Přednášející: Radek Lučan Kat. zoologie Viničná Lubomír Hrouda Kat. botaniky Benátská 2

Transkript

1 Přednášející: Radek Lučan Kat. zoologie Viničná 7 rlucan@centrum.cz Lubomír Hrouda Kat. botaniky Benátská 2 Pavel Hulva Kat. zoologie Viničná 7 hulva@natur.cuni.cz

2 Učebnice Moderní česká učebnice chybí, rámcový úvodní přehled: Hájek et al Úvod do biogeografie. Biologická olympiáda. Praha Biogeografie in Rosypal et al. 2002: Přehled biologie Storch D a Mihulka 2001: Úvod do současné ekologie. Paseka Praha. Wilson EO 1995: Rozmanitost života. LN Praha Raup DM 1995: O zániku druhů. LN Praha Lavelock J. 1994: Gaia. MF Praha. Buchar J 1983: Zoogeografie. SPN Praha Sedlag U 1986: Zvířata na zeměkouli. Panorama Praha. Lomolino M.V., B.R.Riddle, J.H.Brown: Biogeography. Sinauer, Mass.2006 Brown J a Lomolino 1998, 2003: Biogeography. Sinauer Publ.,Sunderlands, Mass. Huggett, R.J. 2004: Fundamentals of Biogeography. Routlege, London. Whittaker RJ & Fernández-Palacios JM 2007: Island Biogeography. Oxford Univ.Press Cox CB a Moore PD 1993: Biogeography. An Ecological and Evolutionary Approach. Blackwell. Avise JC 2000: Phylogeography. Harvard Univ. London. Hengeveld R 1992: Dynamic Biogeography. Cambridgge Univ.Press. Nelson G a Platnick N 1981: Systematics and biogeography. Columbia Univ. NY Sedlag U et al. 1984: Biogeographie, Artbildung, Evolution. Fischer Jena. Mueller P 1982: Arealsysteme und Biogeographie. Ulmer Stuttgart Walter H 1979: Vegetation und Klimazonen. Ulmer Stuttgart. Crisci et al Historical Biogeography. An introduction. Harvard University Press.

3

4

5

6 Požadavky znalostí ke zkoušce botanika + zoologie v rozsahu základních přednášek na PřF UK znalost problematiky probrané na přednáškách + celá kniha zkouška probíhá ústně Naše prezentace + další studijní materiály:

7 Biogeografie?

8 Země a Biosféra Biosféra: ca tun (90% rostliny - ca 0,5 mil spp., 10% živočichové - ca 8 mil spp., většina živ. biomasy v moři): hmotnosti Země - 5 mm povrchu souvislý (avšak velmi řídký!) film pokrývající povrch planety aktivní rozhraní pevné, kapalné a plynné fáze: atmosféry, hydrosféry a lithosféry Nekonečná rozmanitost vzájemných vazeb a interakcí.

9 Flora (rostlinstvo) + Fauna (živočišstvo) = Biota: integrita jednotlivých složek biosféry včetně jejich vzájemných vztahů

10 Základní typy prostředí - biocykly: biochory : biomy

11 Oceán: 70,8 % povrchu Země, prům.hloubka 3800 m: 1,4 x 10 9 km 3 = 96% vody Ledovce 24 x 10 6 km 3 1,8% (glaciály: 70 x 10 6 km 3, 5,5 %) Sladké vody 10,5 x 10 6 km 3 0,75% Atmosféra 0,015 x10 6 km 3 0,001%

12 Oceány Oživen celý profil (0-11 km) Homogenita prostředí a homogenita bioty Živočišná biomasa > rostlinná Shodná společenstva v obdobných podmínkách Metazoa: ca druhů, ale 35 kmenů, z toho 15 výlučně, 6 takřka výlučně v moři Absence vyšších rostlin Vývojově starší biota, společenstva členěná především ekologickou diferenciací Hlavní doména destruentů (bakterie etc.) - zákl. orgán metabolismu biosféry Kontinenty Oživena jen tenká vrstva litosféry Geografická heterogenita a heterogenita bioty Rostlinná biomasa >>živočišná (Eltonova pyramida etc.) Odlišná společenstva v obdobných podmínkách (vikariance) Metazoa: ca druhů, ale 26 kmenů, pouze 2 výlučně na pevnině Dominance vyšších rostlin Vývojově mladší biota, podstatný efekt geografické diferenciace a historických faktorů (změny kontinentů, reliéfu, substrátu apod.)

