Öns biogeografi

Öbiogeografi eller öbiogeografi är ett fält inom biogeografi som undersöker de faktorer som påverkar artrikedomen och diversifieringen av isolerade natursamhällen. Teorin utvecklades ursprungligen för att förklara mönstret av förhållandet mellan art och område som förekommer på oceaniska öar. Under båda namnen används det nu i hänvisning till alla ekosystem (nuvarande eller förflutna) som är isolerade på grund av att de är omgivna av olika ekosystem, och som har utvidgats till bergstoppar, havsberg, oaser, fragmenterade skogar och till och med naturliga livsmiljöer isolerade av människor markutveckling . Fältet startades på 1960-talet av ekologerna Robert H. MacArthur och EO Wilson , som myntade termen öbiogeografi i deras inledande bidrag till Princetons Monograph in Population Biology-serien, som försökte förutsäga antalet arter som skulle existera på en ny skapade ön.

Definitioner

För biogeografiska ändamål är en ömiljö eller "ö" varje habitatområde som är lämpligt för ett specifikt ekosystem, omgivet av en vidsträckt olämplig habitat. Även om detta kan vara en traditionell ö - en mängd land omgiven av vatten - kan termen också tillämpas på många otraditionella "öar", såsom bergstoppar, isolerade källor eller sjöar och . Konceptet tillämpas ofta på naturliga livsmiljöer omgivna av mänskligt förändrade landskap, såsom vidder av gräsmarker omgivna av motorvägar eller bostadsområden, och nationalparker. Dessutom kanske det som är en ö för en organism inte är det för andra, vissa organismer som ligger på bergstoppar kan också hittas i dalarna, medan andra kan vara begränsade till topparna.

Teori

Teorin om insulär biogeografi föreslår att antalet arter som finns i en ostörd ömiljö ("ö") bestäms av immigration och utrotning . Och vidare, att de isolerade populationerna kan följa olika evolutionära vägar, vilket framgår av Darwins observation av finkar på Galapagosöarna . Immigration och emigration påverkas av avståndet på en ö från en källa till kolonister ( distanseffekt) . Vanligtvis är denna källa fastlandet, men det kan också vara andra öar. Öar som är mer isolerade är mindre benägna att ta emot invandrare än öar som är mindre isolerade.

Utrotningshastigheten när en art väl lyckas kolonisera en ö påverkas av öns storlek; detta är art-område-kurvan eller effekten. Större öar innehåller större habitatområden och möjligheter till fler olika varianter av habitat. Större habitatstorlek minskar sannolikheten för utrotning på grund av slumpmässiga händelser . Habitatheterogenitet ökar antalet arter som kommer att lyckas efter invandring .

Med tiden resulterar de motverkande krafterna av utrotning och invandring i en jämviktsnivå av artrikedom.

Detta diagram visar effekten av en ös avstånd från fastlandet på mängden artrikedom. Storleken på de två öarna är ungefär densamma. Ö 1 får mer slumpmässig spridning av organismer, medan ö nummer två, eftersom den ligger längre bort, får mindre slumpmässig spridning av organismer.

Detta diagram visar effekten av en ös storlek på mängden artrikedom. Diagrammet visar två öar på samma avstånd från fastlandet. Ö 1 tar emot mindre slumpmässig spridning av organismer. Medan ö 2 får fler av pilarna och därför mer slumpmässig spridning av organismer.

Ändringar

Förutom att ha en effekt på invandringstalen kan isolering också påverka utrotningsfrekvensen. Befolkningar på öar som är mindre isolerade är mindre benägna att dö ut eftersom individer från ursprungsbefolkningen och andra öar kan immigrera och "rädda" befolkningen från utrotning; detta är känt som räddningseffekten .

Förutom att ha en effekt på utrotning kan öns storlek också påverka invandringstakten. Arter kan aktivt rikta in sig på större öar för deras större antal resurser och tillgängliga nischer; eller, större öar kan samla fler arter av en slump bara för att de är större. Detta är måleffekten.

