Ekológia ostrovných spoločenstiev

1. Ekológia ostrovných spoločenstiev RNDr. Marianna Molnárová, PhD. Katedra ekosozológie a fyziotaktiky, Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave (2010)

2. Ekológia ostrovných spoločenstiev • teória ostrovnej biogeografie • ekológia ostrovných spoločenstiev • urbánna ekológia

3. Teória ostrovnej biogeografie

4. v r. 1963 teóriu („the Theory of Island Biogeography) sformulovali ekológ Robert MacArthur a biológ Edward Osborn Wilson • pri štúdiu tichomorských ostrovov si všimli 2 javy: 1) veľké ostrovy majú viac druhov ako malé ostrovy 2) ostrovy, ktoré sú blízko k pevnine, majú viac druhov, než tie, ktoré sú izolované. R. MacArthur E.O. Wilson

5. spomínaní autori vyvinuli teóriu, ktorá pozorované skutočnosti vysvetľuje pomocou imigrácie, emigrácie a vyhynutia druhov. • táto teória vysvetľuje dynamiku rastlinných a živočíšnych druhov na ostrovoch v závislosti od rozlohy ostrova a jeho vzdialenosti od pevniny • dá sa uplatniť napr. aj pre hory obklopené púšťou, jazerá obkolesené pevninou, na ostrovy fauny a flóry obklopené „morom“ inej vegetácie, na fragmenty lesov v človekom pozmenenej krajine

6. imigrácia a emigrácia druhov je ovplyvnená vzdialenosťou ostrova od zdroja kolonistov („distance effect“). Najčastejšie je ich zdrojom pevnina, ale môžu ním byť aj iné ostrovy. Ostrovy, ktoré sú viac izolované, prijímajú menej imigrantov, ako ostrovy menej izolované. • rýchlosť vymierania druhov je ovplyvnená veľkosťou územia („area effect“). Väčšie habitaty znižujú pravdepodobnosť vyhynutia. • vyváženosť medzi vymieraním a imigráciou – rovnováha v druhovom bohatstve

7. Faktory, ktoré vplývajú na druhové bohatstvo: • stupeň izolácie (vzdialenosť k najbližším ostrovom a k pevnine) • dĺžka izolácie (čas) • veľkosť ostrova (väčšie plochy obvykle uľahčujú väčšiu diverzitu) • vhodnosť habitatu (klíma, pôvodné zloženie flóry a fauny ak bol ostrov predtým súčasťou väčšej pevniny, súčasné druhové zloženie) • prostredie v blízkosti oceánskych prúdov (živiny, ryby, vtáky, semená) • aktivita človeka

8. E.O. Wilson • teória bola experimentálne testovaná americkým biológom Edwardom Osbornom Wilsonom a jeho študentom - biológom a ekológom Danielom Simberloffom na mangrovových ostrovoch na Florida Keys (Simberloff, Wilson, 1969). Na vyhubenie článkonožcov na týchto ostrovoch bol použitý metylbromid. Do roka boli ostrovy opäť kolonizované. Ostrovy bližšie k pevnine sa obnovujú rýchlejšie, na rozľahlejších ostrovoch je viac druhov v rovnováhe – potvrdenie teórie ostrovnej biogeografie. D. Simberloff

9. aplikovanie teórie v národných parkoch – výskum Williama Newmarka, ktorý bol uverejnený v časopise Nature ako aj v New York Times, poukázal na výraznú koreláciu medzi veľkosťou chráneného územia U.S. National Park a počtom druhov cicavcov. • princípy ostrovnej teórie možno uplatniť napr. pri plánovaní a manažmente chránených území, ktoré môžu byť tiež považované za ostrovy v okolitej krajine. Pri zakladaní chráneného územia alebo rezervácie hrá dôležitú úlohu veľkosť plochy územia.

