna

• biogeografia historyczna

• biogeografie szczegółowe

Biogeografia chorologiczna

Badanie morfologii i dynamiki zasięgów poszczególnych taksonów.

Regionalizacje zoogeograficzne.

Biogeografia ekologiczna = ekogeografia

Wyjaśnianie aktualnego rozmieszczenia gatunków w oparciu o interakcje między

organizmami i między nimi a środowiskiem.

Poznanie zróżnicowania typologicznego układów biotycznych, ich przemian w czasie i

przestrzeni oraz stopnia uzależnienia od czynników zewnętrznych.

Przykładowe pytania

• Co ogranicza obecny zasięg gatunku?

• Jaką rolę odgrywają czynniki środowiska?

• Dlaczego w tropikach jest więcej gatunków niż gdzie indziej?

• Dlaczego liczba endemitów w niektórych rejonach jest wyższa niż w innych?

• Skąd bierze się odrębność fauny i flory wysp?

Biogeografia historyczna

Geneza współczesnej fauny oraz zasięgów poszczególnych taksonów i układów

ekologicznych.

Pochodzenie, rozprzestrzenianie się i wymieranie taksonów; wielka skala czasowa i

przestrzenna.

Przykładowe pytania

Kiedy i w jaki sposób doszło do obecnego rozmieszczenia taksonów?

Jaki wpływ miały na to czynniki geologiczne i klimatyczne?

Gdzie żyją najbliżsi krewni danego taksonu? Gdzie żyli jego/ich przodkowie?

– Dlaczego blisko spokrewnione taksony występują blisko siebie albo w oddaleniu?

– Skąd bierze się odrębność fauny wysp?

Biogeografie szczegółowe

Badanie wpływu poszczególnych czynników środowiskowych na właściwości organizmów,

uwidaczniające się w ich zróżnicowaniu przestrzennym.

Biogeografie szczegółowe

• fizjologiczna

• morfoanatomiczna

• cytogenetyczna

• rozwojowa

• behawioralna

• kulturowa

Metodologia badań biogeograficznych

• Ewolucyjne podejście do przedmiotu badań (rozmieszczenie taksonów, środowisko ich życia)

• Wykorzystanie metod ilościowych (statystycznych) przy porównaniu fauny analizowanych obszarów.

• Oparcie badań/analiz o grupy/taksony modelowe (najlepiej poznane).

• Przyjęcie danych paleontologicznych jako równoważnych współczesnym.

De Candolle i Wallace, I poł. XX wieku

Metodologia badań biogeograficznych

• ekologia – teoria równowagi w biogeografii wysp (McArthur & Wislon 1967)

• taksonomia kladystyczna (Hennig 1966)

• genetyka – filogenetyka molekularna, zegar molekularny

• geologia i paleoklimatologia

Filogeografia

Badanie przyczyn, procesów i skutków geograficznego rozmieszczenia linii

genealogicznych organizmów.

Integracja programów i metod badawczych taksonomii, filogenetyki, genetyki populacji

oraz fizjologii i ekologii.

Avise 1987

Metody ilościowe

• metody bezwzględne/absolutne – liczba osobników/taksonów na jednostkę powierzchni, udział taksonów w faunie danego obszaru

• metody względne – wskaźniki służące do porównywania różnych obszarów, zależności i modele matematyczne

Metody rekonstrukcyjne

• ewolucja fauny w czasie i przestrzeni

• integracja wiedzy z różnych dziedzin

• zasada parsymonii w datowania zjawisk

Metody regionalizacyjne

• łączenie układów heterogenicznych (obszarów) we wspólne jednostki (regiony) na podstawie a priori założonych kryteriów i w określonym celu.

• struktura hierarchiczna regionów

• kryteria podziałów regionalizacyjnych

Kryteria podziałów regionalizacyjnych

• różnicowe

• taksonów zastępczych

• pokrewieństwa

• geoekologiczne

• historyczne

• typologiczno przestrzenne

Kryterium różnicowe

• historycznie najstarsze

• na podstawie zasięgu taksonów endemicznych

• granice regionu wyznaczane są przez granice zasięgów endemitów

Kryterium taksonów zastępczych

• istnienie taksonów zastępujących się geograficznie – wikaryzujących (wikariantów)

• granice zasięgów taksonów wikaryzujących są granicami regionów zoogeograficznych

• im wyższej rangi są taksony tym wyższej rangi regiony (jednostki) zoogeograficzne

Kryterium geoekologiczne

• podstawą wyróżniania regionów jest zróżnicowanie środowiska abiotycznego (zwłaszcza klimatu)

• podstawą regionalizacji są dominujące cechy autoekologiczne i synekologiczne (strategie rozrodu, typy konkurencji i symbiozy, ploidalność, ekokliny, itd.

