Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru

20 maja 2019

NR 33 (Maj 2019)

Wpływ antropogenicznej fragmentacji siedlisk na populacje

0 106

Wyobraź sobie, że jesteś ptakiem, który żyje w głębi lasu, np. jarząbkiem lub gilem, i nagle ktoś niszczy połowę Twojego domu, a przez Twoją cichą sypialnię przeprowadza autostradę. Twój bezpieczny i bogaty dom przestaje istnieć. Zalany jest światłem, hula po nim wiatr, smaga go deszcz i ktoś postanawia, że nigdy więcej nie będzie Twoim domem.

Struktura krajobrazu jest dy­namiczna i zmienia się w czasie; im szybciej i bardziej się zmienia, tym prawdopodobieństwo przeżycia populacji roślin lub zwierząt jest mniejsze. Przykłady zmian w strukturze przestrzennej krajobrazu dotyczą: 

  1. fragmentacji lub całkowitego zaniku siedlisk i populacji, 
  2. zwiększenia lub zmniejszenia liczby i jakości dróg migracji zwierząt, 
  3. przestrzennej reorganizacji płatów siedlisk. 

Tego typu zmiany mogą być stopniowe lub bardzo gwałtowne. Mogą mieć charakter naturalny lub wynikać z działalności człowieka. Na przykład wyginięcie północnoamerykańskiego motyla (Pieris oleracea) w okolicach Bostonu wynikało ze zniszczenia siedlisk odpowiednich dla rośliny z rodziny Brassicaceae, na której rozwijają się larwy tego motyla (Chew, 1981, Fahrig, Merriam 1994).

Fragmentacja populacji i siedlisk wywiera skutki ekologiczne, wpływając na bogactwo gatunków i ich kompozycję, a także ma wpływ na genetyczną architekturę populacji. Skutki pofragmentowania populacji (i fragmentacji siedlisk) są tym większe, im mniejszy jest fragment. Niewielki fragment lasu odseparowany od innych takich fragmentów jest bardziej narażony na niekorzystną pogodę (podmuchy wiatru, mróz, silne nasłonecznienie). Silna cyrkulacja wiatru pomiędzy niewielkimi płatami lasu oraz nasłonecznienie ścian lasu skutkują szybszą utratą wody i możliwością wystąpienia stresu suszy u roślin, a także powoduje większe zagrożenie pożarami. Efekt zwiększonej cyrkulacji wiatru i utraty wilgotności może być widoczny nawet do 2,7 km w głąb lasu. Na przeżywalność populacji wpływają również inne czynniki, takie jak: kształt fragmentu i jakość istniejących tam ­zasobów pokarmowych, oraz ich konfiguracja przestrzenna w krajobrazie. Efekty wynikające z tych czynników mogą być jednak różne u różnych gatunków. Na przykład u wróblowatych liczba osobników jest większa na krawędziach lasów, ale wiąże się to również ze zwiększoną liczebnością drapieżników i pasożytów zasiedlających ich gniazda (Gates, Gysel, 1978). Zmniejszająca się ilość zasobów, na przykład próchniejącego drewna w lasach użytkowanych przez człowieka, oraz fragmentacja siedlisk wpływa niekorzystnie na wiele gatunków owadów, szczególnie tych cechujących się małą mobilnością, np. dużych chrząszczy – pachnicy dębowej (Osmoderma barnabita) lub kozioroga dębosza (Cerambyx cerdo). 

Bariery pomiędzy populacjami

Bariery między populacjami mogą mieć różny charakter i odmiennie oddziaływać na żywe organizmy. Mogą to być sztuczne bariery stworzone przez człowieka lub mogą mieć mniej oczywisty naturalny charakter (rzeki, pasma górskie, nieodpowiednie dla danego gatunku obszary przedzielające bardziej przyjazne tereny). Obecność dróg i ścieżek nie wpływa jednoznacznie negatywnie na organizmy żywe, ponieważ drogi mogą służyć jako szlaki migracji dla wielu gatunków, np. małych ssaków (Hobbs, 1992). Z drugiej strony stanowią element ułatwiający rozprzestrzenianie się gatunków inwazyjnych, na przykład w Polsce niecierpka pospolitego (Impatiens noli-tangere), fot. 1–2. Wysokie krawędzie pomiędzy polami uprawnymi mogą być przeszkodą trud­­­­ną do pokonania dla wielu owadów związanych z polami, ale wysokie ich ściany są też miejscem, gdzie chomik europejski (Cricetus cricetus) chętnie buduje swoje nory. Z drugiej strony budowa dróg przecinających las powoduje ekspozycję drzew na nielegalną wycinkę i zwierząt na polowania, a drogi sprzyjają takiej nielegalnej aktywności szczególnie w lasach tropikalnych. Ruch kołowy i hałas, a także generowane przez nie zanieczyszczenia, pyły i spaliny stanowią poważne zagrożenie dla wielu organizmów, przyczyniając się do degradacji gleb i niekorzystnych zmian w atmosferze. Różnego typu bariery mogą stanowić zaporę w rozprzestrzenianiu się chorób, ale w pewnych sytuacjach mogą być również czynnikiem sprzyjającym ich rozprzestrzenianiu się. Tamy na rzece mogą być barierami trudnymi do przebycia dla wielu organizmów, np. ryb, a obszary nad rzekami zabudowane przez człowieka wpływają na zmiany temperatury lub chemizmu wód, działając szkodliwie na jedne gatunki, a sprzyjając innym (Fot. 3). Zaporami mogą być ­również ­czynniki lub obszary o charakterze naturalnym, np. gradient klimatyczny lub nieodpowiednie dla danego gatunku tereny przedzielające obszar preferowany przez dany organizm. 
 

