Rozšíření druhů - Species distribution

Druh řada mapa představuje oblast, kde lze nalézt jedinců určitého druhu. Toto je mapa oblastí Juniperus communis , běžného jalovce .

Distribuce druhů je způsob, jakým je biologický taxon prostorově uspořádán. Geografickými limity distribuce konkrétního taxonu je jeho rozsah , který je na mapě často představován jako stínované oblasti. Vzory distribuce se mění v závislosti na měřítku, v jakém se na ně díváme, od uspořádání jedinců v malé rodinné jednotce až po vzorce v populaci nebo distribuci celého druhu jako celku (rozmezí). Distribuci druhů nelze zaměňovat s rozptýlením , což je přesun jednotlivců z oblasti jejich původu nebo z populačního centra s vysokou hustotou .

Rozsah

V biologii se řada z několika druhů je zeměpisná oblast, ve které tento druh lze nalézt. V tomto rozmezí je distribuce obecnou strukturou populace druhů , zatímco disperze je variací hustoty populace .

Rozsah je často popisován s následujícími vlastnostmi:

  • Někdy se rozlišuje mezi přirozeným, endemickým , domorodým nebo původním druhem , kde historicky vznikl a žil, a rozsahem, kde se druh v poslední době etabloval. Mnoho termínů se používá k popisu nového rozsahu, jako je nepůvodní, naturalizovaný, zavedený , transplantovaný, invazivní nebo kolonizovaný rozsah. Představený typicky znamená, že druh byl lidmi (úmyslně nebo náhodně) transportován přes hlavní geografickou bariéru.
  • U druhů vyskytujících se v různých oblastech v různých ročních obdobích , zejména v ročních obdobích , se často používají termíny jako letní rozsah a zimní rozsah .
  • U druhů, u nichž se pro šlechtitelskou činnost používá pouze část jejich rozsahu, se používají pojmy rozmnožovací rozsah a nechovný rozsah .
  • U mobilních zvířat se často používá termín přirozený areál , na rozdíl od oblastí, kde se vyskytuje jako tulák .
  • Často se přidávají geografické nebo časové kvalifikace, například v britském rozsahu nebo v rozsahu před rokem 1950 . Typickým geografickým rozsahem může být zeměpisný rozsah a výškový rozsah.

K disjunktnímu rozdělení dochází, když jsou dvě nebo více oblastí rozsahu taxonu geograficky značně odděleny od sebe.

Faktory ovlivňující distribuci druhů

Distribuční vzorce se mohou měnit podle ročního období , distribuce lidmi, v reakci na dostupnost zdrojů a dalších abiotických a biotických faktorů.

Abiotický

Existují tři hlavní typy abiotických faktorů:

  1. klimatické faktory zahrnují sluneční světlo, atmosféru, vlhkost, teplotu a slanost;
  2. edafické faktory jsou abiotické faktory týkající se půdy, jako je drsnost půdy, místní geologie, pH půdy a provzdušňování; a
  3. sociální faktory zahrnují využití půdy a dostupnost vody.

Příklad účinků abiotických faktorů na distribuci druhů lze vidět v sušších oblastech, kde se většina jedinců druhu shromažďuje kolem vodních zdrojů a vytváří shluklou distribuci.

Vědci z projektu Arctic Ocean Diversity (ARCOD) zdokumentovali rostoucí počet teplovodních korýšů v mořích kolem norských Špicberk. Arcod je součástí Census of Marine Life, obrovského desetiletého projektu zahrnujícího výzkumníky ve více než 80 zemích, jehož cílem je zmapovat rozmanitost, distribuci a hojnost života v oceánech. Mořský život je do značné míry ovlivněn rostoucími dopady globálních změn klimatu . Tato studie ukazuje, že jak teploty oceánu stoupají, druhy začínají cestovat do chladných a drsných arktických vod. I sněhový krab rozšířil svůj dosah 500 km na sever.

Biotický

Biotické faktory, jako je predace, nemoc a inter- a intra-specifická soutěž o zdroje, jako je jídlo, voda a kamarádi, mohou také ovlivnit způsob distribuce druhu. Například biotické faktory v prostředí křepelek zahrnují jejich kořist (hmyz a semena), konkurenci jiných křepelek a jejich predátory, jako je například kojot. Výhoda stáda, komunity nebo jiné shlukové distribuce umožňuje populaci detekovat predátory dříve, na větší vzdálenost a potenciálně zajistit účinnou obranu. Kvůli omezeným zdrojům mohou být populace rovnoměrně rozloženy, aby se minimalizovala konkurence, jak je tomu v lesích, kde konkurence pro sluneční světlo vytváří rovnoměrné rozložení stromů.