Kryterium historyczne

• regionalizacja na podstawie czasu przybycia i trwałego zasiedlenia danego obszaru przez taksony

• określenie centr rozwoju taksonu (diversity hot-spots, speciation hot-spots)

• jedność historyczna układów występujących na danym obszarze

Metody typologiczno-przestrzenne

• wyróżnianie jednostek o podobnej strukturze ekologicznej (typów)

• Każdy typ zajmuje miejsce wyznaczane przez zespół warunków zewnętrznych (klimat, trofia, hipsometria itd.)

• Rozmieszczenie typów jest mozaikowe

• Podobne jednostki typologiczne mogą być oddalone przestrzennie (np. stepy, góry)

Metody typologiczno-przestrzenne

• typologiczne jednostki biogeograficzne to np. biocenozy, ekosystemy, biomy

• mają układ hierarchiczny

• typologia formacyjna (podobieństwo morfologiczne)

• typologia socjologiczna (podobny skład gatunkowy)

Czynniki, od których zależy rozmieszczenie organizmów na Ziemi

zewnętrzne:

KLIMAT DOSTĘPNOŚĆ POKARMU DZIAŁALNOŚĆ CZŁOWIEKA wewnętrzne:

ZDOLNOŚCI PRZYSTOSOWAWCZE

Tolerancja ekologiczna

Stenobionty Eurybionty

Prawo minimum Liebiga - czynnik, którego jest najmniej (jest w minimum) działa ograniczająco na organizm Zasada tolerancji ekologicznej Shelforda - niedobór, jak i nadmiar różnych czynników wpływa na organizm ograniczająco zakres tolerancji: minimum - maksimum

Określają habitat/mikrohabitat organizmu

Tolerancja ekologiczna

Ekokliny - kierunkowe zmiany przystosowawcze organizmów, zależne od gradientu klimatycznego (północ – południe lub wschód – zachód), stały się podstawą sformułowania reguł ekogeograficznych: - reguły Bergmana, - reguły Allena, - reguły Glogera.

Reguła Bergmana

Rasy zwierząt stałocieplnych występujących na północy mają większe rozmiary niż rasy rozmieszczone bardziej na południe.

Alcedo atthis ispida Europa

Alcedo atthis pallida Syria, Palestyna

Alcedo atthis bengalensis Indie, Indonezja

N S

Jeleń wirgilijski Odocoileus virginianus (Cervidae)

Reguła Allena

Zwierzęta występujące na północy mają mniejsze wystające części ciała i są okryte lepszą warstwą izolacyjną.

Reguła Glogera

Rasy północne są słabiej pigmentowane niż rasy południowe.

podstawowa jednostka badawcza w biogeografii : zasięg występowania

Kształty zasięgów: zasięg ciągły - zasięg, w obrębie którego osobniki danego gatunku

występują wszędzie tam, gdzie istnieją dla nich odpowiednie warunki bytowania;

zasięg rozerwany (dysjunktywny) - składa się z kilku zasięgów

oddzielonych od siebie rozległymi przestrzeniami, na których brak danego gatunku, choć na obszarach tych panują warunki dogodne dla egzystencji tego gatunku;

zasięg ciągły kretowatych

zasięg dysjunktywny tapirów

zasięg słonia afrykanskiego Loxodonta africana

Wielkość zasięgu

TAKSONY KOSMOPOLITYCZNE TAKSONY ENDEMICZNE

zasięg humbaka Megaptera novaeangliae

występowanie bocianowych Ciconiiformes

występowanie krukowatych Corvidae

zasięg zimorodka Alcedo atthis

występowanie dwóch gatunków goryli Gorilla sp.

Fauna Jeziora Bajkał – 80% endemitów