Påverkande faktorer

Totalt antal reptil- och amfibiearter på sju små och stora öar i Västindien

• Grad av isolering (avstånd till närmaste granne och fastland)
• Längd på isolering (tid)
• Öns storlek (större yta underlättar vanligtvis större mångfald)
• Habitatets lämplighet som inkluderar:
  • Klimat (tropiskt kontra arktiskt, fuktigt mot torrt, variabilitet, etc.)
  • Initial växt- och djursammansättning om tidigare fäst vid en större landmassa (t.ex. pungdjur , primater )
  • Den nuvarande artsammansättningen
• Plats i förhållande till havsströmmar (påverkar flödesmönster för näringsämnen, fiskar, fåglar och fröer)
• Plats i förhållande till dammblåsning (påverkar näringsämnen)
• Serendipity (effekterna av slumpmässiga ankomster)
• Mänsklig aktivitet

Art-område relationer

Art-område-relationer visar sambandet mellan ett givet område och artrikedomen inom det området. Detta koncept kommer från teorin om öbiogeografi och är väl illustrerad på öar eftersom de är relativt isolerade. Således är de invandrande arterna och arterna som dör ut från en ö mer begränsade och därför lättare att hålla reda på. Det förväntas att förhållandet mellan areal och artrikedom är direkt proportionella mot varandra. Till exempel, när arean av en serie öar ökar, finns det ett direkt samband med primärproducenternas ökande artrikedom. Det är viktigt att tänka på att öarter områdesrelationer kommer att bete sig något annorlunda än fastlandsarter area relationer, men sambanden mellan de två kan fortfarande visa sig vara användbara.

Ekvationen mellan art och område är: $S=cA^{z}$ .

Ett exempel på hur ett art-område-förhållande kan se ut när det är grafiskt.

I denna ekvation representerar $S$ måttet på mångfalden av en art (till exempel antalet arter) och $c$ är en konstant som representerar y-avsnittet. $A$ representerar arean på ön eller utrymmet som undersöks och $z$ representerar lutningen på areakurvan.

Denna funktion kan också uttryckas som en logaritmisk funktion: $log(S)=log(c)+zlog(A)$ Detta uttryck av funktionen gör att funktionen kan ritas som en linjär funktion. Funktionens kärninnebörd är dock densamma: öns yta dikterar förhållandet mellan arterna.

Historiskt rekord

Teorin kan studeras genom fossilerna, som ger ett register över livet på jorden. För 300 miljoner år sedan låg Europa och Nordamerika vid ekvatorn och var täckta av ångande tropiska regnskogar. Klimatförändringarna ödelade dessa tropiska regnskogar under karbonperioden och när klimatet blev torrare splittrades regnskogarna. Krympta skogsöar var obeboeliga för amfibier men lämpade sig väl för reptiler, som blev mer mångfaldiga och till och med varierade sin kost i den snabbt föränderliga miljön; denna av kolaps i regnskogen utlöste en evolutionär explosion bland reptiler.

Forskningsexperiment

Teorin om öbiogeografi testades experimentellt av EO Wilson och hans elev Daniel Simberloff på mangroveöarna i Florida Keys . Artrikedomen på flera små mangroveöar undersöktes. Öarna desinficerades med metylbromid för att rensa sina leddjurssamhällen . Efter gasning övervakades invandringen av arter till öarna. Inom ett år hade öarna återkoloniserats till nivåer före gasning. Simberloff och Wilson hävdade dock att denna slutliga artrikedom svängde i kvasi-jämvikt. Öar närmare fastlandet återhämtade sig snabbare som förutspåtts av Theory of Island Biogeography. Effekten av östorlek testades inte, eftersom alla öar var ungefär lika stora.

Forskning utförd vid regnskogsforskningsstationen på Barro Colorado Island har gett ett stort antal publikationer om de ekologiska förändringarna efter bildandet av öar, såsom den lokala utrotningen av stora rovdjur och de efterföljande förändringarna i bytespopulationer.

Applikationer till Island Like Systems (ILS)

Teorin om öbiogeografi användes ursprungligen för att studera oceaniska öar, men dessa begrepp kan extrapoleras till andra studieområden. Öars dynamik ger information om hur arter rör sig och interagerar inom Island Like Systems (ILS). Snarare än en faktisk ö, definieras ILS främst av sin isolering inom ett ekosystem. När det gäller en ö är det område som kallas matrisen vanligtvis den vattenmassa som omger den. Fastlandet är ofta det närmaste land som inte är ö. På samma sätt, i en ILS är "fastlandet" källan till invandrande arter, men matrisen är mycket mer varierad. Genom att föreställa sig hur olika typer av isolerade ekosystem, till exempel en damm som är omgiven av land, liknar en ö-ekosystem kan man förstå hur teorier och fenomen som är sanna för ö-ekosystem kan tillämpas på ILS. Men de övergripande immigrations- och utrotningsmönstren som beskrivs i teorin om öbiogeografi när de utspelar sig på öar, utspelar sig också mellan ekosystemen på fastlandet.

