Επικ. Καθηγήτρια Χαρ. Ντρίνια

Παρουσίαση με θέμα: "Επικ. Καθηγήτρια Χαρ. Ντρίνια"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Επικ. Καθηγήτρια Χαρ. Ντρίνια
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος, Πανεπιστημιόπολις , Αθήνα, Ελλάδα ΔΕΙΚΤΕΣ ΠΟΙΚΙΛΟΤΗΤΑΣ Επικ. Καθηγήτρια Χαρ. Ντρίνια

2 Βιο-Ποικιλότητα "Η Βιολογική Ποικιλότητα αναφέρεται στην ποικιλότητα ανάμεσα στους ζώντες οργανισμούς και τα οικολογικά σύνολα στα οποία αυτοί προκύπτουν". "Η ποικιλία της ζωής σε όλες τις μορφές, τα επίπεδα και τους συνδυασμούς της. Περιλαμβάνει την ποικιλότητα των οικοσυστημάτων, των ειδών και τη γενετική ποικιλότητα» Η γενετική ποικιλότητα εκφράζει το εύρος των κληρονομήσιμων χαρακτηριστικών ενός συγκεκριμένου είδους. Η ποικιλότητα των ειδών εκφράζεται με το πλήθος των οργανισμών σε μία περιοχή ενώ η ποικιλότητα των οικοσυστημάτων ή ενδιαιτημάτων εκφράζεται με το πλήθος των συνδυασμών των οργανισμών και των σχετικών αβιοτικών παραγόντων που συναντώνται σε μια περιοχή. θεωρείται το μέτρο της επιδράσεως του περιβαλλοντικού stress στις κοινωνίες των οργανισμών.

3 Χωρική κλίμακα και Ποικιλότητα
Ένα μεμονωμένο δείγμα αντιπροσωπεύει την ποικιλότητα σε ένα σημείο του χώρου: ποικιλότητα alpha (ποικιλότητα δείγματος ή σημείου) Σε μικρή κλίμακα, υπολογίζουμε την ποικιλότητα μιας μεμονωμένης μικροκατοικίας: ποικιλότητα beta (τοπική ποικιλότητα) Σε μεγαλύτερη κλίμακα, υπολογίζουμε την ποικιλότητα μιας περιοχής, που περιλαμβάνει πολλές διαφορετικές μικροκατοικίες: ποικιλότητα gamma (περιφερειακή ποικιλότητα)

4 Ο σημαντικότερος δείκτης που χαρακτηρίζει μια κοινότητα είναι ο αριθμός των ειδών που υπάρχουν μέσα σε αυτή (ST) ή η αφθονία ειδών. Δυστυχώς αυτός είναι συνήθως δύσκολο να μετρηθεί (ή μερικές φορές ακόμη και να εκτιμηθεί!) Είναι σημαντικό να ξεχωρίσουμε την ‘αφθονία’ από την ‘ποικιλότητα’. Η ποικιλότητα συνδυάζει συνήθως τον αριθμό των ειδών με την ομοιομορφία – πόσο ομοιόμορφα είναι κατανεμημένα τα διάφορα είδη μέσα σε μια κοινότητα.

5 Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την ποικιλότητα ενός οικοσυστήματος;
Αβιοτικοί παράγοντες Βιοτικοί παράγοντες Βιο- ποικιλότητα

6 Θερμοκρασία Υπόστρωμα Χημικοί Παράγοντες Φως Ρεύματα Βιο- ποικιλότητα Παραγωγοί Ανταγωνισμός Οργανισμοί εισβολείς Αρπακτικότητα Καταναλωτές

7 Φυσικό Περιβάλλον Χημικό Περιβάλλον Βιολογικό Περιβάλλον

8 Η ποικιλότητα στα βαθιά θαλάσσια περιβάλλοντα
Ιστορικά, οι περισσότερες μελέτες ποικιλότητας έχουν επικεντρωθεί στα αβαθή περιβάλλοντα (ηπειρωτική κρηπίδα) Ο Howard Sanders ανέφερε υψηλή ποικιλότητα στη βαθιά θάλασσα, οφειλόμενη σε μακροπρόθεσμη σταθερότητα του οικοσυστήματος Σύγχρονες μελέτες συμφωνούν: τα βαθιά θαλάσσια περιβάλλοντα εμφανίζουν πολύ υψηλή ποικιλότητα

