WYKŁAD 1 04.10.2007
BIOGEOGRAFIA – nauka biologiczna zajmująca się przedstawieniem rozmieszczenia aktualnie żyjących na ziemi gatunków i ich ugrupowań
Biosfera – miejsce jej badań, to trójwymiarowy obszar kuli ziemskiej, w którym występują organizmy żywe. Obejmuje ona troposferę (dolną część atmosfery), hydrosferę i litosferę
Na Ziemi żyje 2 miliony poznanych dotychczas gatunków żywych organizmów, z których ok. 400 tysięcy przypada na rośliny (20%), a pozostałe 80% to zwierzęta. Całkowita biomasa roślin jest 2500 razy większa niż wszystkich zwierząt żyjących na Ziemi, natomiast zróżnicowanie gatunkowe tych ostatnich jest sześciokrotnie większe niż roślin.
Zróżnicowanie gatunkowe zwierząt jest większe od bioróżnorodności flory.
Powierzchnia i rozmieszczenie oceanów
Północna półkula Ziemi ma wyraźnie charakter lądowy, podczas gdy południowa oceaniczny.
Zasadniczą cechą środowiska morskiego jest ogrom. Powierzchnia Ziemi pokryta wodami jest znacznie większa od powierzchni lądu. Środowisko morskie cechuje wielki rozmiar. Na ogólny obszar powierzchni globu ziemskiego wynoszący 510 mln km2, blisko 361 mln km2 pokrywają morza i oceany, a tylko 149 mln km2 przypada na lądy.
Morza i oceany w stosunku do powierzchni lądu mają się jak: 2,4:1
Stosunek ten wyrażony procentowo wynosi: 71:29
Przestrzeń wód morskich jako środowiska życia wynosi 1370 mln km2
Biogeografia składa się z dwóch głównych nurtów, a mianowicie zoogeografii i fitogeografii. Nurty te czerpią z różnych dziedzin wiedzy: geografii, paleontologii, systematyki, ekologii, geologii i wielu innych,
Definicja zasięgu
Większość gatunków (niezależnie od przynależności systematycznej) występuje nie na całej powierzchni Ziemi, ale na określonej jej części. Powierzchnię, na której określony gatunek występuje przyjęto nazywać jego zasięgiem lub areałem. Ze względu na kształt dzielimy zasięgi w sposób czysto formalny na:
· Ciągłe
· Rozerwane (nieciągłe)
· Wyspowe (rozproszone)
Oczywiście jest to znaczne uproszczenie, gdyż w rzeczywistości nie ma zasięgów ciągłych.
Rozmieszczenie roślin i zwierząt jest ze sobą w wielu przypadkach bezpośrednio związane. Znane są przykłady pokrywania się zasięgów występowania gatunku zwierzęcia i rośliny. Sztandarowym modelem jest występowanie trzmiela i tojadu.
Z kolei nagonasienne, szczególnie drobnolistne, tworzą olbrzymie drzewostany na półkuli północnej.
Liczba gatunków należących do jakiejś rodziny nie przekłada się na jej istotny udział w ekosystemach. Przykładowo storczyki, których znanych jest obecnie około 30 tys, nie mają większego wpływu na fizjonomię naszej planety.
Innymi licznymi w gatunki rodzinami są: Euphorbiacea i Rubiaceae z około 7 000 gatunków każda. Asteraceae z 25 000 gatunków, Fabales z 18 000 gatunków, Poaceae z 6 000 gatunków, Cyperaceae z 4 000 gatunków.
Termin fauna w zoogeograficznym znaczeniu oznacza zbiór gatunków zwierząt, występujących w danej okolicy. Botanicznym odpowiednikiem fauny jest flora i większość botaników zgadza się, że termin ten oznacza listę gatunków roślin dla danego obszaru. Na tym jednak kończy się podobieństwo w używaniu bliźniaczych terminów przez zoologów i botaników.