13 Oceány 362 * 10 6 km 2 71% povrchu Země m 27*10 6 km 2 (7,6 %) - veškerá produkce, 76% m Pomalá tepelná konduktance, Vysoká termostabilita Malá mocnost kůry (5-6 km) Jednoduchá stavba kůry (basalt) Intensivní endogenní změny: rozšiřování oceanického dna (oceanické hřbety) Převaha velkých lineárních struktur Kontinenty 148 *10 6 km 2 29% povrchuzemě m: 37*10 6 km m - 70 % souše Rychlá tepelná konduktance termolabilita Větší mocnost kůry (ca 30 km) Složitá stavba kůra (žulová a čedičová vrstva) Složité morfostruktury a malým plošným rozsahem Plošně menší výskyt vulkanických struktur Pomalé endogenní procesy, avšak značná dynamika reliéfu

14 Marinní biocyklus

15 Kontinentální šelf kontinentální práh klesání 70 o Mořské prostředí -abysální planiny Neritický (=litorální) vs. oceanický cyklus

16 Světlo a produkce Eufotická zóna neritický cykl m (zakal.) oceanická (=epipelagiál): 200 m fotosyntéza (produkce > respirace) Dysfotická zóna (ocean. cyklus: mesopelagiál) šero, maximální koncentrace živin Afotická zóna: bathypelagiál tma a zima allochtonní zdroj živin bioluminicence chemolithotrofie

17

18 Základní biochory moře Bentál (dno) Litorál m (7,6% plochy dna) Bathyál m (4.3 %) Abysál m (87 %) Hadál ( m) 1,2 % Pelagiál (vodní sloupec) : Epipelagiál (eufotická zóna - do 200 m) Mesopelagiál (vertikální migrace) Bathypelagiál vs. Pleustál (hladina)

19 Marinní biocyklus Teplotní rozvrstvení :

20 Hlubokomořská fauna

21 V moři téměř chybí cévnaté rostliny!

22 Marinní biocyklus je globální Cirkulace oceanických mas termohalinní výměník základní zdroj klimatické stability Země Povrchové mořské proudy

23 THC oceanický termohalinní výměník NADW 15 Mt /s povrchová & hlubinná cirkulace oceanických vod SODW 21 Mt/s

24 Sněhová pokrývka na severní polokouli Klimatické důsledky: Zasahuje výrazně jižněji v severní Americe - efekt THC

25 Oceán - metabolický výměník globálního ekosystému Oceanický fytoplankton (srv. efekt pevnin)

26 Struktura globálního klimatu Nerovnoměrný ohřev, Coriolisova síla Pasáty, intertropická konvergence, Hadleyův okruh, aridisace subtropů Polární fronta a sezonalita Monzunové oblasti a sezonalita vnějších tropů

27 Pohyb vzduchových mas Ultimátní faktor : Coriolisova síla 0 km/h 830 km/h 1700 km/h Na severní polokouli se otáčejí tlakové níže vždy doleva a tlakové výše doprava, na jižní přesně opačně.

28

29

30

31 Intertropická zóna konvergence (ITCZ) Oblast kolem rovníku, kde se setkávají jižní a severní větrné proudy Její sezónní posuny ovlivňovány Sluncem Mají vliv na sezónní rozložení srážek

32

33 Základní klimatická prostředí Země: tropická, temperátní, polární, horská

34 Povrch oceánu (Atl.) - severo-jižní profil

35 Sladkovodní biocyklus

36 Sladké vody tekoucí: horní, střední, dolní tok, ústí delta rozdíly v dynamice toku, eroze vs. akumulace, distribuci živin, teplotě atd. rybí pásma: pstruhové, lipanové, p armové, cejnové

37

38 Sladké vody stojaté: jezera stratifikace (distribuce živin etc.)

39 Přechod litorál - pelagiál

40 Teplotní stratifikace sezónní změny

41 Biocyklus souše

42 Biochory souše: Arboreál les (tropický, subtropický, mírného pásma) Eremiál teplé bezlesí Tundrál chladné bezlesí Oreál hory, extrazonální faktor

43 Exkurs do obecné ekologie Ekosystém: energetická struktura, látková výměna atd.: Primární produkce biomasy (fotosyntéza) Konsumenti I, II, III řádu destruenti

44

45

46 Členitost vazeb, průchod energie jednotlivými řetězci apod. jsou důležité charakteristiky společenstev a významný vysvětlující princip ekologické biogeografie Určujícím faktorem a strukturní kostrou (terestrických) společenstev je ovšem produkční složka rostlinný kryt: vegetace, její ráz a energetická dynamika určuje vše ostatní

47 Předmětem biogeografie: Biota Co ale na ní Biogeografie studuje?

48 Typické problémy a otázky Proč žije určitý druh, čeleď, řád (apod.) tam, kde je nacházíme (a ne jinde)? Co je v pozadí příslušného rozšíření? Klima? Topografie? Interakce s jinými organismy? Nahrazuje náš druh, v místech kde nežije něco jiného? Jak ovlivnily rozšíření jednotlivých druhů historické změny klimatu, paleogeografie, nebo působení člověka? Čím se liší biota různých kontinentů a různě velkých oblastí? Proč je tolik druhů v tropech? Platí pro rozšíření jednotlivých skupin na Zemi nějaká pravidla? Lze říci cosi obecného o biotě různých kontinentů a oblastí? Má něco společného biota různých ostrovů? Jak došlo k jejich osídlení? Lze o tomto předmětu říci něco obecně platného?... atd. atd.

