PALEOBIOGEOGRAFIJA

1

Biogeografija: Znanost o geografskoj distribuciji

organizama. Odgovara na pitanje kako su organizmi

došli živjeti tu gdje ih nalazimo. Ekološka biogeografija: Objašnjava distribuciju modernih biljaka i

životinja prema klimatskim i ekološkim uvjetima.

Historijska biogeografija ili Paleobiogeografija

2

Paleobiogegrafija

Paleobiogeografija opisuje model distribucije organizama i distribuciju bioraznolikosti iz geološke prošlosti.

3

Povijest BIOGEOGRAFIJE

do XVIII st. “PRIČA O NOINOJ ARCI”

4

Istraživačke ekspedicije od 1730. prema Južnoj Americi, Africi, Madagaskaru, Aziji, Australiji.

Teorija “Noine arke” dovedena u pitanje.

5

George Leclerc, poznat kao Count Buffon:

Buffon-ova teorija – hladnija klima omogućuje vrstama da se sele u “nova” područja i mijenjaju

Ključne točke: klima i vrste, dinamičke kategorije

Buffonov zakon – Regije koje odvojene, a imaju slične ekološke uvjete imaju različite vrste ptica i sisavaca. 6

FITOGEOGRAFIJA

Kraj 18tog stoljeća – biološka teorija je još uvijek teologija

Humboldt – geografska distribucija biljaka

Proučava distribuciju biljaka na Andama

Rezultat: uloga klime u distribuciji biljaka

7

Philip Lutley Sclater (1829–1913)) Orintolog, koji je opisao 1067 vrsta i

135 rodova ptica. 1858. objavio je rad u kojem svijet dijeli u regije na temelju ptica:

I. Regio Palaearctica

II. Regio Aethiopica

III. Regio Indica

IV. Regio Australiana

V. Regio Nearctica

VI. Regio Neotropica

Sclater je 1897. objavio klasifikaciju morskih biogeografskih regija.

8

Charles Darwin (1809-1882) Širenje i izolacija taksona je rezultat disperzije na velikoj udaljenosti.

9

Alfred Russel Wallace (1823–1913) Prirodoslovac, otac ZOOGEOGRAFIJE, utemeljio osnovne koncepte.

Su-otkrivač teorije evolucije putem prirodne selekcije. Doprinos biogeografiji je objavljen u 3 knjige:

“The Malay Archipelago” (1869)

“The Geographical Distribution of Animals” (1876)

“Island Life” (1880)

10

Wallaceov se sistem temeljio na kralježnjacima. Prepoznao je oštru granicu među područjima, kao i faunalni prekid između JI Azije i Australije, što postalo poznato kao Wallaceova linija.

Palearktička regija

Etiopijska regija

Orijentalna regija

Australijska regija

Nearktička regija

Neotropička regija

11

Osnovni pojmovi: I Distribucija organizama

1. Endemi: vrste, rodovi Mladi: nastali na jednom mjestu koje je

geološki mlado Stari: preživjeli u malom djelu

nekadašnjeg šireg geografskog rasprostiranja

REFUGIJE + Lazarus-taksoni

12

2. Više taksonomske kategorije = više kozmopolita

Razlozi zbog čega su više kategorije KOZMOPOLITI:

1. Pojedine vrste zauzimaju različite niše, ali porodica sastavljena od više vrsta zahvaća raznolika staništa.

2. Veći broj srodnih vrsta imaju bolju sposobnost disperzije. Ekspanzija vrsta stvara veću geografsku rasprostranjenost roda i porodice.

13

Više taksonomske kategorije = više kozmopolita

3. Evolucija se zbiva na nivou vrsta, vrste mogu biti endemi, a porodica broji mnoge geografski raštrkane vrste.

4. Vrste izumiru, a porodice ne tako često!

14

3. Razdvojena distribucija

Više bliskih taksona prisutni su u nekoliko udaljenih regija

15

Problem: KONVERGENCIJA Grupe neke vrste postanu geografski

izolirane, organizmi se prilagođavaju (tijekom dugog vremena) specifičnim klimatološkim, geološkim i ekološkim uvjetima na koje nailaze.