10. SLOSS = Single Large Or Several Small – koncepcia „single large“ (t.zn. jedna veľká) presadzuje jedno veľké nerozčlenené územie, v ktorom dostatočne veľká rozloha vnútorného prostredia poskytuje priestor pre existenciu početnejších populácií niekoľkých vybraných druhov. Koncepcia „several small“ navrhuje sústavu väčšieho počtu menších fragmentov a teda území s väčším množstvom ekotonov, ktoré podporujú celkovo vyššiu druhovú diverzitu, ale na úkor populácií druhov vnútorného prostredia (Šálek a kol., 2005)

11. Teória ostrovných spoločenstiev

12. študuje organizmy ostrovov a ich interakcie medzi sebou a s prostredím • ostrovy zaberajú približne 1/6 celkovej plochy Zeme • ekológia ostrovných ekosystémov je výrazne odlišná od spoločenstiev na pevnine • izolácia druhov a veľké množstvo nevyužitých ník vedie k vzniku nových druhov (30 % všetkých prípadov biodiverzity je na ostrovoch, 50 % patrí biodiverzite v trópoch v oblasti morí, ďalšie jedinečným a vzácnym druhom. Mnoho druhov zostáva ešte neobjavených.)

13. diverzita druhov môže byť výrazne ovplyvnená: - odlesňovaním = deforestáciou - introdukciou exotických druhov • ekológovia a manažéri sa preto snažia zachrániť a obnoviť ostrovné spoločenstvá • ostrovy sú jednoduché ekosystémy, a preto poskytujú cennú príležitosť sledovania vymierania druhov, ktorá môže byť využitá na väčších ekosystémoch. Umožňujú sledovať evolúciu priamo v akcii – kolonizáciu, adaptáciu a špeciáciu.

14. Adaptácia: • ostrovy prevažne v tropických oblastiach • gigantizmus/trpasličí vzrast • obrovské korytnačky - napr. korytnačka slonia (Geochelone nigra) z Galapág, varan komodský (Varanus komodoensis), Mammuthus exilis – vyhynutý druh trpasličích slonov (výška do 2,1 m, cca 910 kg). V. komodoensis G. nigra M. exilis

15. Adaptácia: • zákon ostrova – po imigrácii vtáky a niektoré plazy, či cicavce zväčšujú svoju váhu – vnútrodruhová konkurencia. Pri cicavcoch sa malé druhy zväčšujú a veľké jedince druhov zas svoju veľkosť znižujú. Predpokladá sa, že sa tak deje preto, aby sa znížil energetický výdaj. (Van Valen, 1973, Stamps, Buechner, 1985, McNab, 2002) • poikilotermia

16. Špeciácia: • nezabrané niky => druhy sa na ne adaptujú • imigrácia predátorov a konkurentov je limitovaná, mnoho organizmov je schopných prežiť v nových nikách • vysoký výskyt endemitov, ktoré sú viazané na lokalitu (napr. 50 % endemitov - vtákov - je na ostrovoch) • distribúcia týchto populácií je limitovaná ich ostrovnými habitatmi, čo vedie k nižšej individuálnosti jedincov v porovnaní s jedincami na pevnine a zníženiu genetickej variability. Spolu so správaním a ekologickými faktormi sú druhy z ostrova náchylnejšie na vyhynutie.

17. Prežitie: • kontinuálne prežitie druhov na ostrove závisí od faktorov ako prirodzený výber, genetická variabilita, prírodné pohromy (hurikány, vulkanické erupcie) a vplyv človeka (zavedenie druhov, strata habitatu) • človek svojím vplyvom výrazne zvyšuje príčiny mortality druhov. Pochopenie príčin vymierania uľahčuje ochranu prírody ostrova.

18. Vplyv človeka na ekosystém ostrovov: • deštrukcia habitatu (vyčerpanie prírodných zdrojov – deforestácia, znečistenie prostredia, nadmerná ťažba a zber – napr. ryby z koralových útesov) • zavedenie nových druhov (napr. predátorov) • lov (vták dodo – ostrov Maurítius) • globálne otepľovanie • trofické kaskády– introdukcia nepôvodného druhu má nepriamy účinok na ďalšie druhy v potravovom reťazci.