9 Γιατί? Διάφορες υποθέσεις:
Σταθερότητα με τον χρόνο (η υπόθεση του Howard Sanders) Μεγάλη ανανέωση ειδών σε διάφορες θέσεις Περιβαλλοντική ανομοιογένεια Πραγματικά δεν γνωρίζουμε...

10 Γιατί μελετάμε τα βενθονικά Τρηματοφόρα βαθιών υδάτων
Το ενδιαίτημά τους καλύπτει μεγάλο τμήμα της Γης Το ενδιαίτημά τους αντέχει στις περιβαλλοντικές μεταβολές. Πανίδες υψηλής ποικιλότητας (σχέση σταθερότητας-ποικιλότητας οικοσυστήματος) Οι πανίδες τους αντιπροσωπεύουν περιβαλλοντικές αλλαγές (π.χ., θερμοκρασία) -> παγκόσμια αλλαγή Παγκόσμιες εξαφανίσεις στον βαθύ ωκεανό: ασυνήθιστες, τα τελευταία 90 εκατομ. χρόνια μόνο μία έλαβε χώρα πριν 55 εκατομ. χρόνια. Μελέτη δειγμάτων από πυρήνες στον ωκεάνιο πυθμένα: Ocean Drilling Program

11 Κατανομή της θαλάσσιας βενθονικής ποικιλότητας
Υψηλότερη σε τροπικές περιοχές (κυρίως στους κοραλλιογενείς υφάλους) Μεγάλη πτώση στα αβαθή περιβάλλοντα βόρεια των τροπικών. Μικρότερη πτώση νοτίως

12 Γιατί? Οι ερμηνείες για το παγκόσμιο καθεστώς της θαλάσσιας βενθονικής ποικιλότητας περιλαμβάνουν: Ερμηνείες ισορροπίας Εκταση (οι τροπικές περιοχές έχουν μεγαλύτερη έκταση, και συνεπώς φιλοξενούν περισσότερα είδη) Κλίμα (οι τροπικές περιοχές παρουσιάζουν καλύτερες συνθήκες διαβίωσης) Ερμηνείες μη-ισορροπίας Χρόνος (σταθερότητα με τον χρόνο για τα βαθιά περιβάλλοντα) Ιστορία (επίδραση των παγετώνων του Πλειστοκαίνου) Μόνο όμως σε παγκόσμια κλίμακα

13 Επίδραση του γεωγραφικού πλάτους – Ο αριθμός των ειδών γενικά αυξάνει από τις πολικές και τις εύκρατες ζώνες προς τις τροπικές. Επίδραση μεγέθους – Ο αριθμός των ειδών σε ένα νησί αυξάνει καθώς αυξάνει το μέγεθος του νησιού. Επίδραση απόστασης – ο αριθμός των ειδών σε ένα νησί μειώνεται με την αύξηση της απόστασης από την κυρίως χώρα.

14 Για τρεις κύριους λόγους:
Γιατί η αφθονία των ειδών αυξάνεται με την ελάττωση του γεωγραφικού πλάτους; Για τρεις κύριους λόγους: Πολικές και εύκρατες ζώνες είναι οικολογικώς νεώτερες και ακόμα συνεχίζουν να συγκεντρώνουν είδη. Περιβαλλοντικές διακυμάνσεις είναι πιο ακραίες στα υψηλά γεωγραφικά πλάτη δυσχεραίνοντας την εξειδίκευση. Μεγαλύτερη παραγωγικότητα στους τροπικούς στηρίζει περισσότερα είδη.

