Bioróżnorodność to złożone pojęcie. Kryje się za nim ocena heterogeniczności, rozpatrywanej na kilku poziomach: genetycznym, gatunkowym i ekosystemowym. Mimo swojej złożoności jest użyteczne, gdyż może być miarą funkcjonowania najbardziej skomplikowanych układów ekologicznych.

Ocena różnorodności genetycznej

Ocena różnorodności genetycznej dotyczy puli genowej wszystkich organizmów z uwzględnieniem zróżnicowania genów i ich alleli w obrębie gatunku. Jeśli jakiś organizm ginie, z puli nieodwracalnie znikają jego geny. Można analizować genotypy osobników danego gatunku (to tzw. metoda „genetycznego odcisku palca”) lub obserwować zmienność osobników w jego obrębie.

RVxzfDwFB2a5B1

Na zdjęciu jest gepard. Dziki kot, ma krótki pysk i wysoko umieszczone oczy. Jego futro jest ozdobione okrągłymi czarnymi plamkami i czarnymi liniami po bokach pyska.

Przykładem zastosowania pierwszej z wymienionych metod może być badanie populacji gepardów grzywiastych z Afryki (Acinonyx jubatus) w latach 80. ubiegłego wieku, które wykazało bardzo małe zróżnicowanie ich genotypów – tak małe, że przeszczepy od niespokrewnionych osobników nie były odrzucane. Taka jednorodność genetyczna jest bardzo niebezpieczna dla przetrwania gatunku – jego przedstawiciele przy zmianie warunków zasiedlanego środowiska nie będą w stanie wykształcić przystosowań pozwalających im na przeżycie.

Ciekawostka

RXU8mmPqXjZl9

Na zdjęciu zielony liść ziemniaka. W centralnej części liścia znajduje się ciemna plama.

RDGD8ecjp7dVE

Na zdjęciu mikroskopowym gatunek grzybopodobnego organizmu, który powoduje zarazę ziemniaczaną. Kształtem przypomina gałązki z kilkoma listkami na ich szczycie.

W Irlandii w XIX w uprawiano tylko dwie odmiany ziemniaków, obie wrażliwe na zarazę ziemniaczaną (Phytophora infestans). W 1845 r. zniszczyła ona zbiory stanowiące podstawę wyżywienia biedoty. Nie było więc ziemniaków do posadzenia, ani plonów w kolejnym roku. W rezultacie w czasie tzw. Wielkiego Głodu w 1847 r. zmarło milion ludzi, a drugie tyle emigrowało do Ameryki. Populacja Irlandii zmniejszyła się o ponad 25%. Zbyt małe zróżnicowanie genetyczne – brak możliwości obrony przed patogenem – miało fatalne skutki dla ziemniaków – i ludzi.

Druga z metod oceny różnorodności genetycznej polega na obserwacji zmienności osobniczej w obrębie gatunku. Wyniki obserwacji kolorów i rozmieszczenia pasków na muszli ślimaka wstężyka gajowego (Cepaea nemoralis) są pośrednim wskaźnikiem zróżnicowania genetycznego tego gatunku.

Ocena różnorodności gatunkowej

Ocena różnorodności gatunkowej dotyczy określenia liczby gatunków na świecie i zróżnicowania między nimi. Można policzyć gatunki na jakimś obszarze (bogactwo gatunkowe) i częstość ich występowania (równocenność). Można też oszacować straty na jakimś terenie lub ocenić ryzyko wymarcia gatunku.

Wyznaczniki wysokiej różnorodności gatunkowej na określonym terenie

Istnieją duże trudności w oszacowaniu liczby gatunków na Ziemi, przy czym ze względu na charakter środowiska wodnego określenie ilości żyjących w nim gatunków jest dużo bardziej skomplikowane niż gatunków lądowych. Tych ostatnich jest wprawdzie dużo więcej, ale łatwiej je obserwować. Wiele gatunków zostało jeszcze nieodkrytych. Dotyczy to zwłaszcza owadów oraz szczególnie trudnych do oszacowania gatunków bakterii, których liczba w dużym przybliżeniu wynosi 10 mln. Ponadto niektóre trudno dostępne środowiska nie zostały jeszcze dokładnie poznane.

Ciekawostka

R7ehqQpmr31KA

Na zdjęciu jest orangutan tapanulijski. Małpa siedzi na gałęzi drzewa. Ma długie ręce i charakterystyczną pomarańczową sierść. Na twarzy małpy widoczne są szerokie talerze policzkowe i małe oczy.

Orangutan Tapanuli (Pongo tapanuliensis) jest pierwszym gatunkiem małp należących do człowiekowatych opisanym w tym stuleciu. Populacja, licząca około 800 osobników, została opisana dopiero w 2017 r. Zwierzęta te, żyjące na Sumatrze Północnej w Indonezji, zaliczane są do gatunków krytycznie zagrożonych.

Zróżnicowanie gatunkowe jakiegoś ekosystemu najczęściej traktuje się jako wskaźnik bioróżnorodności, bo jest stosunkowo łatwe do opisu i analizy. Jednak wynik takiej oceny należy ostrożnie interpretować. W bardzo trudnych warunkach, np. w jeziorach lobeliowychlobeliowe jeziorojeziorach lobeliowych czy na skałach pustyń lodowych, żyje niewiele gatunków, ale bardzo dobrze przystosowanych do środowiska i przez to unikalnych. Tego typu siedliska są ważne i cenne, nawet jeśli wykazują niską bioróżnorodność.