Fot. 1. Drogi powodują fragmentacje siedlisk leśnych

 

Podręczny słowniczek

Depresja wsobna (inbredowa) to reduk­cja fitness u potomstwa na skutek samozapłodnienia lub krzyżowania się blisko spokrewnionych osobników rodzicielskich. 

Dryf genetyczny to losowe zmiany w częstości alleli w populacji prowadzące finalnie do utraty lub całkowitego utrwalenia danego allela (100% osobników ma dany allel). 

Fragmentacja populacji to termin używany, aby opisać sytuację, gdy grupa zwierząt lub roślin dziko żyjących jest odseparowana od innych podobnych grup tego samego gatunku. Fragmentacja populacji nie dotyczy tylko gatunków rzadkich, ale również tych, które do niedawna uważane były za częste lub pospolite lub gatunków obecnie pospolitych. 

Oczyszczanie obciążenia genetycznego (ang. purging genetic load) to redukcja częstości szkodliwych alleli wywołujących depresję wsobną w populacji. 

Przepływ genów to mieszanie się genów pochodzących z różnych pul genowych populacji. 

 

Fot. 2. Słoń spacerujący samotnie na drodze krajowej

 

Fot. 3. Zapora Arrowrock na rzece Boise (U.S., Idaho)


Genetyczne konsekwencje fragmentacji populacji 

Fragmentacja populacji teoretycznie prowadzi do erozji zmienności genetycznej oraz do zwiększenia zróżnicowania genetycznego pomiędzy populacjami. Odpowiedzialne są za to różne procesy, w tym w porównaniu z populacjami dużymi: zwiększony efekt dryfu, zmniejszony przepływ genów, zwiększona wsobność, oraz w odniesieniu do metapopulacji (metapopulacja: populacja populacji, zobacz Levins, 1969) zwiększone prawdopodobieństwo lokalnego wymierania subpopulacji (Young, Boyle & Brown 1996). Więcej informacji o tych procesach czytelnik może znaleźć w numerze 1 „Biologii w szkole” (2019, 27: 5–9). Procesy te mogą mieć poważny wpływ na przeżywalność populacji i gatunków. Większe i lepiej połączone populacje często charakteryzują się większą różnorodnością genetyczną, mniejszą wsobnością oraz mniejszym międzypopulacyjnym zróżnicowaniem w porównaniu z populacjami małymi i odizolowanymi (Frankham 2005). 

Zmiany w strukturze krajobrazu są obecnie intensywnie studiowane. Najwięcej jest prac poświęconych środowiskom lądowym (79%), w tym przede wszystkim lasom strefy umiarkowanej oraz łąkom/zaroślom (Storfer, Murphy, Spear, Holderegger & Waits 2010). Istnieje pilna potrzeba zintensyfikowania prac na obszarach tropikalnych będących centrami bioróżnorodności podlegającymi w ostatnim czasie odlesianiu i innego typu modyfikacjom o charakterze antropologicznym. W kontekście przestrzennego rozmieszczenia populacji studiuje się przede wszystkim stopień łączności pomiędzy populacjami oraz wpływ struktury krajobrazu na zmienność genetyczną populacji. W tym celu wykorzystuje się różne typy markerów genetycznych, przede wszystkim sekwencje mikrosatelitarne, sekwencje mitochondralnego lub chloroplastowego DNA, a także pojedyncze zmiany nukleotydowe (ang. single nucleotide polymorphism, SNP). Przewiduje się, że w najbliższych latach znacznie powszechniej będą dostępne dane genomowe. Najczęściej stosowaną metodą oceny genetycznego podobieństwa pomiędzy osobnikami/populacjami w zależności od odległości geograficznej jest metoda izolacji poprzez dystans (ang. isolation-by-distance) z wykorzystaniem testu Mantela, metoda bayesowska z użyciem testu przynależności osobników do populacji oraz ostatnio zyskująca na popularności metoda womblingu, np. geograficznie ważona regresja (ang. geographically weighted egression – GWR) stosowana do oceny barier w przepływie genów (Diniz-Filho, Soares & de Campos Telles 2016). Ta ostatnia technika identyfikuje obszary, gdzie dochodzi do gwałtownych zmian w częstości alleli. 
 

QUIZ

1. Który z poniższych genotypów odzwierciedla układ heterozygotyczny?
a) AA
b) Gg
...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy