Curs-introductiv-biogeografie-1.pdf

Cuprins

BIOGEOGRAFIE

• Definitia biogeografiei • Clasificarea domeniilor biogeografiei • Principalele directii de lucru

Cursul 1

• Aparitia vietii pe Pamant • Mediul acvatic si mediul terestru • Bariere geografice • Areale geografice

Dan Cogalniceanu

Diversitatea plantelor vasculare

Diversitea vertebratelor

Diversitatea floristica

Diversitea pestilor dulcicoli

1

Diversitatea coralilor

Diversitatea mangrovelor

Diversitatea algelor macrofite marine

Diversitatea speciilor de rechini

Justificare Organismele vii nu sunt distribuite uniform sau întâmplător pe glob, această distribuţie inegală fiind rezultatul interacţiunilor dintre o multitudine de factori. Biogeografia s-a dezvoltat de-a lungul a două direcţii majore: (i) descrierea modelelor de distribuţie; (ii) identificarea şi caracterizarea proceselor.

Definitie Biogeografia este ştiinţa care studiază răspândirea geografică a animalelor şi plantelor şi care explică această răspândire. Este o disciplină de graniţă între biologie şi geografie.

2

Importanta biogeografiei • Teoretică, alături de evoluţionism deoarece identifică fenomenele şi procesele responsabile pentru distribuţia prezenta şi trecută a organismelor vii. • Practică, deoarece oferă: – date asupra răspândirii geografice a resurselor vegetale şi animale; – date asupra eficacităţii cultivării unor plante de cultură şi creşterii unor animale domestice, în raport cu mediul geografic; – date asupra răspândirii geografice a plantelor şi animalelor dăunătoare.

Clasificarea ramurilor biogeografiei

1. DUPĂ ORGANISMELE STUDIATE

Cuprins • Definitia biogeografiei • Clasificarea domeniilor biogeografiei • Principalele directii de lucru • Aparitia vietii pe Pamant • Mediul acvatic si mediul terestru • Bariere geografice • Areale geografice

Fitogeografie - exemplu Diagrama polinica P. C. Tzedakis et al., Science 297, 2044 -2047 (2002)

Fitogeografia: geografia plantelor se ocupă în primul rând cu răspândirea asociaţiilor vegetale. Zoogeografia: geografia animalelor, se ocupă preponderent cu răspândirea speciilor şi a categoriilor taxonomice superioare.

Asemănări şi deosebiri: - speciile vicariante domină la animale dar sunt mai rare la plante - analiza polenului permite studiul în timp al asociaţiilor vegetale, în timp ce paleozoologia nu poate oferi ceva similar.

Fitogeografie - exemplu Distributia stejarilor in Europa pe baza

European Pollen Database.

Puncte verzi – refugii glaciare (prezent) Puncte rosii – absent.

Clasificarea ramurilor biogeografiei 2. DUPĂ SUPRAFAŢA STUDIATĂ Macrobiogeografie: studiul răspândirii taxonilor superiori pe suprafeţe mari. Microbiogeografie: studiul răspândirii categoriilor infraspecifice, a speciilor şi cel mult a genurilor pe suprafeţe mici.

Taberlet et al. 2002

3

Clasificarea ramurilor biogeografiei

3. DUPĂ CAUZALITATE Biogeografia ecologică : cauzele distribuţiei sunt condiţiile de mediu şi posibilităţile de dispersie active sau pasive. Biogeografia istorică: Studiul modului în care organismele şi-au modificat distribuţia pe parcursul perioadelor geologice. Explicarea distribuţiei în timp a organismelor, în special pe baza proceselor evolutive şi geologice. O variantă a biogeografiei istorice este şi paleogeografia care utilizează distribuţia istorică a organismelor pentru a deduce caracteristici geografice şi evenimente geologice din trecut.

Biogeografie istorica - Exemplu

Ochsenius, 1998

Fauna bazinului Amazon în Neogen (23 milioane ani). Anzii nu erau o barieră iar bazinele Amazon şi Orinoco nu erau separate. Numeroase lacuri şi mlaştini prezente.

Biogeografie istorica - Exemplu

Ochsenius, 1998

Fauna bazinului Amazon in Pliocen-Pleistocen (acum aproximativ 2 milioane ani). Megafauan a dispărut în urma glaciaţiunilor. Anzii se formează ca barierăa.

Cuprins • Definitia biogeografiei • Clasificarea domeniilor biogeografiei • Principalele directii de lucru • Aparitia vietii pe Pamant • Mediul acvatic si mediul terestru • Bariere geografice • Areale geografice

Biogeografie istorica - Exemplu

Ochsenius, 1998

Fauna bazinului Amazon in prezent (Holocen).