Ocena różnorodności ekosystemowej

Ocena różnorodności ekosystemowej, polega na wskazaniu liczby ekosystemów istniejących na świecie, relacji między biotopem i biocenozą oraz powiązań między gatunkami. Podstawową przeszkodą w precyzyjnym określeniu wymienionych wyznaczników jest brak wyraźnych granic między ekosystemami. Można mierzyć zasięg siedlisk odpowiednich dla gatunku i analizować przyczyny jego zmian albo określać produktywność ekosystemu. Ocena różnorodności ekosystemowej wiąże się z oceną zróżnicowania krajobrazu: region, na którego obszarze występuje wiele różnorodnych siedlisk, ma też duże bogactwo zajmujących je gatunków, w odróżnieniu od terenu z małym zróżnicowaniem siedliskowym. I nie chodzi tu wyłącznie o tereny dziewicze, niezagospodarowane. Jeśli porówna się tradycyjny, mozaikowy krajobraz rolniczy z licznymi małymi pasami pól uprawnych, łąkami, pastwiskami, zaroślami, mokradłami, stawami i strumieniami, z krajobrazem współczesnego rolnictwa, który tworzą duże pola uprawiane przez maszyny, bez miedz, zadrzewień śródpolnych, które są zdrenowane i pozbawione mokradeł, łatwo wskazać ten, który sprzyja większej bioróżnorodności.

Wskaźniki bioróżnorodności

Nie ma jednego wskaźnika, który mógłby opisać całe bogactwo życia, dlatego oceny bioróżnorodności na wielu poziomach dokonuje się z użyciem odmiennych metod. Najczęściej bada się wybrane rośliny i zwierzęta wskaźnikowewskaźnikowy gatunekrośliny i zwierzęta wskaźnikowe (w przypadku ptaków tzw. gatunki flagoweflagowy gatunekgatunki flagowe), zarówno bardzo rzadkie, jak i pospolite. Można też dokonać pomiaru składu gatunkowego jakiegoś siedliska na określonej powierzchni, do czego najlepiej nadaje się metoda kwadratówmetoda kwadratówmetoda kwadratów i obserwacje. Prowadzi się też monitoringmonitoringmonitoring określonego gatunku w określonym czasie (obserwacje liczebności i występowania), porównując dane z kilku lat. Oceniając bioróżnorodność lokalnie, wyciągamy wnioski co do trendów regionalnych i globalnych z ryzykiem popełnienia błędu.

Indeks Simpsona

Szczególnie często używanym wskaźnikiem bioróżnorodności jest indeks Simpsona (D), wyrażający prawdopodobieństwo spotkania w próbie losowej dwóch osobników, należących do tego samego gatunku. Tym samym określa on różnorodność gatunkową danego siedliska. Wskaźnik równy 0 określa nieskończoną różnorodność, a równy 1 – całkowity brak różnorodności. Oznaczenia te są sprzeczne z intuicyjną oceną wielkości, dlatego często używa się modyfikacji indeksu Simpsona wynoszącej 1/D lub 1 − D.

Poniższy wzór służy do obliczania indeksu Simpsona.

D – indeks Simpsona

n – całkowita liczba osobników danego gatunku

N – liczba osobników wszystkich gatunków

Załóżmy, że przeprowadzono badania na dwóch łąkach, a otrzymane wyniki przedstawiono w poniższej tabeli.

Przeanalizujmy dane z tabeli i obliczmy indeks Simpsona dla obu obszarów.

Bogactwo gatunków (3) i liczba osobników (100) na obu terenach jest taka sama, ale na łące B dominują kaczeńce.

Obliczanie indeksu Simpsona dla obszaru A

• Wynik równania n(n − 1) dla stokrotki wynosi 600 (25 × 24 = 600), dla mniszka – 1190 (35 × 34 = 1190), a dla kaczeńca – 1560 (40 × 39 = 1560). Suma wszystkich otrzymanych liczb wynosi 3350 (600 + 1190 + 1560 = 3350).

• Wynik równania N(N − 1) wynosi 9900 (100 × 99 = 9900).

• Indeks Simpsona (D) dla obszaru A wynosi zatem 0,338 (3350/9900 = 0,338), czyli oznacza wysoką bioróżnorodność.

Obliczanie indeksu Simpsona dla obszaru B

• Wynik równania n(n − 1) dla stokrotki wynosi 90 (10 × 9 = 90), dla mniszka – 380 (20 × 19 = 380), a dla kaczeńca 4830 (70 × 69 = 4830). Suma wszystkich otrzymanych liczb wynosi 5300 (90 + 380 + 4830 = 5300).

• Wynik równania N(N − 1) wynosi 9900 (100 × 99 = 9900).

• Indeks Simpsona (D) dla obszaru A wynosi zatem 0,535 (5300/9900 = 0,535), czyli oznacza średnią bioróżnorodność.

Jeśli do obliczeń wykorzystamy wskaźnik 1 − D, przyjmując, że 1 oznacza największą bioróżnorodność, dla obszaru A otrzymamy wynik 0,662, a dla obszaru B – 0,465. Pierwszy oznacza wysoką bioróżnorodność, a drugi – średnią.

Słownik