Lidé jsou jedním z největších distributorů kvůli současným trendům globalizace a rozloze dopravního průmyslu. Například velké tankery často plní v jednom přístavu předřadníky vodou a v druhém je vypouštějí, což způsobuje širší distribuci vodních druhů.

Vzory na velkých měřítcích

Ve velkých měřítcích je struktura distribuce mezi jednotlivci v populaci shlukována.

Chodby pro divokou zvěř

Jedním z běžných příkladů rozsahů druhů ptáků jsou oblasti pevniny hraničící s vodními útvary, jako jsou oceány, řeky nebo jezera; oni jsou voláni pobřežní pás . Druhým příkladem je, že některé druhy ptáků jsou závislé na vodě, obvykle na řece, bažinách atd., Nebo na lesích souvisejících s vodou a žijí v říční chodbě . Samostatným příkladem říčního koridoru by byl říční koridor, který zahrnuje celou drenáž s okrajem pohoří ohraničeným horami nebo vyššími nadmořskými výškami; samotná řeka by představovala menší procento celého tohoto koridoru divoké zvěře , ale koridor je vytvořen kvůli řece.

Dalším příkladem koridoru pro divokou zvěř by byl koridor pohoří. V USA v Severní Americe jsou pohoří Sierra Nevada na západě a Apalačské hory na východě dvěma příklady tohoto stanoviště, které se z různých důvodů používá v létě a v zimě u samostatných druhů.

Druhy ptáků v těchto koridorech jsou spojeny s hlavním areálem pro daný druh (sousedící areál) nebo se nacházejí v izolovaném geografickém rozsahu a představují disjunktní rozsah. Ptáci opouštějící oblast, pokud migrují , by odcházeli připojeni k hlavnímu dosahu nebo museli létat nad zemí, která není spojena s koridorem pro divokou zvěř; byli by tedy průchodem migrantů po zemi, na které by se zastavili při občasné návštěvě, zásahu nebo zmeškání.

Vzory v malém měřítku

Tři základní typy distribuce populace v regionálním rozmezí jsou (shora dolů) jednotné, náhodné a shlukové.

Ve velkých měřítcích je struktura distribuce mezi jednotlivci v populaci shlukována. V malých měřítcích může být vzorek shluknutý, pravidelný nebo náhodný.

Shlukováno

Shluková distribuce je nejběžnějším typem disperze v přírodě. Při shlukové distribuci je vzdálenost mezi sousedními jedinci minimalizována. Tento typ distribuce se nachází v prostředích, která se vyznačují nerovnoměrnými prostředky. Zvířata potřebují k přežití určité zdroje, a když se tyto zdroje v určitých částech roku stanou vzácnými, zvířata mají tendenci se „shlukovat“ kolem těchto rozhodujících zdrojů. Jednotlivci mohou být v určité oblasti seskupeni kvůli sociálním faktorům, jako jsou sobecká stáda a rodinné skupiny. Organismy, které obvykle slouží jako kořist, tvoří shluky distribucí v oblastech, kde se mohou snadno skrývat a detekovat predátory.

Dalšími příčinami shluklých distribucí je neschopnost potomků samostatně se pohybovat ze svého stanoviště. To je patrné u juvenilních zvířat, která jsou nepohyblivá a silně závislá na péči rodičů. Například hnízdo orla bělohlavého vykazuje shlukovou distribuci druhů, protože všichni potomci jsou v malé podskupině průzkumné oblasti, než se naučí létat. Shluková distribuce může být pro jednotlivce v této skupině prospěšná. V některých případech býložravců, jako jsou krávy a pakoně, však vegetace kolem nich může trpět, zejména pokud zvířata cílí zejména na jednu rostlinu.

Shluková distribuce v druzích působí jako mechanismus proti predaci i jako účinný mechanismus k zachycení nebo vykořisťování kořisti. Africkí divocí psi, Lycaon pictus , používají techniku ​​komunálního lovu ke zvýšení své úspěšnosti při lovu kořisti. Studie ukázaly, že větší smečky afrických divokých psů mívají větší počet úspěšných zabití. Ukázkovým příkladem hromadné distribuce způsobené nerovnoměrnými zdroji je divoká zvěř v Africe během období sucha; lvi, hyeny, žirafy, sloni, gazely a mnoho dalších zvířat jsou shlukováni malými vodními zdroji, které jsou přítomny v těžkém období sucha. Rovněž bylo pozorováno, že vyhynulé a ohrožené druhy se pravděpodobně shlukují ve své distribuci na fylogenezi. Důvodem je to, že sdílejí vlastnosti, které zvyšují náchylnost k vyhynutí, protože příbuzné taxony se často nacházejí ve stejných širokých zeměpisných typech nebo typech stanovišť, kde jsou soustředěny lidské hrozby. Při použití nedávno vyvinutých úplných fylogenií pro savčí masožravce a primáty se ukázalo, že většina případů ohrožených druhů není zdaleka náhodně rozdělena mezi taxony a fylogenetické kmeny a vykazuje shlukovou distribuci.