Begreppen area av en ö och nivån av isolering från ett fastland som presenteras i teorin om öbiogeografi, gäller för ILS. Den största skillnaden ligger i dynamiken i område och isolering. Till exempel kan en ILS ha ett föränderligt område på grund av årstider, vilket kan påverka dess grad av isolering. Resurstillgänglighet spelar en viktig roll för de förhållanden som en ö befinner sig under. Detta är en annan faktor som förändras i ILS i jämförelse med verkliga öar, eftersom det generellt finns en större resurstillgänglighet i vissa ILS än på riktiga öar.

Art-område-relationer, som beskrivits ovan, kan också tillämpas på Island Like Systems (ILS). Det observeras vanligtvis att när arean av ett ekosystem ökar är artrikedomen direkt proportionell. En stor skillnad är att $z$ -värdena i allmänhet är lägre för ILS än sanna öar. Dessutom varierar ${\displaystyle c} -värdena mellan sanna öar och ILS, och inom typer av ILS.$

Tillämpningar inom bevarandebiologi

Inom några år efter publiceringen av teorin hade dess potentiella tillämpning på bevarandebiologins område realiserats och debatterades livligt i ekologiska kretsar. Tanken att reservat och nationalparker bildade öar i mänskligt förändrade landskap ( habitatfragmentering ), och att dessa reservat kunde förlora arter när de "slappnade av mot jämvikt" (det vill säga att de skulle förlora arter när de uppnådde sitt nya jämviktsnummer, känt som ekosystemförfall) orsakade stor oro. Detta gäller särskilt när man bevarar större arter som tenderar att ha större utbredningsområden. En studie av William Newmark, publicerad i tidskriften Nature och rapporterad i The New York Times , visade ett starkt samband mellan storleken på en skyddad amerikansk nationalpark och antalet arter av däggdjur.

Detta ledde till debatten känd som singel stora eller flera små (SLOSS), som beskrivs av författaren David Quammen i The Song of the Dodo som "ekologins egen eleganta version av skyttegravskrigföring". Under åren efter publiceringen av Wilson och Simberloffs artiklar hade ekologer funnit fler exempel på förhållandet mellan art och område, och bevarandeplaneringen ansåg att det ena stora reservatet kunde hålla fler arter än flera mindre reservat, och att större reservat borde normen i reservdesign . Denna uppfattning försvarades särskilt av Jared Diamond . Detta ledde till oro hos andra ekologer, inklusive Dan Simberloff, som ansåg att detta var en obevisad överförenkling som skulle skada bevarandeinsatser. Habitatmångfalden var lika eller viktigare än storleken för att bestämma antalet skyddade arter.

Öbiogeografiteori ledde också till utvecklingen av djurlivskorridorer som ett bevarandeverktyg för att öka förbindelserna mellan livsmiljööar. Korridorer för vilda djur kan öka arternas förflyttning mellan parker och reservat och därför öka antalet arter som kan stödjas, men de kan också tillåta spridning av sjukdomar och patogener mellan populationer, vilket komplicerar det enkla förbudet att anslutning är bra för den biologiska mångfalden.

I artmångfald beskriver öbiogeografi mest allopatrisk artbildning . Allopatrisk artbildning är där nya genpooler uppstår ur naturligt urval i isolerade genpooler. Öbiogeografi är också användbar för att överväga sympatrisk artbildning , idén om olika arter som härrör från en förfäders art i samma område. Korsning mellan de två olika anpassade arterna skulle förhindra artbildning, men hos vissa arter verkar sympatrisk artbildning ha förekommit.

Se även

• Störning (ekologi)
• Öekologi
• Däggdjur i Karibien
• Patchdynamik
• Avståndsförfall
• Sky ö

Vidare läsning

• Schoenherr, Allan A.; Feldmeth, C. Robert; Emerson, Michael J. (2003). Naturhistoria av öarna i Kalifornien . University of California Press.
• Heatwole, Harold. "Historia om insulär ekologi och biogeografi". Oceans and Aquatic Ecosystems, Vol II . Encyclopedia of Life Support Systems.