معلومة

ما الذي يسمح للإيكولوجيا المتنوعة بالازدهار على الرغم من القوى التي تقلل من تنوع الأنواع؟


تعتبر البيئة والأعمال نموذجًا مفيدًا لفهم بعضنا البعض. أحد الأنواع يملأ مكانه حتى يتفوق عليه من قبل آخر تمامًا كما يملأ نشاط تجاري مكانًا حتى يتفوق عليه الآخر. تتبنى الشركات استراتيجيات وسمات ناجحة من الآخرين ، تشبه تقريبًا نقل الجينات الأفقي ، وتفشل إذا لم تعد قادرة على المنافسة.

يكشف انهيار هذه الازدواجية عن أسئلة مثيرة للاهتمام حول الاختلافات بين الاثنين حيث يتوقع المرء أوجه التشابه. أحد الأمثلة الكبيرة على هذا ، وموضوع هذا السؤال ، يتعلق باتجاه إلغاء التنويع في الأعمال. بمرور الوقت ، تميل الصناعات التنافسية إلى انخفاض عدد الشركات (الأنواع) التي تملأ مكانة معينة ، مع صدمات كبيرة (مثل COVID-19) تميل إلى التسبب في انقراض الشركات الصغيرة ، وتعزيز اللاعبين الأكبر. بمجرد إنشاء احتكار قلة قوي ، يكاد يكون من المستحيل قلبه.

ومع ذلك ، في تاريخ الأرض ، كان هناك عدد لا يحصى من أحداث الانقراض الكبرى والصغيرة ، وعدد لا يحصى من الأنواع الناجحة للغاية المهيمنة في مكانتها التي تم استبدالها بنجاح من قبل منافسين أصغر وأحدث. لماذا يمكن للمنافسين الجدد التنافس مع الشركات الراسخة في علم الأحياء ، والحفاظ على تنوع الأنواع في علم الأحياء حيث يفشل في الأعمال التجارية؟


21.1 أهمية التنوع البيولوجي

التنوع البيولوجي هو مصطلح واسع للتنوع البيولوجي ، ويمكن قياسه على عدد من المستويات التنظيمية. تقليديا ، قام علماء البيئة بقياس التنوع البيولوجي من خلال مراعاة كل من عدد الأنواع وعدد الأفراد في كل نوع من هذه الأنواع. ومع ذلك ، يستخدم علماء الأحياء مقاييس التنوع البيولوجي على عدة مستويات من التنظيم البيولوجي (بما في ذلك الجينات والسكان والنظم البيئية) للمساعدة في تركيز الجهود للحفاظ على العناصر الحيوية والتكنولوجية الهامة للتنوع البيولوجي.

عندما يُعتقد أن فقدان التنوع البيولوجي من خلال الانقراض هو فقدان الحمام الزاجل ، أو الدودو ، أو حتى الماموث الصوفي ، يبدو أنه لا يوجد سبب للاهتمام به لأن هذه الأحداث حدثت منذ فترة طويلة. ما هي أهمية الخسارة عمليًا لرفاهية الجنس البشري؟ هل كانت هذه الأنواع ستجعل حياتنا أفضل؟ من منظور التطور والإيكولوجيا ، قد يبدو فقدان نوع معين ، مع بعض الاستثناءات ، غير مهم ، لكن معدل الانقراض المتسارع الحالي يعني فقدان عشرات الآلاف من الأنواع خلال حياتنا. يحدث جزء كبير من هذه الخسارة في الغابات الاستوائية المطيرة مثل تلك الموضحة في الشكل 21.2 ، والتي تعتبر بشكل خاص أنظمة إيكولوجية عالية التنوع يتم تطهيرها من أجل الأخشاب والزراعة. من المحتمل أن يكون لهذا آثار كبيرة على رفاهية الإنسان من خلال انهيار النظم البيئية والتكاليف الإضافية للحفاظ على إنتاج الغذاء ، والهواء النظيف والمياه ، وتحسين صحة الإنسان.

يدرك علماء الأحياء أن السكان البشريين جزء لا يتجزأ من النظم البيئية ويعتمدون عليها ، تمامًا كما هو الحال مع كل الأنواع الأخرى على هذا الكوكب. بدأت الزراعة بعد أن استقرت مجتمعات الصيد والجمع المبكرة لأول مرة في مكان واحد وعدلت بشكل كبير بيئتها المباشرة: النظام البيئي الذي كانت موجودة فيه. جعل هذا التحول الثقافي من الصعب على البشر التعرف على اعتمادهم على الكائنات الحية بخلاف المحاصيل والحيوانات الأليفة على هذا الكوكب. تعمل تقنيتنا اليوم على تلطيف الحدود القصوى للوجود وتسمح للكثيرين منا بأن يعيشوا حياة أطول وأكثر راحة ، ولكن في النهاية لا يمكن للجنس البشري أن يتواجد بدون النظم البيئية المحيطة به. توفر أنظمتنا البيئية طعامنا. وهذا يشمل النباتات الحية التي تنمو في النظم البيئية للتربة والحيوانات التي تأكل هذه النباتات (أو غيرها من الحيوانات) وكذلك الكائنات الحية الضوئية في المحيطات والكائنات الحية الأخرى التي تأكلها. لقد وفرت نظمنا البيئية وستوفر العديد من الأدوية التي تحافظ على صحتنا ، والتي تُصنع عادة من مركبات موجودة في الكائنات الحية. توفر النظم البيئية مياهنا النظيفة ، والتي يتم الاحتفاظ بها في النظم الإيكولوجية للبحيرة والأنهار أو تمر عبر النظم الإيكولوجية الأرضية في طريقها إلى المياه الجوفية.