Sousedící distribuce je ta, ve které jsou jednotlivci blíže k sobě, než by byli, pokud by byli náhodně nebo rovnoměrně distribuováni, tj. Je to shluková distribuce s jediným shlukem.

Pravidelné nebo jednotné

Méně časté než shluková distribuce je rovnoměrné rozdělení, známé také jako rovnoměrné rozdělení, rovnoměrně rozmístěné. Rovnoměrné distribuce se vyskytují v populacích, ve kterých je vzdálenost mezi sousedními jedinci maximalizována. Potřeba maximalizovat prostor mezi jednotlivci obecně vyplývá z konkurence o zdroj, jako je vlhkost nebo živiny, nebo v důsledku přímých sociálních interakcí mezi jednotlivci v populaci, jako je teritorialita. Například tučňáci často vykazují jednotné rozestupy agresivní obranou svého území mezi svými sousedy. Pravidelně jsou také distribuovány nory velkých pískomilů , které lze vidět na satelitních snímcích. Rostliny také vykazují rovnoměrné rozložení, jako jsou kreosotové keře v jihozápadní oblasti Spojených států. Salvia leucophylla je druh v Kalifornii, který přirozeně roste v jednotných rozestupech. Tato květina uvolňuje chemikálie zvané terpeny, které inhibují růst dalších rostlin kolem sebe a mají za následek rovnoměrnou distribuci. Toto je příklad alelopatie , což je uvolňování chemikálií z částí rostlin vyluhováním, vylučováním kořenů, těkáním, rozkladem zbytků a dalšími procesy. Alelopatie může mít příznivé, škodlivé nebo neutrální účinky na okolní organismy. Některé alelochemikálie mají dokonce selektivní účinky na okolní organismy; například stromový druh Leucaena leucocephala vylučuje chemickou látku, která inhibuje růst jiných rostlin, ale ne rostlin vlastního druhu, a může tak ovlivnit distribuci konkrétních konkurenčních druhů. Allelopatie obvykle vede k rovnoměrnému rozložení a zkoumá se její potenciál potlačovat plevel. Zemědělství a zemědělské postupy často vytvářejí jednotnou distribuci v oblastech, kde by dříve neexistovaly, například pomerančovníky rostoucí v řadách na plantáži.

Náhodný

Náhodné rozložení, známé také jako nepředvídatelné rozestupy, je v přírodě nejméně běžnou formou rozložení a nastává, když se členové daného druhu nacházejí v prostředích, ve kterých je postavení každého jedince nezávislé na ostatních jedincích: nepřitahují ani neodpuzují navzájem. Náhodná distribuce je v přírodě vzácná, protože biotické faktory, jako jsou interakce se sousedními jedinci, a abiotické faktory, jako je klima nebo půdní podmínky, obecně způsobují shlukování nebo šíření organismů. K náhodnému rozložení obvykle dochází na stanovištích, kde jsou konzistentní podmínky a zdroje prostředí. Tento model disperze je charakterizován nedostatkem silných sociálních interakcí mezi druhy. Například; Když jsou semena pampelišky rozptýlena větrem, často dojde k náhodnému rozložení, protože sazenice přistávají na náhodných místech určených nekontrolovatelnými faktory. Larvy ústřice mohou také cestovat stovky kilometrů poháněných mořskými proudy, což může vést k jejich náhodnému rozdělení. Náhodné distribuce vykazují shluky náhod (viz Poissonovo shlukování ).

Statistické stanovení distribučních vzorců

Existuje několik způsobů, jak určit distribuční vzorec druhů. Metoda nejbližšího souseda Clark-Evans může být použita pro určení, zda se poskytne shluklý, uniformě, nebo náhodně. Aby vědci využili metodu nejbližšího souseda Clarka – Evanse, zkoumají populaci jediného druhu. Vzdálenost jednotlivce od jeho nejbližšího souseda se zaznamená pro každého jednotlivce ve vzorku. U dvou jedinců, kteří jsou navzájem nejbližším sousedem, se vzdálenost zaznamenává dvakrát, jednou pro každého jednotlivce. Pro získání přesných výsledků se doporučuje, aby počet měření vzdálenosti byl alespoň 50. Průměrná vzdálenost mezi nejbližšími sousedy se porovná s očekávanou vzdáleností v případě náhodného rozdělení, čímž se získá poměr:

Pokud je tento poměr R roven 1, je populace náhodně rozptýlena. Pokud je R významně větší než 1, populace je rovnoměrně rozptýlena. A konečně, pokud R je výrazně menší než 1, populace se shlukuje. Statistické testy (jako je t-test, chi kvadrát atd.) Lze poté použít k určení, zda se R významně liší od 1.