19. Vplyv človeka na ekosystém ostrovov: • trofické kaskády– príklad: Santa Cruz Island (California Channel Islands) – otrava DDT znížila populáciu orliaka bielohlavého (Haliaeetus leucocephalus). Po introdukcii prasiat bol ostrov kolonizovaný orlom skalným (Aquila chrysaetos), ktorý nahradil orliaka bielohlavého. Orol skalný sa živý aj líškou ostrovnou (Urocyon littoralis), čím sa stav líšok znížil natoľko, že im hrozilo vyhynutie. Populácia skunka sa preto zvýšila, keďže sa znížila kompetícia s líškami.

20. Urbánna ekológia

21. Alexander Mitscherlich v 60. rokoch vyslovil domnienku, že intenzívne vzďaľovanie sa od prírody (ako je to v "nehostinných" mestách) vyvoláva sociálne a psychické deficity, a že táto súvislosť je viditeľná predovšetkým vo vývine detí (Lichtenbergová, 1993). Na druhej strane Ján Pavlík a Štefan Pavlík (2001) s Elizabeth Lichtenbergovou polemizujú: "Ako sa mestský trávnik dostáva v meste na najdrahšie pôdy, prečo tam často vytláča s vynaložením množstva práce a financií nielen spontánnu vegetáciu, ale často aj výnosnejšie funkcie? Podstatným dôsledkom je potlačenie spontánnej prírody v meste a z vedomia obyvateľov" (Lichtenbergová, 1993).

22. mesto - pestrá paleta plôch s rôznym druhom manažmentu a rôznou históriou • vysvetlenie druhovej bohatosti spoločenstiev rastlín a živočíchov v meste =>teória ekológie ostrovných spoločenstiev • rozhodujúca úloha - rýchlosť imigrácie a vymierania druhov, ktorú ovplyvňuje veľkosť plochy, miera izolovanosti, narušovanie a dĺžka možnej kolonizácie, taktiež rozmanitosť stanovišťa a okolia plochy

23. gradient periféria - stred mesta (Pyšek, 1992): počet druhov rastlín smerom do stredu mesta s rastúcim podielom zastavaných plôch klesá. Tento gradient sa prejavuje aj pri živočíchoch a mení sa v ňom aj podiel alochtónnych a synantropných druhov rastlín a živočíchov. V husto zastavaných častiach v strede mesta je vyšší podiel alochtónnych druhov rastlín než na predmestí, na predmestí majú vysoký podiel synantropné druhy živočíchov.

24. v druhovo chudobných, husto zastavaných a intenzívne využívaných častiach mesta pri spontánnych procesoch prevláda vymieranie a emigrácia druhov nad ich imigráciou. To sa prejavuje chudobným druhovým zložením. • prienik cudzích - alochtónnych (častokrát inváznych) druhov do miest spôsobuje zvýšenie počtu druhov rastlín na území mesta. Vyskytujú sa spravidla v periférnych častiach mesta, viažu sa na dopravné koridory. V centre mesta, napriek prieniku niektorých alochtónnych druhov, vymizol veľký počet druhov, vyskytujúcich sa mimo územia mesta (Ján Pavlík, Štefan Pavlík, 2001).

25. počet druhov vtákov a ich hustota v mestách s vekom plochy narastá (Luniak, 1983) • mesto - nový fenomén v krajine vytvorený človekom • mesto - krajina = napätie (gradient), ktorý je vyrovnávaný prúdením druhov. Človek zámerne aj spontánne ovplyvňuje imigráciu aj vymieranie a emigráciu druhov v ekosystéme mesta. • medzi spoločenstvá, ktoré sú v čase menej premenlivé, patria hlavne dreviny. Sú objektom priameho aranžovania človekom. Vtáky sú veľmi pohyblivou skupinou organizmov, ktorá nie je priamym objektom manažmentu človeka.