أنواع التنوع البيولوجي

المعنى الشائع للتنوع البيولوجي هو ببساطة عدد الأنواع في مكان ما أو على الأرض على سبيل المثال ، يسرد اتحاد علماء الطيور الأمريكيين 2078 نوعًا من الطيور في أمريكا الشمالية والوسطى. هذا هو أحد مقاييس التنوع البيولوجي للطيور في القارة. تأخذ تدابير التنوع الأكثر تعقيدًا في الاعتبار الوفرة النسبية للأنواع. على سبيل المثال ، تعد الغابة التي تحتوي على 10 أنواع شائعة من الأشجار أكثر تنوعًا من الغابة التي تحتوي على 10 أنواع من الأشجار حيث يشكل نوع واحد فقط من هذه الأنواع 95 بالمائة من الأشجار بدلاً من توزيعها بالتساوي. حدد علماء الأحياء أيضًا مقاييس بديلة للتنوع البيولوجي ، بعضها مهم في التخطيط لكيفية الحفاظ على التنوع البيولوجي.

التنوع البيولوجي الوراثي والكيميائي

التنوع الجيني هو أحد المفاهيم البديلة للتنوع البيولوجي. التنوع الجيني (أو الاختلاف) هو المادة الخام للتكيف في الأنواع. تعتمد إمكانية تكيف الأنواع المستقبلية على التنوع الجيني الموجود في جينومات الأفراد في المجموعات السكانية التي تتكون منها الأنواع. وينطبق الشيء نفسه على الفئات التصنيفية الأعلى. سيكون للجنس الذي يحتوي على أنواع مختلفة جدًا من الأنواع تنوعًا جينيًا أكثر من جنس مع الأنواع التي تبدو متشابهة ولها بيئات متشابهة. الجنس الذي يتمتع بأكبر احتمالية للتطور اللاحق هو الأكثر تنوعًا وراثيًا.

ترمز معظم الجينات للبروتينات ، والتي بدورها تقوم بعمليات التمثيل الغذائي التي تحافظ على الكائنات الحية على قيد الحياة وتتكاثر. يمكن أيضًا تصور التنوع الجيني على أنه تنوع كيميائي في تلك الأنواع ذات التركيبات الجينية المختلفة تنتج مجموعات مختلفة من المواد الكيميائية في خلاياها (البروتينات وكذلك المنتجات والمنتجات الثانوية لعملية التمثيل الغذائي). هذا التنوع الكيميائي مهم للبشر بسبب الاستخدامات المحتملة لهذه المواد الكيميائية ، مثل الأدوية. على سبيل المثال ، يُشتق عقار eptifibatide من سم الأفعى الجرسية ويستخدم لمنع النوبات القلبية لدى الأفراد المصابين بأمراض قلبية معينة.

في الوقت الحاضر ، يعد اكتشاف المركبات التي يصنعها كائن ما أرخص بكثير من تخيلها ثم تصنيعها في المختبر. التنوع الكيميائي هو أحد طرق قياس التنوع المهم لصحة الإنسان ورفاهيته. من خلال التربية الانتقائية ، قام البشر بتدجين الحيوانات والنباتات والفطريات ، ولكن حتى هذا التنوع يعاني من خسائر بسبب قوى السوق وزيادة العولمة في الزراعة البشرية والهجرة. على سبيل المثال ، لا تنتج شركات البذور الدولية سوى عدد قليل جدًا من أنواع محصول معين وتقدم حوافز للمزارعين حول العالم لشراء هذه الأصناف القليلة مع التخلي عن أصنافهم التقليدية ، والتي هي أكثر تنوعًا. يعتمد السكان البشريون على تنوع المحاصيل بشكل مباشر كمصدر غذاء مستقر ويثير انخفاضه قلق علماء الأحياء وعلماء الزراعة.

تنوع النظم البيئية

من المفيد أيضًا تحديد تنوع النظام البيئي: عدد النظم البيئية المختلفة على الأرض أو في منطقة جغرافية. يمكن أن تختفي أنظمة بيئية كاملة حتى لو تمكنت بعض الأنواع من البقاء على قيد الحياة من خلال التكيف مع النظم البيئية الأخرى. يعني فقدان النظام البيئي فقدان التفاعلات بين الأنواع ، وفقدان الميزات الفريدة للتكيف المشترك ، وفقدان الإنتاجية البيولوجية التي يمكن للنظام البيئي أن يخلقها. مثال على النظام البيئي المنقرض إلى حد كبير في أمريكا الشمالية هو النظام البيئي للبراري (الشكل 21.3). امتدت المروج ذات مرة وسط أمريكا الشمالية من الغابة الشمالية في شمال كندا وصولاً إلى المكسيك. لقد اختفت الآن تمامًا ، واستبدلت بحقول المحاصيل وأراضي المراعي والزحف العمراني. يعيش العديد من الأنواع ، ولكن النظام البيئي عالي الإنتاجية الذي كان مسؤولاً عن إنشاء التربة الزراعية الأكثر إنتاجية قد انتهى الآن. ونتيجة لذلك ، يتم الآن استنفاد تربتهم ما لم تتم صيانتها بشكل مصطنع بتكلفة أكبر. يحدث الانخفاض في إنتاجية التربة لأن التفاعلات في النظام البيئي الأصلي قد فقدت ، وكانت هذه خسارة أكثر أهمية بكثير من الأنواع القليلة نسبيًا التي انقرضت عندما تم تدمير النظام البيئي للبراري.