Pojęcie zbiorowiska roślinne, oznaczające wyróżnialne zgrupowanie roślin na danym obszarze, stanowiących zarazem gatunki naturalnego zespołu biotycznego, nie ma swojego odpowiednika w nomenklaturze zoologicznej. Brak jest określenia oznaczającego konkretną jednostkę, jaką jest zbiorowisko zwierząt, żyjących razem w jednej okolicy.
W odniesieniu do zwierząt używa się mniej precyzyjnych określeń: zgrupowania, zoocenozy lub synuzja.
Roślinność lądowa tworzy zwykle zwartą szatę, rzadko spotkamy układy, w których rośliny występują silnie rozproszone. Zwierzęta tworzą „węzły siatki przestrzennej” gęstej lub rzadkiej, czasami rozerwanej. Wszędzie tam gdzie taka siatka staje się bardzo gęsta, staje się ona również widoczna. Przykładem mogą być termitiery, mrowiska, stada szarańczy, czy królików w Australii, stada roślinożerców, głównie kopytnych w Afryce, wraz z towarzyszącymi im drapieżnikami, kolonie ptaków morskich czy też rykowiska fok.
Odwrotną sytuację obserwujemy w środowisku wodnym. Roślinność wodna tworzy zwartą szatę jedynie na płyciznach wodnych, natomiast w toni wodnej grupa producentów stanowi luźną, nieuchwytną siatkę.
Zwierzęta natomiast bardzo często są tu niezwykle liczne i często pojawiają się w masach, tworząc wyodrębnione jednostki, które otrzymały swoje nazwy:
· Rafa
· Bentos
Diaspory roślin, podobnie jak niektóre drobne bezkręgowce lub ich cysty czy jaja, są często zdolne do szybowania w powietrzu nawet do wysokości 15-30 km. Ten swoisty aeroplankton ułatwia rozprzestrzenianie się niektórych roślin i zwierząt (np. kolczaste jaja niesporczaków). Ten sposób dyspersji powoduje, że niektóre z nich mogą mieć kosmopolityczny charakter.
STREFY KLIMATYCZNE KULI ZIEMSKIEJ
1. Równikowa (klimatów wilgotnych)
2. Podrównikowe (klimatów zmiennych)
3. Zwrotnikowe (klimatów suchych)
4. Podzwrotnikowe (klimatów zmiennych)
5. Umiarkowane (klimatów wilgotnych – morskich i suchych - kontynentalnych)
6. Podbiegunowe i biegunowe
Jeśli przyjrzymy się rozmieszczeniu ilościowemu gatunków roślin naczyniowych, to najwięcej znajdziemy ich w strefie równikowej.
Występuje analogia formacji roślinnych w różnych strefach klimatyczno-roślinnych i piętrach górskich.
Mapa biomów świata
Tylko tundra i północne lasy iglaste tworzą mniej więcej ciągłe pasy dookoła świata. inne biomy są zwykle izolowane w różnych biogeograficznych krainach; maja one swoje ekologiczne ekwiwalenty, lecz pod względem taksonomicznym zawierają niespokrewnione taksony.
Biom tundry
Biom ten cechuje:
· Niska temperatura
· Krótki okres wegetacji
· Gleba zwykle zamarznięta (wieczna zmarzlina), z wyjątkiem 10-20 cm warstwy, która odmraża się w ciągu krótkiego okresu letniego.
· Roślinność dość uboga, głównie porosty, mchy, trawy, turzyce i niskie krzewy
· Zwierzęta: karibu, renifer, zając polarny, lis polarny, niedźwiedź polarny, wilki, lemingi, białe sowy, pardwy. W lecie muchy, komary oraz liczne przelotne ptaki.
· Karibu i renifer mają dużą zdolności migracyjne i odbywają długie wędrówki w poszukiwaniu odpowiedniej ilości pokarmu.
