Biogeografija: razširjenost vrst, speciacija in geografske ovire

Biogeografija: raziščite, zakaj so vrste različno razširjene, kako nastane speciacija in kako gore, morja in podnebje oblikujejo biotsko raznolikost.

Biogeografija je študija razširjenosti vrst. Njen cilj je pokazati, kje živijo organizmi in zakaj jih najdemo (ali ne najdemo) na določenem geografskem območju.

Osnovno vprašanje je, da so živali in rastline prilagojene krajem, v katerih živijo, vendar so v podobnih krajih pogosto zelo različne živali in rastline. Pričakovali bi lahko, da bodo na primer živali v tropskem deževnem gozdu skoraj enake v Amazoniji, ekvatorialni Afriki in jugovzhodni Aziji. Vendar temu ni tako.

Za to morajo obstajati razlogi. Ti razlogi so predmet raziskav na področju biogeografije. Najprej, približno od leta 1800 do 1855, so naravoslovci sestavljali sezname vrst v različnih regijah sveta. Ti seznami so bili objavljeni kot tabele v njihovih knjigah. Preobrat sta povzročila Charles Darwin in Alfred Russel Wallace, ki sta objavila idejo o evoluciji z naravnim izborom. Potovala sta po tropskih deželah in pisala o življenju v teh deželah. Menila sta, da je evolucija ključ do razumevanja geografske razširjenosti.

Nove vrste običajno nastanejo z razcepitvijo prejšnje vrste na dve: speciacija. To se zgodi ob določenem času in na določenem kraju. Iz tega kraja lahko nova vrsta potuje. Ovirajo jo geografske značilnosti (morja, gore, reke, puščave) in podnebje. Tako vrsta morda nikoli ne bo prišla do drugih krajev, kjer bi bila lahko zelo uspešna. To je na splošno razlog, zakaj imajo dežele s podobnim podnebjem pogosto precej različne živali in rastline. Klasična primera sta avstralski močeradi in velika ameriška izmenjava.

Kako nastaja raznolikost in katere sile delujejo

Oblikovanje razširjenosti vrst poteka po dveh glavnih mehanizmih:

• Disperzija: posamezniki ali skupine prečkajo ovire in naselijo novo območje (npr. ptice, ptice, ki selijo ali žuželke, ki se razširijo z vetrom).
• Vikariance: obstoječe populacije so razdeljene z nastankom nove geografske ovire (npr. nastanek gorovij, premik morja, nastanek kopnega med kontinenti).

Poleg tega se razlikujejo načini speciacije:

• Allopatrična speciacija (geografska): populacije loči fizična ovira in se ločeno razvijata.
• Peripatrična in parapatrična speciacija: manjše, robne populacije se diverzificirajo zaradi genetske izolacije ali različnega okolja.
• Simpatrična speciacija: nove vrste nastanejo znotraj istega geografsko prekrivajočega se območja, pogosto zaradi ekologije ali genetskih sprememb (redkeje).

Vloge geografskih ovir in gibanja kopnin

Geografske ovire — oceani, gore, velike reke, puščave in celo različna podnebja — močno omejujejo gibanje organizmov. Dolgoročne spremembe, kot so premikanje tektonskih plošč (npr. razpad superkontinentov, kot je Gondwana), so ustvarile osnovne vzorce porazdelitve skupin (npr. razširjenost avstralskih močeradov, monotremov in marsupialov).

Krč in širjenje habitatov v času ledenih dob (pleistocenske ohladitve in segrevanja) sta prav tako močno vplivala: nekatera območja so delovala kot refugiji, v katerih so se ohranile vrste, iz teh žepi pa so se nato vrste razširile ob izboljšanju podnebja.

Primeri in dokazi

Več primerov ponazarja biogeografske principe:

• Razlika med drugimi kopnimi masami: na primer v tropih so živalske in rastlinske skupnosti v Amazoniji, Afriki in jugovzhodni Aziji drugačne, kljub podobnim okoljem — deloma zaradi zgodovinskih ločitev in nezmožnosti vrste, da preseže velike oceane.
• Wallace je opozoril na ostro ločnico (Wallaceovo črto) med azijsko in avstralsko favno, kar kaže na zgodovinsko ločenost in omejeno izmenjavo vrst.
• Velika ameriška izmenjava: ko se je nastal Panamski prekop, so se severno- in južnoameriške faune pomešale, kar je povzročilo veliko migracijo in izumrtij.
• Sladkovodne ribe se težko širijo preko morskih ovir; zato so populacije na obeh straneh celin običajno ločene v različne vrste.