تنوع الأنواع الحالية

على الرغم من الجهود الكبيرة ، فإن المعرفة بالأنواع التي تعيش على الكوكب محدودة. يشير تقدير حديث إلى أن أنواع حقيقيات النوى التي يحمل العلم أسماء لها ، حوالي 1.5 مليون نوع ، تمثل أقل من 20 في المائة من العدد الإجمالي لأنواع حقيقيات النوى الموجودة على الكوكب (8.7 مليون نوع ، حسب أحد التقديرات). تقديرات أعداد الأنواع بدائية النواة هي تخمينات إلى حد كبير ، لكن علماء الأحياء يتفقون على أن العلم قد بدأ للتو في تصنيف تنوعها. حتى مع ما هو معروف ، لا يوجد مستودع مركزي لأسماء أو عينات من الأنواع الموصوفة ، لذلك لا توجد طريقة للتأكد من أن 1.5 مليون وصف هو رقم دقيق. إنه أفضل تخمين يعتمد على آراء الخبراء في مجموعات تصنيفية مختلفة. بالنظر إلى أن الأرض تفقد الأنواع بوتيرة متسارعة ، فإن العلم لا يعرف سوى القليل عما يتم فقده. يعرض الجدول 21.1 التقديرات الحديثة للتنوع البيولوجي في مجموعات مختلفة.

المصدر: Mora et al 2011 المصدر: تشابمان 2009 المصدر: Groombridge and Jenkins 2002
الموصوفة وتوقع الموصوفة وتوقع الموصوفة وتوقع
الحيوانات 1,124,516 9,920,000 1,424,153 6,836,330 1,225,500 10,820,000
المحتجين الضوئي 17,892 34,900 25,044 200,500
الفطريات 44,368 616,320 98,998 1,500,000 72,000 1,500,000
النباتات 224,244 314,600 310,129 390,800 270,000 320,000
المحتجين غير الضوئية 16,236 72,800 28,871 1,000,000 80,000 600,000
بدائيات النوى 10,307 1,000,000 10,175
المجموع 1,438,769 10,960,000 1,897,502 10,897,630 1,657,675 13,240,000

هناك العديد من المبادرات لفهرسة الأنواع الموصوفة بطرق يسهل الوصول إليها وأكثر تنظيماً ، ويسهل الإنترنت هذا الجهد. ومع ذلك ، بالمعدل الحالي لوصف الأنواع ، والذي وفقًا لتقارير حالة الأنواع المرصودة 1 هو 17000 إلى 20000 نوع جديد سنويًا ، قد يستغرق الأمر ما يقرب من 500 عام لوصف جميع الأنواع الموجودة حاليًا. ومع ذلك ، أصبحت المهمة مستحيلة بشكل متزايد بمرور الوقت حيث يزيل الانقراض الأنواع من الأرض بشكل أسرع مما يمكن وصفه.

قد يبدو تسمية الأنواع وإحصائها سعيًا غير مهم نظرًا للاحتياجات الأخرى للبشرية ، ولكنها ليست مجرد محاسبة. وصف الأنواع هو عملية معقدة يحدد من خلالها علماء الأحياء الخصائص الفريدة للكائن الحي وما إذا كان هذا الكائن ينتمي إلى أي نوع آخر موصوف أم لا. يسمح لعلماء الأحياء بالعثور على الأنواع والتعرف عليها بعد الاكتشاف الأولي لمتابعة الأسئلة المتعلقة ببيولوجيتها. سوف ينتج عن هذا البحث اللاحق الاكتشافات التي تجعل الأنواع ذات قيمة للبشر وأنظمتنا البيئية. بدون اسم ووصف ، لا يمكن دراسة الأنواع بعمق وبطريقة منسقة من قبل العديد من العلماء.

أنماط التنوع البيولوجي

لا يتم توزيع التنوع البيولوجي بالتساوي على هذا الكوكب. احتوت بحيرة فيكتوريا على ما يقرب من 500 نوع من البلطي (عائلة واحدة فقط من الأسماك موجودة في البحيرة) قبل أن يتسبب إدخال الأنواع الغريبة في الثمانينيات والتسعينيات في انقراض جماعي. تم العثور على كل هذه الأنواع فقط في بحيرة فيكتوريا ، وهذا يعني أنها كانت متوطنة. تم العثور على الأنواع المستوطنة في مكان واحد فقط. على سبيل المثال ، القيق الأزرق مستوطن في أمريكا الشمالية ، في حين أن سمندل بارتون سبرينغز مستوطن في فم ربيع واحد في أوستن ، تكساس. تعتبر الأنواع المتوطنة ذات التوزيعات المحدودة للغاية ، مثل السمندل بارتون سبرينغز ، معرضة بشكل خاص للانقراض. يمكن أيضًا أن تكون المستويات التصنيفية الأعلى ، مثل الأجناس والعائلات ، متوطنة.