Państwa roślinne:
· Holarktis
· Neotropis
· Palaeotropis
· Capensis
· Australis
· Antarktis
Regiony zoogeograficzne:
· Holarktyczny (subregion Palearktyczny i Nearktyczny)
· Etiopski (subregion Afrykański i Madagaskarki)
· Orientalny
· Neotropikalny (subregion Australijski Kontynentalny, Nowozelandzki i Polinezyjski)
· Australijski
· Terytorium przejściowe
Państwo morskie:
o to największe państwo roślinne kuli ziemskie (71% powierzchni).
o Główna masa roślinności składa się z glonów, hydrofitów.
o Ich rozmieszczenie jest słabo poznane najwięcej wiadomo o dużych glonach np. brunatnicach, które występują głównie w chłodnych morzach obu półkul. Z roślin wyższych jednoliścienne „trawy morskie” Potamogetonaceae (rdestnicowate) z np. Zostera i Hydrocharitaceae (żabiściekowate) np. Posidonia podzwrotnikowych.
o W oceanach również występuje strefowy układ roślinności związany z warunkami klimatycznymi.
o Można zaobserwować dysjunkcje grupowe, międzyoceaniczne.
Produkcja fitoplanktonu (gramy CO2/m2/rok) jako wyraz produktywności różnych regionów mórz na Ziemi.
Roczne zmiany produktywności mórz na różnych szerokościach geograficznych.
WYKŁAD 2 11.10.2007
Biogeografia historyczna stara się wytłumaczyć nie tylko rozmieszczenie roślin i zwierząt na świecie, ale i ich współczesne właściwości ekologiczne.
Próby odtworzenia biomów można ująć w dwa przeciwstawne trendy:
· Pierwszy opiera się na twierdzeniu, że przeszłość jest kluczem do teraźniejszości i na podstawie danych geograficznych i molekularnych stara się odtworzyć przeszłe ekosystemy w dawnych epokach geologicznych.
· Drugi, preferowany przez ekologów, zawiera się w stwierdzeniu, że teraźniejszość jest kluczem do przeszłości. Badania opierają się na organizmach współczesnych i wnioskowaniu o możliwych szlakach ewolucji. Badania odbywają się zarówno na poziomie organizmu, jak i molekularnym.
Obydwie metody mają swoje wady i zalety i najkorzystniej jest używać ich łącznie.
Metody stosowane w biogeografii historycznej:
1. ANALIZA SZCZĄTKÓW MAKROSKOPOWYCH:
Trzy podstawowe typy makroszczątków:
· Odciski:
o powstają w wodzie słodkiej lub słonej np. w estuariach, lagunach, jeziorach, deltach rzek. Warstwy dolne osadu ulegają kompresji, a szczątki ulegają spłaszczeniu. Węgiel jest również odciskiem.
o Inny typ odcisków powstaje w warunkach beztlenowych w środowisku kwaśnym. W tym wypadku zawartość komórek może być nienaruszona. W ten sposób zachowuje się często kutikula. Ponieważ kutikula odtwarza swym kształtem epidermę, którą pokrywa zachowuje się kształt szparek i innych utworów, co uniemożliwia dość dokładnie oznaczenie materiału.
· Skamieliny zmineralizowane – odlewy powstają w wyniku wnikania do tkanek roślinnych wody zawierającej składniki mineralne. Z czasem wytrącenie się rozpuszczonych minerałów wewnątrz tkanek doprowadza do utwardzenia się minerału i roślina zmienia się w skalę. Pomimo tego, że komórki nadal zawierają materię organiczną zostały chemicznie zmienione, a przestwory międzykomórkowe uległy wysyceniu minerałami.
o W wyniku mineralizacji powstają trójwymiarowe z doskonale zachowanymi cechami morfologicznymi i anatomicznymi.
o Istnieją różne drogi mineralizacji.
o Wysycenie koloidalną krzemionką doprowadziło do powstania słynnego kamiennego lasu w Arizonie pochodzącego z Triasu.
o Jednymi z bardziej znanych typów skamielin są tzw. kule węglowe (coal balls). Są to kule kalcytu znajdowane wyłącznie w torfowiskach z okresu kredy w Europie i Ameryce Północnej oraz z Permu w Chinach. Z reguły osiągają one 10-20 cm średnicy i są mniej więcej kuliste, a złożone z licznych szczątków roślinnych wkomponowanych w węglan wapnia.
