Бойеро Л (2011) Широтные отклонения биологического разнообразия.
экология.NET 32

Широтные отклонения биологического разнообразия

Луз Бойеро
Школа тропической биологии
Университет Джеймса Кука
Австралия

Внимание: Эта статья постоянно проверяется и обновляется, по мере того как появляются новые результаты научных исследований. Таким образом, в ней представлена новейшая информация по данной теме.

Богатство тропиков: правда или вымысел?

Слово «тропический» обычно пробуждает образы густых джунглей, наполненных всевозможными существами, или кораллового рифа, полного разноцветных рыбок. Однако, «тропики», т.е. климатическая зона, простирающаяся приблизительно на 30 к северу и югу от экватора (Pringle 2000), также включают в себя огромные территории пустынь и саванн, которые, очевидно, не содержат такого большого разнообразия живых организмов.

Являются ли в таком случае тропики более биологически разнообразными, чем другие климатические зоны? По сути дела, это наиболее широко признаваемая и старейшая аксиома экологии (Hawkins 2001). Тропики отличаются необыкновенно высоким видовым богатством, или, если посмотреть с другой стороны, районы за пределами тропиков отличаются необыкновенно низким богатством видов (Blackburn and Gaston 1996).

Общие положения о широтных отклонениях биологического разнообразия.

Несмотря на признание общего факта широтных отклонений биологического разнообразия, наши знания склоняются к определенным систематическим группам, регионам и экосистемам. Во-первых, исследования в основном направлены на позвоночных животных, которые составляют меньше 5% всех видов на Земле. Например, некоторые млекопитающие в тропиках достигают пика своего видового богатства (Kaufman 1995), в то время как некоторые насекомые проявляют противоположные широтные отклонения (Kouki et al. 1994).

Во-вторых, отклонения биологического разнообразия, выявленные в северном полушарии, недействительны для южного полушария (Platnick 1991, Boyero 2002). Например, богатство видов сухопутных позвоночных больше в Центральной Америке, чем в Северной Америке, но то же самое недействительно относительно тропического и умеренного поясов Австралии (Schall and Pianka 1978). Видовое богатство одонаты на единицу площади одинаково в тропическом и умеренном поясах Южной Америки, в то время как оно приблизительно в 29 раз больше в Центральной Америке, чем в Северной Америке (Boyero 2002). Так называемый «северный уклон» (Platnick 1991) существует потому, что большинство исследований было проведено экологами из Северной Америки и Европы.

В-третьих, большая часть доступной информации относится к сухопутным или морским экосистемам, в то время как пресным водам было уделено мало внимания, даже несмотря на то, что в них обитает 20% видов позвоночных на Земле (Rohde 1998). Тем не менее, имеющиеся данные показывают, что разнообразие видов пресноводной рыбы и беспозвоночных больше в тропиках. Например, число видов рыб в тропических озерах намного больше, чем в озерах умеренных широт (напр.: 1450 видов в озерах Виктория, Танганьика и Малави против 212 видов в североамериканских Великих озерах и озере Байкал; Rohde 1998).

То же самое наблюдается и в реках (напр.: 2000 видов в Амазонке и 700 в Конго против 250 видов 250 видов в Миссиссипи и 70 в Дунае, Pringle 2000). Разнообразие некоторых видов беспозвоночных, обитающих в ручьях и реках, больше в тропиках Австралии (Boulton et al. 2005) и Америки (напр.: 25 видов одонаты и 32 эфемероптеры на единицу площади (106 км2) в Северной Америке против 717 видов одонаты и 206 эфемероптеры в Центральной Америке; Boyero 2002).

Региональное и местное разнообразие

При рассмотрении любого экологического явления (Levin 1992) и, особенно широтных особенностей видового разнообразия, пространственная шкала – один из основных факторов, которые следует принимать во внимание (Lyons and Willig 1999, Kaspari et al. 2003, Rahbeck 2005). Два основных подхода к явлению разнообразия – изучение регионального разнообразия (количества видов внутри региона) и изучение местного разнообразия (количества видов в определенной местности).

Количество видов внутри биома, континента или климатической зоны – примеры регионального разнообразия, которое определяется региональными факторами, такими как геология, климат, миграция или вымирание. В свою очередь, местное разнообразие относится к числу видов, например, внутри участка кораллового рифа или леса или в верховьях реки. Местное разнообразие обычно (но не всегда) тесно связано с региональным разнообразием (Caley and Schluter 1997), которое определяет набор доступных видов. Однако, члены этого видового набора могут присутствовать либо отсутствовать в данной местности в зависимости от местных факторов, таких как структура естественной среды, производительность, раздражимость или биологические взаимодействия (Rohde 1992, Rosenzweig and Abramsky 1993).