Ponekad dolazi do KONVERGENCIJE – kad zbog prilagodbe na slične klimatske, geološke i ekološke uvjete, različite vrste razvijaju sličnu morfologiju.

16

II. Biogeografskim kategorijama: Područje/ Regija Provincija

17

Biogeografske regije na Zemlji

Fauna (Zoogeografija)

Flora (Fitogeografija)

18

Biogeografske regije na Zemlji

Regije flore i faune

19

Biogeografske granice i regije

Faktori koji omogućuju definiranje regije:

1. Položaj biogeografskih barijera

2. Tektonika ploča

3. Evolucija organizama

20

GRANICE:

A) prirodne barijere koje se lako prepoznaju

B) fiziološke barijere

C) genetičke barijere

21

Mjera sličnosti

Uspoređuju se dva područja N1 = ukupan broj vrsta u uzorku/području manje raznolikosti N2 = ukupan broj vrsta u zorku/području veće raznolikosti C = broj vrsta koji su zajednički u oba uzorka/područja

22

Kvantitativne metode za definiranje: JACCARD-ov broj i SIMPSONOV koeficijent

Jaccard’ov broj: različitost

Simpson-ov broj: sličnost

____C_____ N1 + N2 - C

C N1

Za oba koeficijenta vrijedi: 1 = usklađenost (flora & fauna obje regije su identični) 0 = nema sličnosti između regija.

23

Simpsonov indeks sličnosti

38%

0%

47%

63-69% 63-69%

63-69%

Porodice SISAVACA = crveno. Porodica cvjetnica = plavo

24

Odnos bioraznolikosti i veličine bioprovincije je iskazan teorijom OTOČNE BIOGEOGRAFIJE autora Mac Arthur & Wilson, 1967.

25

Broj vrsta koje nalazimo je proporcionalan veličini, odnosno obrnuto proporcionalna udaljenosti od “izvora”.

S= CAz

A= površina otoka

C= je konstanta

Z= manji od 1 (0,20-0,35)

26

Broj vrsta na otoku je u ravnoteži sa suprotstavljenim trendovima kolonizacije i izumiranja.

27

Pokus na otočićima Floride

Pregled otočića- mangrove otkrio je brojne člankonošce.

Otočić je pokriven plastičnim pokrovom i metil-bromidom zaprašen.

Otočić je opet pregledan kako bi se analizirali stanje faune!

28

Rezultati

29

Što smo saznali iz pokusa?

Način kolonizacije

Broj vrsta se “vratio” na broj prije pokusa

Ipak, samo 9 od prije prebrojanih 29 vrsta je opet nađeno na otočiću

30

Objašnjenje

Veći otok= više vrsta, više staništa, “teže” izumiranje

Bliži otok= više imigranata

Otok A kopno

Otok B

31

3 ključna procesa: EVOLUCIJA (specijacija), ŠIRENJE IZUMIRANJE

32

Specijacija

Ernst Mayr

Geografska izolacija ili alopatrijska specijacija

33

Simpatrijska specijacija:

Problem kako postići genetičku izolaciju bez geografske?

Uključuje uz diobu okoliša, promjene u ponašanju.

1. “Evolucija u mah” 2. Divergentna selekcija 3. Prerušena alopatrija

34

Izumiranja

Izumiranje je PRIRODAN PROCES

Biolozi procjenjuju kako je tijekom evolucijske povijesti živjelo 500 milijuna vrsta.

Neke vrste žive i danas!

Neke su vrste izumrle!

Neke su se promijenile i pretvorile u nove vrste!