GENEZA POWSTANIA KUL WĘGLOWYCH
Podobnie jak lignit zawierają one liczne szczątki roślin z bagien, gdzie powstały.
1. jedna teoria mówi, że powstały one w wyniku dostania się na bagna wody morskiej i że węglan potasu wytrącił się bezpośrednio z wody reagując na materiał organiczny. Teoria ta nie wyjaśnia jednak, dlaczego wytrąca się on w postaci kul.
2. druga sugeruje, że powstały one pod wpływem wody morskiej, ale podczas sztormu, kiedy fale powodowały kulanie się materiału roślinnego.
3. trzecia łączy ich powstanie nie z morzem, ale z występowaniem w gruncie wód bogatych w węglan wapnia, które infiltrowały na bagna.
Materiał z kul węglowych jest łatwy do wyodrębnienia i może być oglądany w przekrojach w mikroskopie świetlnym.
Nosorożec włochaty znaleziony w 1929 r. w Staruni k. Stanisławowa ma skórę zachowaną dzięki przesyceniu woskiem ziemnym, solanką i frakcjami lotnymi ropy.
Asfaltowe grzęzawiska stanowiły śmiertelną pułapkę dla dużych zwierząt.
o Innym typem mineralizacji jest zamrożenie, kiedy tkanki zostają wypełnione kryształkami lodu. Tak zmineralizowanie mamuty z zachowaną treścią żołądka z PLEJSTOCENU (sprzed 10 000 lat) były znajdowane na Syberii.
§ Niezmienione części roślin – ulegały zachowaniu w miejscach, gdzie istniały warunki, w których nie mogły rozwijać się bakterie. Materiał musiał być wysuszony lub zamrożony, znajdować się w miejscu o wysokim stężeniu soli, wysokiej temperaturze lub pH; mógł tez zachować się w środowisku beztlenowym.
Miejscami, z których najczęściej pozyskuje się takie szczątki są osady jeziorne, bursztyn i śmietniki gryzoni. Tak zachowane liście mogą być nadal zielone, a kwiaty dające się zidentyfikować. To właśnie z takich skamielin zostało wyekstrahowane DNA i inne molekuły.
Wiele niezwykłych skamielin zostało odkrytych w osadach jeziornych, tam gdzie doszło do szybkiego zasypania materiału. Przykładem może być Florissant Fossil Bed w Kolorado, gdzie nastąpił wybuch wulkanu i delikatny popiół zasypał jezioro i okolicę.
Inkluzje bursztynowe – bursztyn jest to skamieniała żywica, powstała najczęściej z soku Araucariaceae lub Fabaceae. Żywica ta jest złożona z cukrów (glukozy, galaktozy i arabinozy), różnych kwasów, alkoholi i estrów. Cukry wydobywają wilgoć z tkanek i powodują proces ich odwodnienia. Proces ten jest szczególnie szybki, gdy szczątki roślinne były już poprzednio wysuszone.
Liście pochodzące z oligocenu zostały zebrane w bursztynie z wielu miejsc, a DNA wymarłej rośliny Hymenaea protera zostało wyekstrahowane z bursztynu pochodzącego z Dominikany.
nory gryzoni
o Interesujące miejsce, z którego pochodzą różnego rodzaju szczątki
o Znajdowane są w suchych terenach w Ameryce Północnej, na Środkowym Wschodzie i w RPA.
o Gniazda gryzoni są zbudowane z materiału roślinnego, który z czasem ulega pokryciu skrystalizowanym moczem.
o Skrystalizowany mocz, czyli amberat, w połączeniu z suchym środowiskiem jest tak doskonałym środkiem konserwującym, że szczątki mogą przetrwać 40000 lat.
o Aby je zbadać, wystarczy rozpuścić mocz w wodzie.
o W ten sposób poznajemy zmienność ekosystemu, w którym żyło zwierzę.
o Umożliwia to poznanie dawnego rozmieszczenia roślin i klimatu.
...
kazjod