Например, в реках региональное разнообразие выше в тропиках (Boyero 2002, Boulton et al. 2005), в то время как местное разнообразие довольно постоянно в разных широтах или не проявляет явных широтных отклонений (Vinson & Hawkins 2003). Это можно объяснить более высокой текучестью или сменяемостью видов в тропических местностях, что было продемонстрировано на примере беспозвоночных (Lake et al. 1994) и предполагается также по отношению к речным лягушкам (Boulton et al. 2005). В то время как биогеографические процессы могут вызывать более высокое видовое богатство в тропиках для многих систематических групп, очень разнообразная и непредсказуемая речная среда обитания накладывает верхнюю границу на местное разнообразие и гомогенизирует число местных видов на планете (Boulton et al. 2005). Эта среда обитания, в высшей степени неоднородная на относительно небольших участках, тем не менее необычайно одинакова по всему миру (Hynes 1970), что делает реки идеальными условиями для проверки гипотезы о широкомасштабном разнообразии и экологических отклонениях (Vinson and Hawkins 2003). Тем не менее, местное разнообразие речных рыб, очевидно, подвергается довольно сильному региональному влиянию (Angermeier and Winston 1998), и то же самое происходит со многими группами организмов в экосистемах суши и морских экосистемах (Caley and Schluter 1997).

Причины широтных отклонений биологического разнообразия

Определяющим фактором биологического разнообразия является, наверняка, не широта сама по себе, а широтные изменения факторов окружающей среды. Было предложено более 25 различных механизмов образования широтных отклонений биологического разнообразия, но согласие пока не достигнуто (Gaston 2000).

Один из факторов, предложенных в качестве причины широтных отклонений биологического разнообразия, это площадь климатических зон. Тропический массив имеет большую площадь поверхности с одинаковым климатом, чем массивы в более высоких широтах с одинаково небольшими колебаниями температуры (Rosenzweig 1992). Это может быть связано с большим количеством видов и меньшим уровнем вымирания в тропиках (Rosenzweig 1992, Gaston 2000, Buzas et al. 2002). Более того, большая часть поверхности Земли когда-то была занята тропиками или субтропиками, что могло бы частично объяснить сегодняшнее более высокое разнообразие в тропиках как итог исторических эволюционных процессов (Ricklefs 2004).

Большее количество солнечного излучения в тропиках увеличивает производительность, которая в свою очередь должно увеличивать биологическое разнообразие. Однако, производительность может объяснить только почему в тропиках больше общей биомассы, а не почему эта биомасса разделяется на большее число индивидов, а эти индивиды на большее число видов (Blackburn and Gaston 1996). Размеры тела и плотность популяции в тропиках, как правило, ниже, что предполагает большее количество видов, но причины и взаимодействия этих трех величин сложны и все еще неоднозначны (Blackburn and Gaston 1996).

Более высокие температуры в тропиках могут вызвать более частую сменяемость поколений и более высокий уровень мутаций, таким образом ускоряя образование новых видов в тропиках (Rohde 1992). Образование видов также может ускоряться за счет большей комплексности среды обитания в тропиках, хотя это не относится к пресноводным экосистемам. Наиболее вероятное объяснение – это комбинация различных факторов, и предполагается, что различные факторы по-разному влияют на различные группы организмов, регионы (напр.Северное и Южное полушарие) и экосистемы, создавая различные образцы, которые мы наблюдаем.

Важность понимания широтных отклонений биологического разнообразия

Понимание глобального распределения биологического разнообразия - это одна из наиболее важных задач экологов и биогеографов (Gaston 2000). Но, помимо чисто научных целей, это понимание важно для решения практических вопросов, которые беспокоят человечество, таких как подавляющее распространение некоторых видов, контроль над распространением заболеваний и возможные эффекты глобальных изменений окружающей среды, связанных с изменениями биологического разнообразия (Gaston 2000).

Тропические районы, обычно расположенные в развивающихся странах, играют огромную роль в этой ситуации, так как в них уровень деградации естественной среды и уменьшения биологического разнообразия очень высок. Подобно тому, как очень мало было информации о «естественных» условиях умеренных экосистем до того, как они подверглись огромным изменениям, сегодня информация о тропиках также очень ограниченна. Разница в том, что сегодня еще не слишком поздно, чтобы собрать эту информацию (Pringle 2000).