35

Disperzija i vikarizam

Kolonizacija i odvojena distribucija se mogu objasniti

Disperzijom: centri nastanka i disperzijski mehanizmi

Vikarističkim modelom: fragmentacija prostora i kladizam

36

Disperzijska Biogeografija

Ishodište u Wallaceov teoriji.

Iz centra, koristeći razne “putove” organizmi migriraju!

Životinje: plivajući, leteći ili krećući (LARVA, PSEUDOPLANTON).

Biljke: sjemenkama, oprašivanjem.

37

Distribucija kao posljedica disperzije Disperzija uključuje emigraciju iz jednog

područja i imigraciju u drugo područje. Jednosmjerno kretanje

Aktivna ili pasivna

Centri porijekla

Objašnjava kretanje populacija u povoljna staništa koji su u susjedstvu mjesta gdje vrsta nastaje.

38

Dokaz:

Centar nastanka

Širenje prema vani, kolonizacija novih staništa

Uspješno savladavanje BARIJERA

Diverzifikacija kao posljedica prilagodbe

1883.

Danas

39

Dizperzija i centri nastajanja

Pasivna disperzija – kretanje pri kojem organizmi koji se šire nisu aktivni. Npr. transport pomoću ljudi, plutanje Aktivna disperzija – uključuje akumulaciju ekoloških disperzijskih događanja u kojima jedinke se kreću plivanjem, letenjem ili kretanjima karakterističnim za kopnene okoliše. Aktivno disperzijsko kretanje koje traje dugi period, nazivamo FAUNALNA IZMJENA, i zbiva se koristeći više “putova”.

KORIDORI – minimalni otpor kretanju organizama (danas je to veza Europe i Azije) FILTERI – samo neke vrste prolaze, npr. Beringija kad su samo organizmi prilagođeni hladnoj klimi uspjeli preći na drugi kontinent. LUTRIJSKI PUTOVI ili PUTOVI SREĆE – najrestriktivniji put. Uključuje kretanje organizama plivanjem, letenjem ili plutanjem ne nekim “objektima”. Malo organizama će moći stići na “novo odredište”, ali neki sigurno HOĆE- Primjer: faune Australije, Novog zelanda i Nove Gvineje.

40

Aktivno širenje

A) Koridori i mostovi: veza između prostora na istom kopnu

41

B) Filteri: selektivna veza Povezanost preko niza više-manje

ograničavajućih staništa koji su za neke organizme nepremostive prepreke!

42

B) Privremeni kopneni mostovi

Privremeni kopneni mostovi su važni putovi za disperziju. Kopneni mostovi povezivali su Aziju i

Sjevernu Ameriku preko Beringova tjesnaca.

43

C) Slučajni prolazi

“Sweep stake barriers”: slučajna događanja

44

Vikaristička biogeografija

Temelj: biota je ostatak raširenije grupe koja je razbijena vikarističkim događanjima.

Vikaristički događaji su izdizanja planina, stvaranje pustinja, erupcije, razbijanje kontinenta.

Težište je na alopatričkoj specijaciji gje popucaija se odvajaju barijerama.

45

Vikaristička Biogeografija

Teoriji tektonike Ploča.

Organizmi su “in situ”, a njihov geografski doseg je posljedica razbijanja kontinenta, širenja oceanske kore…

46

Vikarijanska disperzija

Pasivno širenje: “Noina Arka” (kontinentom se pasivno transportiraju

organizmi)

47

Eskalatorska “školica” (Escalator hopscotch) Organizmi se sele s otoka na otok

koji nastaje kad neka tektonska ploča prolazi preko “vruće točke”

Havaji

48

Pasivna širenja

Teorija Vikinških pogrebnih lađi: “Beached Viking funeral ships” ili “Escalator counterflow”: npr. Island- organizmi su stariji od područja na kojem žive

49

Otac: LEON CROZIAT nepovezani taksoni imaju slične modele geografskog rasprostiranja, (Disjunction= ista vrsta a različitim lokacijama), koji su posljedica smanjivanja rasprostiranja

50

VikariSTIČKA teorija se može testirati!