تحتوي بحيرة هورون على حوالي 79 نوعًا من الأسماك ، توجد جميعها في العديد من البحيرات الأخرى في أمريكا الشمالية. ما الذي يفسر الاختلاف في التنوع بين بحيرة فيكتوريا وبحيرة هورون؟ بحيرة فيكتوريا هي بحيرة استوائية ، في حين أن بحيرة هورون هي بحيرة معتدلة. يبلغ عمر بحيرة هورون في شكلها الحالي حوالي 7000 عام فقط ، بينما يبلغ عمر بحيرة فيكتوريا بشكلها الحالي حوالي 15000 عام. هذان العاملان ، خط العرض والعمر ، هما اثنان من عدة فرضيات اقترحها علماء الجغرافيا الحيوية لشرح أنماط التنوع البيولوجي على الأرض.

الاتصال الوظيفي

الجغرافيا الحيوية

الجغرافيا الحيوية هي دراسة توزيع الأنواع في العالم في الماضي والحاضر. يعد عمل الجغرافيين الحيويين أمرًا بالغ الأهمية لفهم بيئتنا المادية ، وكيف تؤثر البيئة على الأنواع ، وكيف تؤثر التغييرات في البيئة على توزيع الأنواع.

هناك ثلاثة مجالات رئيسية للدراسة تحت عنوان الجغرافيا الحيوية: الجغرافيا الحيوية البيئية ، والجغرافيا الحيوية التاريخية (تسمى الجغرافيا الحيوية القديمة) ، والجغرافيا الحيوية للحفظ. تدرس الجغرافيا الحيوية البيئية العوامل الحالية التي تؤثر على توزيع النباتات والحيوانات. الجغرافيا الحيوية التاريخية ، كما يوحي الاسم ، تدرس التوزيع السابق للأنواع. من ناحية أخرى ، تركز الجغرافيا الحيوية للحفظ على حماية الأنواع واستعادتها بناءً على المعلومات البيئية التاريخية والحالية المعروفة. يأخذ كل مجال من هذه المجالات في الاعتبار كلاً من جغرافيا الحيوان والجغرافيا النباتية - التوزيع الماضي والحاضر للحيوانات والنباتات.

أحد أقدم الأنماط التي لوحظت في علم البيئة هو أن التنوع البيولوجي في كل مجموعة تصنيفية تقريبًا من الكائنات الحية تزداد مع انخفاض خط العرض. بمعنى آخر ، يزداد التنوع البيولوجي بالقرب من خط الاستواء (الشكل 21.4).

ليس من الواضح بعد سبب زيادة التنوع البيولوجي بالقرب من خط الاستواء ، لكن الفرضيات تشمل العمر الأكبر للنظم البيئية في المناطق المدارية مقابل المناطق المعتدلة ، والتي كانت خالية إلى حد كبير من الحياة أو كانت فقيرة بشكل كبير خلال العصر الجليدي الأخير. يوفر العمر الأكبر مزيدًا من الوقت للتنوع. تفسير آخر محتمل هو زيادة الطاقة التي تتلقاها المناطق المدارية من الشمس مقابل مدخلات الطاقة الأقل في المناطق المعتدلة والقطبية. لكن العلماء لم يتمكنوا من شرح كيف يمكن ترجمة مدخلات الطاقة الأكبر إلى المزيد من الأنواع. قد يؤدي تعقيد النظم الإيكولوجية الاستوائية إلى تعزيز الانتواع من خلال زيادة عدم تجانس الموائل ، أو عدد المنافذ البيئية ، في المناطق المدارية بالنسبة إلى خطوط العرض العليا. يوفر عدم التجانس الأكبر مزيدًا من الفرص للتطور المشترك والتخصص وربما ضغوط الاختيار الأكبر التي تؤدي إلى تمايز السكان. ومع ذلك ، فإن هذه الفرضية تعاني من بعض الاستدارة - فالنظم البيئية التي بها عدد أكبر من الأنواع تشجع على التكاثر ، ولكن كيف حصلوا على المزيد من الأنواع في البداية؟ يُنظر إلى المناطق المدارية على أنها أكثر استقرارًا من المناطق المعتدلة ، والتي تتمتع بمناخ واضح وموسمية طول اليوم. المناطق المدارية لها أشكالها الموسمية الخاصة بها ، مثل هطول الأمطار ، ولكن يُفترض عمومًا أنها بيئات أكثر استقرارًا وقد يؤدي هذا الاستقرار إلى تشجيع الأنواع.

بغض النظر عن الآليات ، فمن المؤكد أن التنوع البيولوجي هو الأكبر في المناطق الاستوائية. عدد الأنواع المتوطنة أعلى في المناطق الاستوائية. تحتوي المناطق المدارية أيضًا على المزيد من النقاط الساخنة للتنوع البيولوجي. في الوقت نفسه ، فإن معرفتنا بالأنواع التي تعيش في المناطق الاستوائية هي الأدنى ، وبسبب النشاط البشري الثقيل الأخير ، فإن احتمال فقدان التنوع البيولوجي يكون أكبر.

أهمية التنوع البيولوجي

يهدد فقدان التنوع البيولوجي في النهاية الأنواع الأخرى التي لا نؤثر عليها بشكل مباشر بسبب ترابطها حيث تختفي الأنواع من نظام بيئي تتعرض الأنواع الأخرى للتهديد بسبب التغيرات في الموارد المتاحة. يعد التنوع البيولوجي مهمًا لبقاء السكان ورفاههم لأنه يؤثر على صحتنا وقدرتنا على إطعام أنفسنا من خلال الزراعة وحصاد تجمعات الحيوانات البرية.