Metoda rozptylu / průměrného poměru se zaměřuje hlavně na určení, zda druh vyhovuje náhodně rozložené distribuci, ale lze ji také použít jako důkaz pro rovnoměrné nebo shlukové rozdělení. Aby bylo možné využít metodu Variance / Střední poměr, jsou data shromažďována z několika náhodných vzorků dané populace. V této analýze je bezpodmínečně nutné vzít v úvahu data z alespoň 50 vzorových grafů. Počet osob přítomných v každém vzorku se porovnává s očekávaným počtem v případě náhodného rozdělení. Očekávané rozdělení lze zjistit pomocí Poissonova rozdělení . Pokud je poměr rozptyl / průměr roven 1, je populace shledána náhodně distribuovanou. Pokud je významně větší než 1, zjistí se, že populace je shluková distribuce. A konečně, pokud je poměr výrazně menší než 1, zjistí se, že populace je rovnoměrně rozdělena. Typické statistické testy používané k nalezení významnosti poměru rozptyl / průměr zahrnují Studentův t-test a chi kvadrát .

Mnoho vědců se však domnívá, že modely distribuce druhů založené na statistické analýze, bez zahrnutí ekologických modelů a teorií, jsou pro předpovědi příliš neúplné. Místo závěrů založených na údajích o přítomnosti a nepřítomnosti jsou upřednostňovány pravděpodobnosti, které vyjadřují pravděpodobnost, že druh obsadí danou oblast, protože tyto modely zahrnují odhad důvěry v pravděpodobnost přítomnosti / nepřítomnosti druhu. Jsou také cennější než data shromážděná na základě jednoduché přítomnosti nebo absence, protože modely založené na pravděpodobnosti umožňují vytvoření prostorových map, které naznačují, jak pravděpodobný je druh v konkrétní oblasti. Podobné oblasti lze poté porovnat a zjistit, jak je pravděpodobné, že se tam vyskytne i druh; to vede ke vztahu mezi vhodností stanoviště a výskytem druhů.

Modely distribuce druhů

Distribuci druhů lze předpovědět na základě vzorce biologické rozmanitosti v prostorových měřítcích. Obecný hierarchický model může integrovat narušení, rozptyl a populační dynamiku. Na základě faktorů šíření, narušení, zdrojů omezujících klima a dalších druhů rozšíření, předpovědi rozšíření druhů mohou vytvořit bio-klimatické rozmezí, nebo bio-klimatické obálky. Obálka se může pohybovat od místního po globální měřítko nebo od nezávislosti na hustotě po závislost. Hierarchický model bere v úvahu požadavky, dopady nebo zdroje i místní vyhynutí v rušivých faktorech. Modely mohou integrovat model rozptýlení / migrace, model narušení a model hojnosti. K posouzení dopadů změny klimatu a otázek řízení ochrany lze použít modely distribuce druhů (SDM). Mezi modely distribuce druhů patří: modely přítomnosti / nepřítomnosti, modely šíření / migrace, modely narušení a modely hojnosti. Převládajícím způsobem vytváření předpovězených distribučních map pro různé druhy je překlasifikování vrstvy krajinného pokryvu v závislosti na tom, zda by se u daného druhu předpokládalo, že bude obývat každý typ krytu. Tento jednoduchý SDM se často upravuje pomocí údajů o rozsahu nebo pomocných informací, jako je nadmořská výška nebo vzdálenost vody.

Nedávné studie ukázaly, že použitá velikost mřížky může mít vliv na výstup těchto modelů distribuce druhů. Standardní velikost mřížky 50x50 km může vybrat až 2,89krát větší plochu, než když je modelována s mřížkou 1x1 km pro stejný druh. To má několik dopadů na plánování ochrany druhů podle předpovědí o změně klimatu (globální klimatické modely, které se často používají při vytváření modelů distribuce druhů, obvykle se skládají z mřížek o velikosti 50–100 km), což by mohlo vést k předpovědi budoucích areálů v modelování distribuce druhů. To může mít za následek nesprávnou identifikaci chráněných oblastí určených pro budoucí biotop druhu.

Projekt distribučních sítí druhů

Projekt Distribuční mřížky druhů je úsilí vyvedené z University of Columbia na vytvoření map a databází místa pobytu různých druhů zvířat. Tato práce je zaměřena na prevenci odlesňování a stanovení priorit oblastí na základě druhové bohatosti. V dubnu 2009 jsou k dispozici údaje o globálním rozšíření obojživelníků a také o ptácích a savcích v Severní a Jižní Americe. Galerie map Gridded Species Distribution obsahuje ukázkové mapy pro datovou sadu Species Grids. Tyto mapy nezahrnují, ale spíše obsahují reprezentativní vzorek typů dat dostupných ke stažení:

Viz také

Poznámky

externí odkazy