15 Η σημασία της ποικιλότητας των ειδών
Αυξημένη ποικιλότητα γενικά: Αυξάνει την χρονική σταθερότητα μιας κοινότητας. Αυξάνει την βιομάζα μιας κοινότητας και / ή την παραγωγικότητα. Μειώνει το ποσό των μη – καταναλωμένων περιορισμένων τροφικών στοιχείων. Αυξάνει την αποθήκευση των τροφικών στοιχείων. Μειώνει την εισβολή εξωγενών ειδών Γενικά οι δείκτες ποικιλότητας επιτρέπουν την σύγκριση δύο κατοικιών, πριν και μετά από καταστροφές, stress κλπ.

16 Παράγοντες που επηρεάζουν την ποικιλότητα των ειδών
Χρόνος Ανομοιογένεια χώρου Ανταγωνισμός Αρπαγή Περιβαλλοντική σταθερότητα Παραγωγικότητα

17 Η ποικιλότητα ειδών είναι ένας συνδυασμός του αριθμού των διαφορετικών ειδών που υπάρχουν μέσα σε μια κοινότητα και των σχετικών αφθονιών τους. Συνεπώς, οι οικολόγοι αναγνωρίζουν δύο συνιστώσες για την ποικιλότητα: α. αφθονία ειδών = αριθμός ειδών b. Ομοιομορφία (evenness) ειδών = σχετική αφθονία των ειδών Αυτές οι δύο συνιστώσες μπορούν να συνδυαστούν με τη χρήση μεγάλου αριθμού διαφορετικών μαθηματικών μοντέλων για την ποικιλότητα, τα οποία επιτρέπουν την ποσοτική σύγκριση μεταξύ των διαφόρων κοινοτήτων.

18 Δύο τρόποι 1: Αριθμητικά = Δείκτης ποικιλότητας Shannon-Wiener (για παράδειγμα) 2: Γραφικά = log-normal κατανομή ή καμπύλες αφθονίας

19 Ταξινομική αφθονία Απλός υπολογισμός της ποικιλότητας
Γενικά αυξάνει με την αύξηση της ποιότητας του περιβάλλοντος Απλώς μετράμε τον αριθμό των ειδών για κάθε δείγμα

20 Ποσοτικοποιώντας την Ποικιλότητα των ειδών
Ποσοτικοποιώντας την Ποικιλότητα των ειδών Shannon-Wiener Δείκτης: H’ = H’ = τιμή του δείκτη ποικιλότητας SW pi = αναλογία του ith είδους (n/N, όπου n= ο αριθμός των ατόμων του ith είδους και Ν= ο συνολικός αριθμός των ατόμων όλων των ειδών). loge(pi)= φυσικός λογάριθμος του pi s = αριθμός των ειδών μέσα στην κοινότητα Λαμβάνει υπόψη κυρίως τις αναλογίες των μη διαδεδομένων ειδών μιας συνάθροισης

21 Παράδειγμα υπολογισμού ποικιλότητας
Είδη Αριθμός ατόμων (ni) Pi= ni/N ln(Pi) Pi*ln(Pi) #1 84 0.3281 #2 4 0.0156 #3 91 0.3555 #4 34 0.1328 #5 43 0.1680 Σύνολο 256 1 Η= -( ) Η=1.36

22 Ομοιομορφία (Equitability)
Εκφράζει την ισοκατανομή των ατόμων μέσα σε δεδομένο αριθμό ειδών Τα δείγματα ή οι περιοχές θεωρούνται ότι έχουν υψηλή ποικιλότητα εάν τα άτομα του κάθε είδους κατανέμονται ομοιόμορφα. Η επίδραση πίεσης (stress) έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του αριθμού ορισμένων ειδών και την επικράτηση άλλων. Το Η΄max =lnS (S=ο συνολικός αριθμός των ειδών) καλείται μέγιστη ποικιλότητα και εκφράζει τη μεγαλύτερη ποικιλότητα, που δύναται να προκύψει από ένα δεδομένο αριθμό ειδών. Η τιμή του J’ κυμαίνεται από 1 (εάν όλα τα είδη έχουν ίδια αφθονία), μέχρι 0.