صحة الإنسان

يتم اشتقاق العديد من الأدوية من المواد الكيميائية الطبيعية التي تنتجها مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. على سبيل المثال ، تنتج العديد من النباتات مركبات نباتية ثانوية ، وهي سموم تستخدم لحماية النبات من الحشرات والحيوانات الأخرى التي تأكلها. بعض هذه المركبات النباتية الثانوية تعمل أيضًا كأدوية بشرية. غالبًا ما تمتلك المجتمعات المعاصرة التي تعيش بالقرب من الأرض معرفة واسعة بالاستخدامات الطبية للنباتات التي تنمو في منطقتها. لعدة قرون في أوروبا ، تم تجميع المعرفة القديمة حول الاستخدامات الطبية للنباتات في الأعشاب - الكتب التي حددت النباتات واستخداماتها. البشر ليسوا الحيوانات الوحيدة التي تستخدم النباتات لأسباب طبية. وقد لوحظ أن القردة العليا الأخرى ، وإنسان الغاب ، والشمبانزي ، والبونوبو ، والغوريلا ، جميعها تستخدم نباتات تداوي نفسها بنفسها.

تعترف العلوم الصيدلانية الحديثة أيضًا بأهمية هذه المركبات النباتية. من أمثلة الأدوية الهامة المشتقة من المركبات النباتية الأسبرين والكوديين والديجوكسين والأتروبين والفينكريستين (الشكل 21.5). تم اشتقاق العديد من الأدوية من المستخلصات النباتية ولكن يتم تصنيعها الآن. تشير التقديرات إلى أن 25 في المائة من الأدوية الحديثة تحتوي في وقت واحد على مستخلص نباتي واحد على الأقل. من المحتمل أن يكون هذا الرقم قد انخفض إلى حوالي 10 في المائة حيث تم استبدال المكونات النباتية الطبيعية بنسخ اصطناعية من المركبات النباتية. المضادات الحيوية ، المسؤولة عن التحسينات غير العادية في الصحة وطول العمر في البلدان المتقدمة ، هي مركبات مشتقة إلى حد كبير من الفطريات والبكتيريا.

في السنوات الأخيرة ، أثارت سموم الحيوانات والسموم بحثًا مكثفًا لإمكاناتها الطبية. بحلول عام 2007 ، وافقت إدارة الغذاء والدواء على خمسة عقاقير تعتمد على السموم الحيوانية لعلاج أمراض مثل ارتفاع ضغط الدم والألم المزمن والسكري. وتخضع خمسة عقاقير أخرى لتجارب سريرية وستة عقاقير على الأقل تستخدم في بلدان أخرى. تأتي السموم الأخرى قيد التحقيق من الثدييات والثعابين والسحالي والعديد من البرمائيات والأسماك والقواقع والأخطبوطات والعقارب.

بصرف النظر عن تحقيق أرباح بمليارات الدولارات ، تعمل هذه الأدوية على تحسين حياة الناس. تبحث شركات الأدوية بنشاط عن مركبات طبيعية جديدة يمكن أن تعمل كأدوية. تشير التقديرات إلى أن ثلث البحث والتطوير الصيدلاني يتم إنفاقه على المركبات الطبيعية وأن حوالي 35 بالمائة من الأدوية الجديدة التي تم طرحها في السوق بين عامي 1981 و 2002 كانت من مركبات طبيعية.

أخيرًا ، قيل إن البشر يستفيدون من الناحية النفسية من العيش في عالم متنوع بيولوجيًا. المؤيد الرئيسي لهذه الفكرة هو عالم الحشرات E. O. ويلسون. يجادل بأن تاريخ التطور البشري قد جعلنا نعيش في بيئة طبيعية وأن البيئات المبنية تولد ضغوطًا تؤثر على صحة الإنسان ورفاهه. هناك بحث كبير في الفوائد التجديدية النفسية للمناظر الطبيعية تشير إلى أن الفرضية قد تحمل بعض الحقيقة.

زراعي

منذ بداية الزراعة البشرية منذ أكثر من 10000 عام ، قامت المجموعات البشرية بتربية واختيار أنواع المحاصيل. تطابق هذا التنوع المحصولي مع التنوع الثقافي لمجموعات البشر شديدة التقسيم. على سبيل المثال ، تم تدجين البطاطس منذ حوالي 7000 عام في جبال الأنديز الوسطى في بيرو وبوليفيا. عاش الناس في هذه المنطقة تقليديًا في مستوطنات معزولة نسبيًا تفصلها الجبال. تنتمي البطاطس المزروعة في تلك المنطقة إلى سبعة أنواع ومن المحتمل أن يكون عدد الأصناف بالآلاف. تم تربية كل نوع لتزدهر في ارتفاعات معينة وظروف التربة والمناخ. التنوع مدفوع بالمطالب المتنوعة للتغيرات الهائلة في الارتفاع ، والحركة المحدودة للأشخاص ، والطلبات التي أوجدها تناوب المحاصيل لأنواع مختلفة ستعمل بشكل جيد في مختلف المجالات.