Direcţii de lucru în biogeografie 1. DESCRIEREA MODELELOR DE DISTRIBUŢIE a. Corologie: descrierea arealului diverselor specii şi delimitarea acestuia. b. Corologie comparată: se descrie arealul unităţilor taxonomice supraspecifice (pe baza criteriilor filetice). c. Biogeografie analitică: explicarea răspândirii speciilor şi a taxonilor supraspecifici atât pe baza datelor ecologice cât şi a celor istorice.

4

Direcţii de lucru în biogeografie

2. IDENTIFICAREA PROCESELOR CE DETERMINĂ O ANUMITĂ DISTRIBUŢIE a. Faunistică/floristică: se alcătuieşte lista de animale sau plante dintr-o anumită regiune sau localitate. b. Analiza comparată: studiază în mod comparativ listele de specii din diverse regiuni ale globului, sesizând asemănările şi deosebirile dintre acestea, permiţând delimitarea de regiuni şi provincii biogeografice. c. Biogeografia sintetică: reconstituirea evoluţiei în timp a acestor complexe de specii cu răspândire similară şi explicarea cauzelor care au condus la formarea respectivelor asociaţii precum şi vechimea acestora.

Procese ce pot explica o anumită distribuţie

2. SCARĂ SPAŢIALĂ MICĂ a. Procese abiotice (perturbări): incendii uragane inundaţii erupţii vulcanice b. Procese biotice: - evolutive (adaptare, speciaţie, extincţie) - ecologice (predatorism, competiţie, dispersie)

Procese ce pot explica o anumită distribuţie

1. SCARĂ SPAŢIALĂ MARE Numai procese abiotice • • • •

tectonica plăcilor modificările nivelului mării modificări climatice modificări ale curenţilor oceanici

Cuprins • Definitia biogeografiei • Clasificarea domeniilor biogeografiei • Principalele direcţii de lucru • Apariţia vieţii pe Pământ • Mediul acvatic si mediul terestru • Bariere geografice • Areale geografice

Apariţia vieţii pe Pământ

Apariţia vieţii pe Pământ

Apariţia vieţii pe Pământ s-a desfăşurat pe parcursul unei perioade de peste 4,5 miliarde de ani. Poate fi împărţită în trei mari etape: 1. abiogenă 2. biogenă 3. antropogenă

1. Etapa abiogenă, premergătoare apariţiei vieţii, a fost caracterizată iniţial printr-un proces de răcire treptat care a permis întâi formarea litosferei (prin solidificarea scoarţei terestre), apoi a atmosferei şi ulterior a hidrosferei (temperatura a scăzut sub 1000C).

Au fost astfel create condiţii pentru apariţia vieţii.

5

Apariţia vieţii pe Pământ Oceanul Planetar: -Ocupă 70% din suprafaţă -Conţine 97% din apă

Apariţia vieţii pe Pământ

2. Etapa biogenă începe odată cu apariţia vieţii. Aceasta a apărut în oceanul planetar, apa oferind protecţie faţă de radiaţia UV. Metabolismul organismelor vii a devenit procesul major, selectiv, care a ajuns să transforme planeta.

-Reprezintă 99% din volumul locuibil

Numele corect al planetei ar trebui să fie: Apă în loc de Pământ Aqua în loc de Terra

Etape importante: Fotosinteza Respiraţia aerobă Reproducerea sexuată Colonizarea uscatului

Apariţia vieţii pe Pământ

Caracteristicile Grupelor Dominante

Fanerozoic

Precambrian

Durată

550 milioane ani (~15%)

>2915 milioane ani (>85%)

Organisme

macroscopice, eucariote multicelulare

microscopice, procariote unicelulare/coloniale

Fiziologie

aerobă

anaerobă, facultativ aerobă, aerobă

Reproducere

sexuată

asexuată

Ecologie

specializări, populaţii mici

generalişti, populaţii mari

Dinamica evoluţiei

1. Specii cu durata de viaţă scurtă 2. Evoluţie rapidă

1. Specii cu durata de viaţă lungă 2. Evoluţie lentă

Modul de evoluţie

1. modificări morfologice ale organelor (flori, frunze, dinţi, membre) 2. extincţii/radiaţii frecvente

1. adaptări biochimice (metabolice)intracelulară 2. perioade de stază

Apariţia vieţii pe Pământ 3. Etapa antropogenă este ultima şi cea mai recentă, fiind caracterizată de modificări majore în structura ecosferei datorită impactului direct şi indirect al speciei umane din ultimii zeci de mii de ani. Impactul direct a fost cauzat de vânătoarea/pescuitul/colectarea excesivă, uneori până la dispariţie, a speciilor de interes, în special vânatul mare, mamifere şi păsări.