23 Ποικιλότητα ειδών – δύο συστατικά - Αριθμός ειδών
- Σχετική αφθονία ειδών Ένα παράδειγμα Κοινωνία 1: 25Α 25Β 25Γ Κοινωνία 2: 73Α 1Β 1Γ Ποια κοινωνία έχει μεγαλύτερο αριθμό ειδών; Ποια κοινωνία έχει μεγαλύτερη σχετική αφθονία; Ποια κοινωνία έχει μεγαλύτερη ποικιλότητα; Η ποικιλότητα αυξάνει με την ταυτόχρονη αύξηση του αριθμού των ειδών και της ομοιομορφίας των ειδών.

24 Επικράτηση Walton (1964), το ποσοστό του πιο συχνού είδους σε μια συγκέντρωση. Εκφράζει την κυριαρχία ενός είδους σε μια κοινότητα S=ο αριθμός των ειδών του δείγματος Νi=ο αριθμός των ατόμων του i είδους Ν= ο αριθμός των ατόμων όλων των ειδών Όταν Ε=1 τότε υπάρχει ισοκατανομή των ειδών σε ένα δείγμα. Όταν Ε=0 τότε ένα μόνο είδος είναι το επικρατέστερο.

25 Προβλήματα Οι περισσότεροι δείκτες επηρεάζονται από το μέγεθος των δειγμάτων. Αν το μέγεθος ενός δείγματος αυξηθεί, αυξάνεται επίσης η πιθανότητα να κάνουν την εμφάνισή τους περισσότερα είδη, έχοντας επιπτώσεις κατά συνέπεια στα αποτελέσματα. Η εξάρτηση από το μέγεθος των δειγμάτων περιορίζει τη δυνατότητα να συγκριθούν οι δείκτες ποικιλότητας που υπολογίζονται σε μελέτες όπου διαφορετικές μέθοδοι δειγματοληψίας χρησιμοποιήθηκαν.

26 Γραφικός προσδιορισμός ποικιλότητας
Lognormal Κατανομές: οι αφθονίες των ειδών δίνονται με γραφική παράσταση ως κατανομές συχνότητας. X-άξονας = Κατηγορίες αφθονίας (σε λογαριθμική κλίμακα) Y-άξονας = αριθμός ειδών κάθε κατηγορίας Αποτέλεσμα: καμπύλες με σχήμα καμπάνας. Μόνο λίγα είδη είναι πολύ άφθονα Συνήθως, η με σχήμα καμπάνας καμπύλη στερείται την αριστερή ουρά της, επειδή τα σπάνια είδη λείπουν εξ ολοκλήρου .

27 Lognormal Κατανομές

28 Βασική ερώτηση στην Οικολογία: Τι προκαλεί την συνύπαρξη των ειδών?
Ερμηνείες ισορροπίας (ανεξάρτητες από διακυμάνσεις): Τα είδη καταλαμβάνουν διαφορετικές οικοθέσεις – χωρική παραλλαγή στο περιβάλλον Ερμηνείες μη-ισορροπίας (εξαρτημένες από διακυμάνσεις): Οι συνθήκες αλλάζουν και επομένως ευνοούνται διαφορετικά είδη κατά τη διάρκεια του χρόνου - χρονική παραλλαγή στο περιβάλλον

29 Ερμηνεία ισορροπίας: Η περιβαλλοντική πολυπλοκότητα αυξάνει την ποικιλότητα των ειδών
Ποιος βιότοπος χαρακτηρίζεται από υψηλότερη ποικιλότητα;

30 Το Παράδοξο του Πλαγκτόν
G.E. Hutchinson: Το Παράδοξο του Πλαγκτόν Οι κοινότητες φυτοπλαγκτόν ζουν σε σχετικά απλά περιβάλλοντα και ανταγωνίζονται για τις ίδιες θρεπτικές ουσίες, όμως πολλά είδη συνυπάρχουν χωρίς ανταγωνιστικό αποκλεισμό.