البطاطس ليست سوى مثال واحد على التنوع الزراعي. كل نبات وحيوان وفطر قام البشر بزراعته تم تربيته من أنواع أسلاف برية أصلية إلى أصناف متنوعة ناشئة عن متطلبات القيمة الغذائية والتكيف مع ظروف النمو ومقاومة الآفات. تُظهر البطاطس مثالًا معروفًا لمخاطر انخفاض تنوع المحاصيل: أثناء مجاعة البطاطس الأيرلندية المأساوية (1845-1852 م) ، أصبح صنف البطاطس المنفردة المزروع في أيرلندا عرضة لفحة البطاطس - مما أدى إلى القضاء على المحصول. أدى فقدان المحصول إلى المجاعة والموت والهجرة الجماعية. تعتبر مقاومة الأمراض فائدة رئيسية للحفاظ على التنوع البيولوجي للمحاصيل ، كما أن الافتقار إلى التنوع في أنواع المحاصيل المعاصرة يحمل مخاطر مماثلة. يتعين على شركات البذور ، التي تعد مصدرًا لمعظم أنواع المحاصيل في البلدان المتقدمة ، أن تولد باستمرار أنواعًا جديدة لمواكبة تطور كائنات الآفات. ومع ذلك ، فقد شاركت شركات البذور هذه في انخفاض عدد الأصناف المتاحة لأنها تركز على بيع عدد أقل من الأصناف في المزيد من مناطق العالم لتحل محل الأصناف المحلية التقليدية.

تعتمد القدرة على إنشاء أصناف محاصيل جديدة على تنوع الأصناف المتاحة وتوافر الأشكال البرية المتعلقة بنبات المحاصيل. غالبًا ما تكون هذه الأشكال البرية مصدرًا للمتغيرات الجينية الجديدة التي يمكن تربيتها باستخدام الأصناف الموجودة لإنشاء أصناف ذات سمات جديدة. فقدان الأنواع البرية المرتبطة بمحصول ما سيعني فقدان القدرة على تحسين المحاصيل. يضمن الحفاظ على التنوع الجيني للأنواع البرية المرتبطة بالأنواع المستأنسة إمدادنا المستمر بالغذاء.

منذ عشرينيات القرن الماضي ، حافظت إدارات الزراعة الحكومية على بنوك البذور لأصناف المحاصيل كوسيلة للحفاظ على تنوع المحاصيل. هذا النظام به عيوب لأنه بمرور الوقت تُفقد أصناف البذور من خلال الحوادث ولا توجد طريقة لاستبدالها. في عام 2008 ، بدأ مخزن البذور العالمي سفالبارد ، الواقع في جزيرة سبيتسبيرغن بالنرويج (الشكل 21.6) في تخزين البذور من جميع أنحاء العالم كنظام احتياطي لبنوك البذور الإقليمية. إذا قام بنك البذور الإقليمي بتخزين أصناف متنوعة في سفالبارد ، فيمكن استبدال الخسائر من سفالبارد في حالة حدوث شيء ما للبذور الإقليمية. يقع قبو بذور سفالبارد في عمق صخرة الجزيرة القطبية الشمالية. يتم الحفاظ على الظروف داخل القبو في درجة حرارة ورطوبة مثالية لبقاء البذور ، ولكن الموقع العميق تحت الأرض للقبو في القطب الشمالي يعني أن فشل أنظمة القبو لن يضر بالظروف المناخية داخل القبو.

اتصال مرئي

يقع قبو بذور سفالبارد في جزيرة سبيتسبيرجين في النرويج ، والتي تتمتع بمناخ القطب الشمالي. لماذا قد يكون مناخ القطب الشمالي مفيدًا لتخزين البذور؟

على الرغم من أن المحاصيل تحت سيطرتنا إلى حد كبير ، فإن قدرتنا على زراعتها تعتمد على التنوع البيولوجي للنظم البيئية التي تزرع فيها. هذا التنوع البيولوجي يخلق الظروف التي في ظلها المحاصيل قادرة على النمو من خلال ما يعرف بخدمات النظام الإيكولوجي - الظروف أو العمليات القيمة التي ينفذها نظام بيئي. لا تزرع المحاصيل ، في الغالب ، في البيئات المبنية. يزرعون في التربة. على الرغم من أن بعض أنواع التربة الزراعية تُعقم باستخدام علاجات مبيدات الآفات المثيرة للجدل ، إلا أن معظمها يحتوي على تنوع هائل من الكائنات الحية التي تحافظ على دورات المغذيات - تحطيم المواد العضوية إلى مركبات مغذية تحتاجها المحاصيل للنمو. تحافظ هذه الكائنات أيضًا على نسيج التربة الذي يؤثر على ديناميكيات الماء والأكسجين في التربة الضرورية لنمو النبات. إن استبدال عمل هذه الكائنات في تكوين التربة الصالحة للزراعة ليس ممكنًا عمليًا. تسمى هذه الأنواع من العمليات خدمات النظام البيئي. تحدث داخل النظم البيئية ، مثل النظم البيئية للتربة ، نتيجة للأنشطة الأيضية المتنوعة للكائنات الحية التي تعيش هناك ، ولكنها توفر فوائد لإنتاج الغذاء البشري ، وتوافر مياه الشرب ، والهواء القابل للتنفس.