Литература

Angermeier PL, Winston MR (1998) Local vs. regional influences on local diversity in stream fish communities of Virginia. Ecology 79: 911-927

Blackburn TM, Gaston KJ (1996) A sideways look at patterns in species richness, or why there are so few species outside the tropics. Biodiversity Letters 3: 44-53

Boulton AJ, Boyero L, Covich AP, Dobson MK, Lake PS, Pearson RG (2005) Are tropical streams ecologically different from temperate streams? In Tropical Stream Ecology. Dudgeon D, Cressa C (eds.). Academic Press, San Diego (Aquatic Ecology Series) (in press)

Boyero L (2002) Insect biodiversity in freshwater ecosystems: is there any latitudinal gradient? Marine and Freshwater Research 53: 753-755

Boyero L (2003) Multiscale patterns of spatial variation of stream macroinvertebrate communities. Ecological Research 18: 365-379

Boyero L, Bosch J (2004) The effect of riffle-scale environmental heterogeneity on macroinvertebrate communities in a tropical stream. Hydrobiologia 524: 125-132

Buzas MA, Collins LS, Culver SJ (2002) Latitudinal difference in biodiversity caused by higher tropical rate of increase. Proceedings of the National Academy of Sciences 99: 7841-7843

Caley MJ, Schluter D (1997) The relationship between local and regional diversity. Ecology 78: 70-80

Gaston KJ (2000) Global patterns in biodiversity. Nature 405: 220-227

Hawkins BA (2001) Ecology's oldest pattern? Trends in Ecology and Evolution 16: 470

Hynes HBN (1970) The ecology of running waters. University of Toronto Press, Toronto

Kaspari M, Yuan M, Alonso L (2003) Spatial grain and the causes of regional diversity gradients in ants. American Naturalist 161: 459-477

Kaufman DM (1995) Diversity of New World mammals: universality of the latitudinal gradients of species and bauplans. Journal of Mammalogy 76: 322-334

Kouki J, Niemelä P, Viitasaari M (1994) Reversed latitudinal gradient in species richness of sawflies (Hymenoptera, Symphyta). Annales Zoologici Fennici 31: 83-88

Lake PS, Schreiber ESG, Milne BJ, Pearson RG (1994) Species richness in streams: patterns over time, with stream size and with latitude. Verhandlungen Internationale Vereinigung für Theoretische und Angewandte Limnologie 25: 1822-1826

Levin SA (1992) The problem of pattern and scale in ecology. Ecology 73: 1943-1967

Lyons SK, Willig MR (1999) A hemispheric assessment of scale dependence in latitudinal gradients of species richness. Ecology 80: 2483-2491

Platnick NI (1991) Patterns of biodiversity: tropical vs. temperate. Journal of Natural History 25: 1083-1088

Pringle CM (2000) River conservation in tropical versus temperate latitudes. Pp. 371-384 in Global Perspectives on River Conservation: Science, Policy and Practice. Boon PJ, Davies BR, Petts GE (eds). John Wiley & Sons Ltd

Rahbeck C (2005) The role of spatial scale and the perception of large-scale species-richness patterns. Ecology Letters 8: 224-239

Ricklefs RE (2004) A comprehensive framework for global patterns in biodiversity. Ecology Letters 7: 1-15

Rohde K (1992) Latitudinal gradients in species diversity: the search for the primary cause. Oikos 65: 514-527

Rohde K (1998) Latitudinal gradients in species diversity: area matters, but how much? Oikos 82: 184-190

Rosenzweig ML (1992) Species diversity gradients: we know more and less than we thought. Journal of Mammalogy 73: 715-730

Rosenzweig ML, Abramsky Z (1993) How are diversity and productivity related? Pp. 52–65. In Species diversity in ecological communities.  Ricklefs RE, Schluter D (eds). University of Chicago Press, Chicago

Schall JJ, Pianka ER (1978) Geographical trends in numbers of species. Science 201: 679-686

Vinson MR, Hawkins CP (2003) Broad-scale geographical patterns in local stream insect genera richness. Ecography 26: 751-767

Информация об этой статье

Эта статья также доступна на следующих языках

англ.    порт.    исп.

Автор: Луз Бойеро (Luz Boyero, PhD in Biology)

Фото: Мухоловка из семейства Tyrannidae. Это семейство насчитывает более 400 видов и является крупнейшим семейством птиц в Западном полушарии, оно также является эндемическим в этом регионе. Как и многие (но не все) систематические группы растений и животных, Tyrannidae проявляют широтные отклонения биологического разнообразия: большинство видов выводит потомство в тропиках и относительно немного – в Северной Америке и на юге Южной Америки. Фото выполнено в Коста-Рике Майклом Дакетом Фаулером (США)

Правильная ссылка:

Бойеро Л  2011  Широтные отклонения биологического разнообразия. экология.NET 32

Если вам известны какие-либо важные научные публикации о законах экологии популяций, которые не упоминаются в этой статье, или иные предложения по ее улучшению, пожалуйста, свяжитесь с автором по электронной почте:

luz.boyero {at} jcu.edu.au

© Copyright 2005-2011 Ecology Online Sweden.

обзоры

русский
english
español
français
português

العربية
বাংলা

deutsch
filipino
한국어
עִבְרִית
हिन्दी
malagasy
bahasa melayu
日本語
norsk
runa simi
suomi
svenska
ไทย
tiếng việt
中文

Экология Онлайн
добровольно

главная