31 Το παράδοξο λύθηκε: Ακόμα και τα υδρόβια περιβάλλοντα είναι ανομοιογενή

32 Ερμηνεία μη-ισορροπίας: Η διαταραχή επηρεάζει την ποικιλότητα

33 Διαταραχή και Ποικιλότητα
Ο Wayne Sousa όρισε ως διαταραχή: μετακίνηση, ή καταστροφή ενός ή περισσότερων ατόμων που άμεσα ή έμμεσα δημιουργούν μια ευκαιρία για τα νέα άτομα να καθιερωθούν Οι White και Pickett όρισαν ως διαταραχή: Οποιοδήποτε σημαντικό στιγμιαίο γεγονός που αναστατώνει το οικοσύστημα, την κοινότητα, ή τη δομή των πληθυσμών και αλλάζει τους διαθέσιμους πόρους, τη διαθεσιμότητα υποστρωμάτων, ή το φυσικό περιβάλλον Δύο κύρια χαρακτηριστικά: Συχνότητα Ενταση

34 Υπόθεση ενδιάμεσης Διαταραχής
Joseph Connell: Τα υψηλά και χαμηλά επίπεδα διαταραχής μειώνουν την ποικιλότητα. Ενδιάμεσα επίπεδα προκαλούν υψηλότερη ποικιλότητα. Αρκετός χρόνος μεταξύ των διαταραχών επιτρέπει σε μεγάλο αριθμό ειδών να επαναποικίσουν, μικρός χρόνος προκαλεί ανταγωνιστικό αποκλεισμό.

35 Ανταγωνιστικός αποκλεισμός
Λίγα είδη μπορούν να αντισταθούν στις συχνές μεταβολές που συνδέονται με τη διαταραχή.

36 Μέτρηση ποικιλότητας Διάγραμμα Fisher-α
Σχεδιάζοντας τον αριθμό των ειδών προς τον αριθμό των ατόμων σε μια λογαριθμική κλίμακα, λαμβάνουμε ένα μέτρο της ποικιλότητας την λεγόμενη τιμή α για μια συνάθροιση. Γενικά, τιμές του α<5 υποδεικνύουν υφάλμυρο ή υπερύαλο περιθωριακό θαλάσσιο περιβάλλον (παρόλο που μπορεί να δείχνει κανονικές θαλάσσιες συνθήκες με υψηλή επικράτηση ενός είδους). Όταν α>7 , έχουμε κανονικό θαλάσσιο περιβάλλον κρηπίδας έως κατωφέρεια ή υπερύαλη κρηπίδα. Μειονεκτήματα Ο πίνακας δεν είναι μαθηματικώς σωστός. Η ποικιλότητα εξαρτάται από το μέγεθος του δείγματος. Ο πίνακας δεν λαμβάνει υπόψη του την αναλογία των ειδών.

37 Ποικιλότητα Fisher-alpha
5 10 15 20 Υφάλμυρος βάλτος Υφάλμυρη λιμνοθάλασσα Υφάλμυρη κρηπίδα Υπερύαλος βάλτος Υπερύαλη λιμνοθάλασσα Υπερύαλη κρηπίδα Κανονικής αλμυρότητας βάλτος Κανονικής αλμυρ. λιμνοθάλασσα Κανονικής αλμυρ. κρηπίδα Βαθιά θαλάσσια περιβάλλοντα

38 Ανακεφαλαιώνοντας: για να περιγράψουμε μια κοινότητα
• Σχετική αφθονία όχι ομοιόμορφη • Επικράτηση – Πόσο συχνό είναι ένα είδος – Πολύ συχνό = υψηλή επικράτηση • Αφθονία – Αριθμός των ειδών • Ομοιομορφία – Σχετική αφθονία των ειδών

39 Διατήρηση της Ποικιλότητας
Γεωλογικός Χρόνος – μελέτη της Παλαιοοικολογίας Οι κοινότητες αλλάζουν με το χρόνο Εξελικτικές διεργασίες Κλιματικές αλλαγές Δημιουργία και μετακίνηση ξηράς, λιμνών και ωκεανών Σημερινή εποχή (δεκαετίες έως ημέρες) Αβιοτικοί και βιοτικοί παράγοντες