خدمات النظام البيئي الرئيسية الأخرى المتعلقة بإنتاج الغذاء هي التلقيح النباتي ومكافحة آفات المحاصيل. تشير التقديرات إلى أن تلقيح نحل العسل داخل الولايات المتحدة يجلب 1.6 مليار دولار سنويًا تساهم الملقحات الأخرى بما يصل إلى 6.7 مليار دولار. يتطلب إنتاج أكثر من 150 محصولًا في الولايات المتحدة التلقيح. تتم إدارة العديد من مجموعات نحل العسل من قبل مربي النحل الذين يؤجرون خدمات خلاياهم للمزارعين. عانى نحل العسل في أمريكا الشمالية خسائر كبيرة بسبب متلازمة تُعرف باسم اضطراب انهيار المستعمرات ، وهي ظاهرة جديدة ذات سبب غير واضح. تشمل الملقحات الأخرى مجموعة متنوعة من أنواع النحل الأخرى والعديد من الحشرات والطيور. قد يؤدي فقدان هذه الأنواع إلى جعل المحاصيل التي تتطلب التلقيح مستحيلة ، مما يؤدي إلى زيادة الاعتماد على المحاصيل الأخرى.

أخيرًا ، يتنافس البشر على طعامهم مع آفات المحاصيل ، ومعظمها من الحشرات. تتحكم مبيدات الآفات في هؤلاء المنافسين ، لكنها مكلفة وتفقد فعاليتها بمرور الوقت مع تكيف أعداد الآفات. كما أنها تؤدي إلى أضرار جانبية من خلال قتل الأنواع غير الآفات وكذلك الحشرات المفيدة مثل نحل العسل ، والمخاطرة بصحة العمال الزراعيين والمستهلكين. علاوة على ذلك ، قد تهاجر هذه المبيدات من الحقول حيث يتم تطبيقها وتسبب أضرارًا للأنظمة البيئية الأخرى مثل الجداول والبحيرات وحتى المحيط. يعتقد علماء البيئة أن الجزء الأكبر من العمل في إزالة الآفات يتم في الواقع بواسطة الحيوانات المفترسة والطفيليات لتلك الآفات ، لكن التأثير لم تتم دراسته جيدًا. وجدت مراجعة أنه في 74 في المائة من الدراسات التي بحثت عن تأثير تعقيد المناظر الطبيعية (الغابات والحقول البور بالقرب من حقول المحاصيل) على الأعداء الطبيعيين للآفات ، كلما زاد التعقيد ، زاد تأثير الكائنات القاتلة للآفات. وجدت دراسة تجريبية أخرى أن إدخال أعداء متعددة من حشرات البازلاء (آفة البرسيم الحجازي المهمة) أدى إلى زيادة محصول البرسيم بشكل كبير. تظهر هذه الدراسة أن تنوع الآفات يكون أكثر فعالية في المكافحة من آفة واحدة. سيؤدي فقدان التنوع في أعداء الآفات حتماً إلى زيادة صعوبة وتكلفة زراعة الغذاء. يواجه تزايد عدد السكان في العالم تحديات كبيرة في التكاليف المتزايدة والصعوبات الأخرى المرتبطة بإنتاج الغذاء.

مصادر الغذاء البرية

بالإضافة إلى زراعة المحاصيل وتربية الحيوانات التي تتغذى على الطعام ، يحصل الإنسان على الموارد الغذائية من التجمعات البرية ، ولا سيما تجمعات الأسماك البرية. بالنسبة لحوالي مليار شخص ، توفر الموارد المائية المصدر الرئيسي للبروتين الحيواني. ولكن منذ عام 1990 ، انخفض الإنتاج من مصايد الأسماك العالمية. على الرغم من الجهود الكبيرة ، إلا أن القليل من مصايد الأسماك على وجه الأرض تدار بشكل مستدام.

نادرًا ما يؤدي انقراض مصايد الأسماك إلى الانقراض الكامل للأنواع التي يتم حصادها ، بل يؤدي إلى إعادة هيكلة جذرية للنظام البيئي البحري حيث يتم صيد الأنواع السائدة بشكل مفرط بحيث يصبح لاعبًا ثانويًا بيئيًا. بالإضافة إلى فقدان البشر لمصدر الغذاء ، فإن هذه التغييرات تؤثر على العديد من الأنواع الأخرى بطرق يصعب أو يستحيل التنبؤ بها. لانهيار مصايد الأسماك آثار مأساوية وطويلة الأمد على السكان المحليين الذين يعملون في مصايد الأسماك. بالإضافة إلى ذلك ، فإن فقدان مصدر بروتين غير مكلف للسكان الذين لا يستطيعون استبداله سيزيد من تكلفة المعيشة ويحد من المجتمعات بطرق أخرى. بشكل عام ، تحولت الأسماك المأخوذة من مصايد الأسماك إلى أنواع أصغر وتتعرض الأنواع الأكبر للصيد الجائر. من الواضح أن النتيجة النهائية يمكن أن تكون فقدان النظم المائية كمصادر للغذاء.

المفاهيم في العمل

قم بزيارة هذا الموقع لمشاهدة مقطع فيديو موجز يناقش دراسة تدهور مصايد الأسماك.


أنواع المنافذ البيئية

ركز تعريف عالم البيئة تشارلز إلتون على دور الأنواع ، مثل دورها التغذوي. أكدت مبادئه أكثر على التشابه المجتمعي وبدرجة أقل على المنافسة.

في عام 1957 ، قدم عالم الحيوان ج.إيفلين هاتشينسون نوعًا من التنازل عن مسارات التفكير هذه. وصف هاتشينسون شكلين من مكانة. ال مكانة أساسية تركز على الظروف التي يمكن أن توجد فيها الأنواع دون تفاعلات بيئية. ال مكانة أدركت، بالمقابل ، يعتبر وجود السكان في وجود تفاعلات أو منافسة.