Priznaje disperziju!

Mala je vjerojatnost da će se više taksona zajedno širiti!

Objašnjava zašto iste populacije imaju “odvojena” staništa

Problem je kad jedan takson se više puta širi!

51

Vikarijanski događaj: PTICE bezgrebenke (Ratitae) i razbijnje Gondwane

52

Živuće i izumrle bezgrebenke (velike ptice trkačice)

1. Tinamui: JA

2. Kivi: NZ

3. (Moa: NZ)

4. (Golemašica ili ptica slon: Madagaskar)

5. Kazuar: Aus-NG

6. Emu: Aus

7. Noj: Af-EurA

8. Rea: JA

7 6 8

2 5 1

53

Paleobiogeografija koristi dijagram poznat kao kladogram. To je filogenetsko stablo, koje pokazuje različite vrste i njihove srodničke odnose, gdje su imena vrsta zamjenjena s geografskim lokaliteima gdje su vrste nađene. „Stablo” omogućuje određivanje kako sredine utječu na evoluciju različitih vrsta zajedničkog porijekla.

54

Kladizam

Taxon: 1 2 3 4 5 6 7 8 Područje JA NZ NZ Ma Au,NG Au Af JA

55

Distribucija bezgrebenke prije izumiranja zbog lova

1

8

7

6 5

2,3

4

Inter-kontinentalna disperzija? 56

Vikarijanska hipoteza: razbijanje Gondwane

1 7

4

2,3 5,6 8

Gondwana

57

Vicariance vs. Dispersal

similar pattern, different process

Disjunct (vicariad) species

Disjunct continental areas

Disjunct species

Disjunct continental areas

Species limited to one area

Disjunct continental areas

Dispersal across ocean

barrier

Divergence in

isolation

Widespread species

Continuous continental area

Erection of ocean

barrier

Divergence in

isolation

Vicariance

Dispersal

Disperzija i vikarizam Različiti procesi, slični modeli

VIKARIZAM

Raširena vrsta Cjelovito područje

Odvojena vrsta Odvojena područja

DISPERZIJA

Vicariance vs. Dispersal

similar pattern, different process

Disjunct (vicariad) species

Disjunct continental areas

Disjunct species

Disjunct continental areas

Species limited to one area

Disjunct continental areas

Dispersal across ocean

barrier

Divergence in

isolation

Widespread species

Continuous continental area

Erection of ocean

barrier

Divergence in

isolation

Vicariance

Dispersal

58

Biogeografska otkrića Analize geografskih varijacija u morfološkim karakteristikama dovela su “pravila o varijacijama”

Bergmann: endotermični kralježnjaci iz hladnijih područja imaju veća tijela i maji omjer površine/volumen nego organizmi koji žive u toplom područjima (Bergmannovo pravilo).

Izolinije srednjih vrijednosti dužine krila vrste Picoides pubescens

59

Biogeografska otkrića

C. L. Gloger: unutar iste vrste, jedinke koje žive u humidnim okolišima tamnije su boje u odnosu na jedinke

koje žive u aridnim uvjetima (Glogerovo pravilo).

60

Biogeografska otkrića J. A. Allen: među endotermičnim vrstama, udovi i

drugi ekstremiteti su kraći i kompaktniji kod jedinki koje žive u hladnijim okolišima (Allenovo pravilo).

Arizona, New Mexico

Cijela Kanada i SAD Arktik (S Kanada, tundra)

61

Cope-ovo pravilo- unutra grupe organizama veličina se tijela povećava s evolucijom.

Povećanje veličine prati i veća vjerojatnost izumiranja.

VAŽNO: SVA PRAVILA SU IMAJU BROJNA IZUZEĆA OD NJIH!

Biogeografska otkrića

62