6

Apariţia vieţii pe Pământ

Caracteristicile fizico-chimice ale apei

Impactul indirect este cauzat de: (i) transformarea habitatelor naturale (distrugerea covorului vegetal prin incendierile repetate, defrişări, prin extinderea terenurilor agricole). (ii) introducerea de specii noi. (iii) modificările globale.

Defrişarea antropică

Cuprins

Kaplan et al. 2009.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei

• Definitia biogeografiei • Clasificarea domeniilor biogeografiei • Principalele directii de lucru • Aparitia vietii pe Pamant

1. Densitatea ridicată a apei. 2. Prezenţa sărurilor în mediul marin.

• Mediul acvatic si mediul terestru

3. Apa ca solvent universal.

• Bariere geografice

4. Stratificarea pe verticală în mediul

• Areale geografice

acvatic.

7

Caracteristicile fizico-chimice ale apei 1. DENSITATEA RIDICATA A APEI Apa este de 775 ori mai densă decât aerul. • Viaţa în mediul acvatic se realizează astfel într-un cadru tridimensional (volum) în timp ce viaţa în mediul terestru se desfăşoară preponderent într-un cadru bidimensional (suprafaţă). • Organismele din mediul acvatic nu necesită organe de susţinere; când acestea există sunt folosite pentru deplasare. • Plantele acvatice pot fi aproape în totalitate consumate, plantele terestre necesita structuri complexe pentru a transporta apa la tesuturi. • Deplasarea pe uscat este mult mai uşoară faţă de mediul acvatic.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei 3. APA CA SOLVENT UNIVERSAL Solubilitatea unei game extrem de largi de compuşi chimici în apă, facilitează transferul acestor compuşi din mediu în corpul organismelor vii şi înapoi în mediu. • Plantele şi microorganismele acvatice pot prelua compuşii chimici dizolvaţi prin întreaga suprafaţă a corpului. Importanţa rădăcinilor pentru plantele acvatice este mult diminuată. • Circuitele biogeochimice sunt mult mai rapide în mediul acvatic.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei

Presiunea hidrostatică a coloanei de apă creşte cu o atmosferă pentru fiecare 10 m în adâncime.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei 2. PREZENŢA SĂRURILOR ÎN MEDIUL MARIN

Concentraţia în săruri a oceanului planetar este similară cu compoziţia şi concentraţia acestora din organismele vii. • Echilibrul osmotic este uşor de atins pentru organismele din mediul marin, care nu necesită adaptări specifice. • La organismele acvatice dulcicole menţinerea echilibrului osmotic se realizează cu consum mare de energie.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei 4. STRATIFICAREA PE VERTICALA Gradienţii verticali determinaţi de presiunea hidrostatică, temperatură, salinitate, densitate, lumină, concentraţia de oxigen dizolvat, concentraţia de nutrienţi, etc. împart masa apei în zone cu grade diferite de atractivitate pentru organisme. • Mediul acvatic oferă condiţii extrem de variate şi dinamice în timp şi spaţiu. Aceasta face ca organismele acvatice să fie distribuite neuniform şi să migreze periodic între corpuri de apă cu caracteristici diferite. • Curenţii de apă verticali şi orizontali sunt de aceea factori esenţiali în structurarea comunităţilor acvatice.

Caracteristicile fizico-chimice ale apei Stratificarea pe verticală a temperaturii, salinităţii, densităţii şi a luminii la nivelul Oceanului Planetar.

8

Caracteristicile fizico-chimice ale apei

Bariere geografice

Stratul superficial

STRATIFICAREA Prima haloclină/termoclină PE VERTICALA IN MAREA Masa profundă intermediară NEAGRA

A doua haloclină/termoclină

Masa profundală abisală Strat

Stratul superficial

Adâncimea maximă (m)

Temperatura (0C)

Salinitatea (‰)

Hidrogen sulfurat (mg/l)

Timpul de retenţie (ani)

150-200

0-25

15-19

0

20

Prima haloclină/termoclină

250

8,2

21,2-21,6

0,4-1

700

Masa profundă intermediară

1000

8,7-9,0

22,3

8

1100

A doua haloclină/termoclină

1200

9

22,3122,36

9

1300

M

2200

9

22 3

12

2000

f

d lă bi

lă

Cuprins

O barieră geografică reprezintă un obstacol, o piedică în răspândirea organismelor vii. O barieră funcţionează ca un filtru care permite doar unor specii, sau unor ansambluri de indivizi să treacă. Clasificarea barierelor după: - natura - forma - permeabilitate

Bariere geografice

• Definitia biogeografiei

A. Clasificare după natura lor:

• Clasificarea domeniilor biogeografiei

A1. Bariere biologice (ecologice) se referă la posibilitatea unei specii de a coloniza un nou ecosistem sau a tolera condiţiile de mediu de acolo.

• Principalele directii de lucru • Aparitia vietii pe Pamant • Mediul acvatic si mediul terestru • Bariere geografice • Areale geografice

Bariere geografice A. Clasificare după natura lor:

A2. Bariere fizice (fiziografice şi climatice). Acestea pot opera la scară spaţio-temporală diferită. Unele bariere fizice sunt la scară mare: tectonice, modificări ale nivelului Oceanului Planetar, climatice sau oceanografice. Alte bariere fizice sunt la scară mică: de exemplu o apă curgătoare.

De exemplu, prezenţa unui specii competitoare, a unui prădător sau parazit pot exclude complet unele specii (ex. prezenţa muştei ţeţe, Glossina palpalis, exclude din arealul său bovinele şi cabalinele datorită tripanosomiazei pe care o transmite).

Bariere geografice B. Clasificare după forma lor: B1. bariere abrupte – reprezentate de obstacole mecanice (ex. braţe de mare, munţi înalţi, cursuri de apă). B2. bariere discrete – bariere climatice sau de altă natură, care îngreunează treptat iar până la urmă împiedică răspândirea unor specii. Nr. indivizi

Barieră abruptă

Barieră discretă

Distanţa

9

Bariere geografice

C. Clasificare după permeabilitatea lor:

Bariere geografice Formarea Istmului Panama

• C1. bariere absolute • C2. bariere relative

Bariere geografice

Schimburile faunistice după formarea istmului Panama

Istmul Panama

Speciile neotropicale care au colonizat America de Nord sunt în verde olive iar cele Nord americane care au colonizat America de Sud sunt cu albastru.

Cuprins • Definitia biogeografiei • Clasificarea domeniilor biogeografiei • Principalele directii de lucru • Aparitia vietii pe Pamant • Mediul acvatic si mediul terestru • Bariere geografice • Areale geografice

Arealul Arealul reprezintă teritoriul (organisme terestre) sau acvatoriul (organisme acvatice) în care trăieşte o specie sau o unitate taxonomică supraspecifică (ex. gen sau familie). Arealul include numai regiunea unde specia trăieşte şi supravieţuieşte în mod normal, nu şi teritoriul unde pot fi întâlnite exemplare ocazionale (cum este cazul unor specii cu potenţial ridicat de dispersie). In areal sunt incluse toate teritoriile sau acvatoriile ocupate de indivizii unei categorii taxonomice în diferitele faze ale ciclului său de viaţă: teritoriu/acvatoriu de hrănire, de reproducere, de iernare/estivare, de migraţie etc.

10

Originea, dispersia şi distribuţia actuală a tapirilor

Arealul

A.Clasificare după mărime A1. AREALE EXTINSE – cel mai adesea întâlnite la specii marine 1. areale zonale – areale ce se extind pe o bandă latitudinală (areale circumpolare în cazul speciei Rubus chamaemorus, sau pantropicale, în cazul palmierilor). 2. areale regionale – areale limitate la o anumită zonă a unui continent.

Arealul

AREAL ZONAL

Arealul

AREAL ZONAL Distributia balenei albastre (Balaenoptera musculus)

Distributia vulpii (Vulpes vulpes)

Arealul

Arealul

AREAL ZONAL

AREAL REGIONAL Arealul lui

Bubo virginianus

Arealul lacustei

11

Arealul A2. AREALE RESTRÂNSE AREALE RELICTE – arealul s-a restrâns în cursul perioadelor geologice (ex. arealul boului moscat în a zona arctică, sau a speciilor montane). TAXONI ENDEMICI – un taxon endemic are un areal mai mic decât media arealului unui taxon de rang egal. Putem vorbi de taxoni endemici cu areal de câteva zeci de m2 sau putem vorbi de specii endemice pentru un bazin hidrografic sau lanţ muntos.

Ex: aspretele (Romanychthys valsanicola) este prezent numai în bazinul superior al Argeşului, pe afluentul Vâlsan. Garofiţa Pietrei Craiului (Dianthus callizonus) este prezentă doar în Piatra Craiului.

Arealul

Arealul

AREAL RELICT

Arealul caprei negre

Rupicapra rupicapra

Arealul Mierlei gulerate

AREAL RELICT

Arealul boului moscat (Ovibos moschatus)

Arealul

Arealul

AREAL ENDEMIC

Ciclide endemice din Marile Lacuri Africane Specii endemice din Galapagos

12

Arealul

Restrângerea arealului bizonului sub impactul antropic

Distributia Vaduvei Negre (Latrodectus sp.)

13