49 Každá biotická jednotka (organismus, druh, společenstvo atd.) někde žije!!! Objektem biogeografie je ono někde Co z toho plyne? 1) zásadní odlišnost od jiných bio-věd 2) tradiční výhrady vůči tomuto oboru (srv grafie, ne logie!) 3) současně ale, zejména v myšlenkovém rámci biodiversitních studií, nečekaně mohutný heuristický potenciál

50 Známe-li o komkoliv všechna místa, kde se kdy vyskytuje, a známe-li podobné i o jiných, víme též s kým přichází do styku, jak žije, co dělá a v pojmosloví jeho prostředí: kdo to je. Stručně řečeno: Ono někde je alternativním a velmi úplným vyjádření jsoucnosti dotyčného objektu.

51 ..např. Stanovištní nároky Rozsah tolerance pro nejrůznější faktory prostředí Co všechno morfologické, genetická, fysiologická či behaviorální výbava umožňuje - tj. jaký je bytostný smysl příslušných přizpůsobení

52 Biogeografie Je integrativní vědecká disciplína zabývající se studiem rozšíření taxonů, společenstev a ekosystémů v geografickém prostoru a geologickém čase. Rozšíření organismů a společenstev podléhá dobře pozorovatelným změnám podél latitudinálních, výškových a dalších gradientů, zároveň existují skokové změny v souvislosti s přítomností různých bariér. Zákonitosti těchto změn jsou velmi často universální a prediktabilní.

53 Biogeografie integruje mnoho různých oborů Populační biologie Ekologie Systematika BIOGEOGRAFIE Vědy o zemi Natural history Evoluční biologie

54 Biogeografie je multidisciplinární věda 1. Geologie

55 Biogeografie je multidisciplinární věda 1. Geologie 2. Paleontologie

56

57 Biogeografie je multidisciplinární věda 1. Geologie 2. Paleontologie 3. Fylogenetika

58 INTEGRATION OF SEVERAL DISCIPLINES 1. Geologie 2. Paleontologie 3. Fylogenetika Mystacina tuberculata Nový Zéland Noctilio leporinus J. Amerika Myzopoda aurita - Madagaskar

59 Biogeografie je multidisciplinární věda 1. Geologie 2. Paleontologie 3. Fylogenetika 4. Ekologie

60 Biogeografie je multidisciplinární věda 1. Geologie 2. Paleontologie 3. Fylogenetika 4. Ekologie 5. Taxonomie

61 Kolik je na světě druhů organismů? Jak se to dá zjistit? Jaké jsou patrnosti jejich diversity a co za nimi stojí?

62 Taxonomie: - obor který se zabývá klasifikací organismů. Jejím cílem je klasifikovat všechny známé taxony podle určitých pravidel do jednotlivých hierarchicky uspořádaných biologických kategorií.

63 Kolik je na zemi druhů organismů? odhady na základě nejrůznějších metod provázeny rozsáhlou diskusí je to dobré vědět, např. proto, že by to zajisté mohlo být jednou z prvních otázek mimozemských návštěvníků

64 Případové studie Mora C., Tittensor DP, Adl S, Simpson AGB, Worm B How Many Species Are There on Earth and in the Ocean? PLoS Biology Metoda: vzájemná korelace počtu taxonů a dané taxonomické úrovně (jen vyšší úrovně od rodu výše)

65

66 Testování tohoto přístupu vypadá velmi slibně

67 Odhad: cca 8.7±1.3 milionů eukaryot, z nichž cca 2.2 ± 0.18 je mořských Tzn. že 86% terestrických a 91% marinních eukaryot je dosud nepopsaných.

68 znamená to mj. také to, že k popsání zbytku diversity eukaryot by bylo zapotřebí dalších cca 1200 let, taxonomů a cca 364 mld. $ ale při současné odhadované extinkční rychlosti cca x překračující normál významnou část druhů nemáme šanci vůbec popsat...

69 Kolik druhů organismů žije v ČR? Houby 6 Želvušky 100 Žahavci 9 Členovci - pavoukovci 2000 Ploštěnci korýši 350 Pásnice 1 - vzdušnicovci Vířníci 600 Chapadlovci 10 Břichobrvky 30 Obratlovci - mihule 4 Hlístice ryby 66 Strunovci 15 - obojživelníci 20 Vrtejši 30 - plazi 11 Kroužkovci ptáci 394 Měkkýši 300 (pravidelně hnízdících 192) - savci 81 Vyšší rostliny: přes 2000 původních druhů Bakterie: přes 1500 Celkem cca druhů organismů