Teorija otoške biogeografije in vzorci raznolikosti

Otoki ponujajo jasne primere: manjši in bolj oddaljeni otoki imajo ponavadi manj vrst; večji in bližji otoki sprejemajo več kolonij in ohranjajo večjo raznolikost. Ta ideja je bila formalizirana v teoriji otoške biogeografije (MacArthur & Wilson). Otoki so tudi žarišča endemizma (vrste, ki jih najdemo le tam) — primeri so Galápagos, Havaji in Madagaskar.

Še en splošen vzorec je latitudinalni gradient biotske raznovrstnosti: število vrst običajno narašča proti ekvatorju — tropski pasovi imajo največjo biodiverziteto na kopnem in v morju.

Človek in sodobne spremembe

Človek je v preteklosti in danes močno spreminjal razširjenost vrst: s transportom je omogočil širjenje invazivnih vrst (npr. podgane, žuželke, bolezni, invazivne rastline), uničevanje habitatov pa zmanjšuje lokalne vrste in homogenizira biote. Za razumevanje današnjih vzorcev se zato upoštevajo tudi človekove dejavnosti.

Moderne metode, kot so molekularna filogenetika, radiometrično datiranje in geografsko modeliranje, pomagajo preverjati hipoteze o tem, kdaj in kako so se vrste razširile ali ločile. Fosilni zapis daje zgodovinske dokaze o preteklih razširjenostih.

Pomen za ohranjanje

Biogeografsko znanje je ključno za ohranjanje biodiverzitete: pomaga določiti zaščitena območja, prepoznati žarišča endemizma in predvideti, kateri ekosistemi so najbolj ranljivi ob podnebnih spremembah ali invazijah. Zato je nujno razumeti tako zgodovinske kot sodobne procese, ki oblikujejo razširjenost vrst.

Tako se zgodi, da:

• v podobnih okoljih živi zelo različna flora in favna zaradi zgodovinske ločitve in pomanjkanja povezav;
• nekatere regije razvijejo veliko endemičnih vrst (npr. otoki, izolirani gorovji), ker je kolonizacija redka in dolgoročna izolacija spodbuja speciacijo;
• čeprav lahko nekatere skupine (npr. ptice, žuželke) potujejo na velike razdalje, še vedno obstajajo omejitve, zaradi katerih so tudi sorodne populacije ločene v različne vrste.

Zgodovina

Znanstvena teorija biogeografije izhaja iz dela Alexandra von Humboldta (1769-1859), Hewetta Cottrella Watsona (1804-1881), Alphonsa de Candolla (1806-1893), Alfreda Russela Wallacea (1823-1913), Philipa Lutleyja Sclaterja (1829-1913) ter drugih biologov in raziskovalcev.

Wallace je sredi 19. stoletja preučeval razširjenost flore in favne v porečju Amazonke in na Malajskem arhipelagu. Wallace in Sclater sta v biogeografiji videla vir podpore teoriji evolucije. Ključne ugotovitve, kot je izrazita razlika v favni na obeh straneh Wallaceove črte, je mogoče razumeti le v tej luči. V nasprotnem primeru bi bilo področje biogeografije zgolj opisno.

Tako Darwin (Galapaški otoki) kot Wallace sta oceanskim otokom namenila veliko pozornosti kot primerom evolucije, zlasti speciacije. To zanimanje sta leta 1967 obudila Robert MacArthur in E. O. Wilson s knjigo The theory of island biogeography (Teorija otoške biogeografije). Pokazala sta, da je mogoče predvideti vrstno bogastvo območja, če poznamo površino habitata, stopnjo priseljevanja in stopnjo izumiranja.

Ugotovljeno je bilo tudi, da so fragmenti habitatov precej podobni otokom. Raziskujemo jih lahko z enakimi metodami. To je spodbudilo razvoj varstvene biologije.

Z analizo genoma lahko znanstveniki preverijo teorije o izvoru in širjenju populacij, na primer otoških vrst. Z njo lahko biologi preizkušajo teorije o tem, od kod izvirajo vrste.

Edward O. Wilson, biolog in naravovarstvenik, je v zadnjem času prispeval k začetku številnih raziskav na to temo.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je biogeografija?

V: Kako so naravoslovci dokumentirali razširjenost vrst pred Charlesom Darwinom in Alfredom Russelom Wallaceom?

V: O čem sta pisala Charles Darwin in Alfred Russel Wallace?

V: Kako nastanejo nove vrste?

V: Kaj lahko prepreči, da bi vrsta potovala na novo mesto?

V: Kako to vpliva na podobne kraje z različnimi živalmi ali rastlinami?

Išči po črki