26. výskyt komárov a kliešťov v mestskom prostredí Liahništia komárov v Prahe sa nachádzajú v oblastiach s najvyšším indexom kvality životného prostredia, t. j. na miestach, ktoré sú poslednými zvyškami zachovanej prírody (Rosický, Daniel a kol., 1989). Komáre, podobne ako spoločenstvá vtákov, sa môžu stať indikátorom ekosystémovej celistvosti. • tam, kde nie sú prítomní hostitelia, a teda nie je komplexný ekosystém, tam niet ani kliešťov. Kliešte a komáre sa však môžu skôr či neskôr stať potenciálnym vektorom epidémie, tak ako to bolo v prípade západonílskeho vírusu v New Yorku.

27. neodstránená odumretá hmota, vysoká štrukturálna diverzita vegetácie, druhová bohatosť vtákov, prítomnosť komárov či kliešťov sú sprievodné znaky integrovaných ekosystémov • fragmentácia krajiny človekom – prepojenie fragmentov napr. pomocou biokoridorov – bližšie dr. Ružičková na našej katedrovej stránke: http://www.enviro-edu.sk/?page=krajina/fragmentacia_krajiny • ochrana prírody v nemeckých mestách, "ekologické parky" vo Švajčiarsku, Veľkej Británii, Kanade - predzvesť budúceho vývoja?

28. Smerovanie miest k ekologickejšiemu prostrediu: • výstavba miest v rovnováhe s prírodným prostredím („eco-city“) • úspora energií a vody v budovách, v priemysle a v doprave, recyklácia materiálov, kultivácia prirodzených ekosystémov, ľudských obydlí, či verejných priestorov (napr. v Austrálii http://www.urbanecology.org.au organizácia Urban Ecology Australia)

29. Navrhované zmeny: (http://www.urbanecology.org.au) • spríjemnenie peších zón • budovanie verejných záhrad a záhrad na strechách domov • pestovanie ovocia a zeleniny na konzumáciu v záhradách • zachytávanie dažďovej vody a jej využitie na polievanie záhrad a splachovanie toaliet • pasívny slnečno-klimatický dizajn: ohrev, chladenie a vlhkosť regulovaná iba vetrom, slnkom a vegetáciou • ohrev vody s využitím solárnej energie • elektrická energia z fotočlánkov – solárne panely inštalované na pergolách strešných záhrad • využívanie recyklova(teľ)ných netoxických materiálov • zníženie využívania dopravy autom v meste

30. Literatúra: • Begon, M., Harper, J.L., Townsend, C.R. (1997): Ekologie – jedinci, populace a společenstva. Olomouc: Vydavatelství Univerzity Palackého, 949 s. • Lichtenberg, E. (1993): Stadtkologie und Sozialgeographie. In Sukopp, H., Wittig, R. (eds). Stadokologie, Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, Jena, New York, 10-45. • Luniak, M. (1983): The Avifauna of Urban Areas in Poland and Possibilities of Managing it. Acta Ornithologica, Warszawa, 19, 1, 3-61. • McNab, B.K. (2002): Minimizing energy expenditure facilitates vertebrate persistence on oceanic islands. Ecology Letters 5, 693-704. • Pavlík, J., Pavlík, Š. (2001): Ochrana prírody v mestách – sociálny, estetický a hygienický konflikt. Životné prostredie 4, (dňa 20.8.2010 http://www.seps.sk/zp/casopisy/zp/2001/zp4/pavlik.htm).

31. Literatúra: • Pyšek, P. (1992): Settlements Outskirts - May they be Considered as Ecotones? Ekológia (ČSSR), 11, 3, 273-286. • Rosický, B., Daniel, M. a kol. (1989): Lékařská entomologie a životní prostředí. Academia Praha, 440 s. • Simberloff, D. and Wilson, E.O. (1969): Experimental Zoogeography of islands - colonization of empty islands. Ecology 50, 278-296. • Stamps, J.A., Buechner, M. (1985): The Territorial Defense Hypothesis and the Ecology of Insular Vertebrates. The Quarterly Review of Biology 60, 155-181. • Šálek, M., Růžička, J., Mandák, B. (2005): Ekologie. Kostelec nad Černými lesy: Lesnická práce, Kap. 5., Populační dynamika, 36-55. • Van Valen, L.M. (1973): Pattern and the Balance of Nature. Evolutionary Theory 1, 31−49.