سمح اعتماد مفهوم المكانة البيئية لعلماء البيئة بفهم أدوار الأنواع في النظم البيئية.


التنوع البيولوجي كمصدر لمسببات الأمراض الحيوانية المنشأ

تشترك الحيوانات معنا في مسببات الأمراض بنفس الطرق التي يشارك بها البشر مسببات الأمراض مع بعضهم البعض. قد ينتقل العامل الممرض من مضيف إلى آخر في قطرات أو رذاذ من السعال أو العطس عن طريق الدم أو البول أو اللعاب أو سوائل الجسم الأخرى من خلال مادة البراز أو عن طريق نقله أثناء لدغة ناقل مثل الذباب أو البعوض أو القراد. في بعض الحالات ، قد يظل العامل الممرض على سطح أو في البيئة بحيث يمكن للإنسان أن يواجه العامل الممرض دون الاقتراب من الحيوان الذي كان مصدره. قد لا يكون العامل الممرض قادرًا على إصابة الإنسان الذي يتلامس معه. حتى لو كان ذلك ممكنًا ، فقد يوقف الجهاز المناعي للشخص الممرض قبل أن يتسبب في ضرر. ولكن في بعض الحالات ، يكون العامل الممرض قادرًا على إصابة المضيف البشري الجديد ، وقد ينقل هذا الشخص بدوره العامل الممرض إلى الآخرين.

ما هي العوامل التي تحدد ما إذا كان العامل الممرض سينتقل من حيوان إلى مضيف بشري ويصبح ثابتًا؟ ينتج الانتقال عبر الأنواع عن تفاعل معقد بين خصائص العامل الممرض (2 ، 10 –12): عدوى العائل الأصلي ، وسلوكه ، وعلم البيئة ، كيف يتم تسليط العامل الممرض في البيئة والبقاء على قيد الحياة فيها ، وكيف يتعرض البشر للمرض. الممرض ومدى تعرض هؤلاء البشر للعدوى (4 ، 12 ⇓ -16).

يمكن أن يؤثر التنوع البيولوجي الطبيعي ، وفقده ، على هذا المسار في نقاط متعددة ، مما قد يؤثر على احتمالية نشوء عامل ممرض جديد في البشر. والأهم من ذلك ، يمكن للمجتمعات المتنوعة من الأنواع المضيفة أن تعمل كمصادر لمسببات الأمراض الجديدة ، وهذا الدور للتنوع البيولوجي هو الذي حظي بأكبر قدر من الاهتمام في البحث عن ظهور المرض. في النموذج المفاهيمي الأكثر شيوعًا الذي يربط بين التنوع البيولوجي وظهور الأمراض ، يتكون التنوع البيولوجي من الأنواع التي تستضيف مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض (الملحق SI) ، يمكن أن يكون لأي منها الخصائص التي تمكنه من القفز بنجاح إلى البشر (الشكل 1أ) (7). ضمنيًا في هذا النموذج الذي يركز على تنوع العائل الكلي هو افتراض أن جميع الأصناف من المرجح أن تكون مصادر لمسببات الأمراض الحيوانية المنشأ. بدلاً من ذلك ، قد تكون مجموعات معينة - مثل الخفافيش أو القوارض أو الماشية - أكثر عرضة للعمل كمصادر لمسببات الأمراض الحيوانية المنشأ. في نموذج "تنوع العائل الحيواني" هذا ، سيكون تنوع هذه العوائل ، ولكن ليس التنوع البيولوجي الكلي للمضيف ، هو الأكثر أهمية في تحديد احتمالية ظهور الأمراض الحيوانية المنشأ (الشكل 1).ب).

نماذج مفاهيمية بديلة تربط التنوع البيولوجي المضيف بالظهور الحيواني الحيواني في البشر. (أ) تنوع العائل الكلي: في هذا النموذج ، يؤدي التنوع العام للعوائل إلى مجموعة من مسببات الأمراض ، يمكن لأي منها الانتقال إلى البشر. يتضمن البحث الذي يفترض أن هذا النموذج عادةً مقارنات بين مناطق جغرافية كبيرة مع تباين فطري في التنوع البيولوجي (على سبيل المثال ، على طول التدرجات في خطوط العرض أو بين البلدان). (ب) تنوع العوائل الحيوانية المنشأ: في هذا النموذج ، من المرجح أن تستضيف بعض الأنواع مسببات الأمراض الحيوانية المنشأ ، وتنوع هذه العوائل الحيوانية المصدر هو الأكثر أهمية في تحديد مخاطر ظهور الأمراض الحيوانية المنشأ. يركز البحث باستخدام نموذج تنوع العائل الحيواني المنشأ عادةً على توزيع أو خصائص تصنيف معين (على سبيل المثال ، الخفافيش أو الرئيسيات). (ج) تنوع ووفرة العوائل الحيوانية المصدر: في هذا النموذج ، يحدد تنوع ووفرة العوائل الحيوانية المصدر خطر ظهور حيواني المنشأ. Research using this model typically focuses on the effects of changes in natural biodiversity (e.g., through human impacts, on zoonotic pathogens). Modified from an illustration in Ostfeld and Keesing (7).

Researchers explicitly or implictly applying the “total host diversity” model (Fig. 1أ) tend to conduct broad geographic comparisons across regions that differ in their innate levels of biodiversity. For example, in a seminal study, Jones et al. (5) identified zoonotic diseases that had emerged between 1940 and 2005, and mapped the most likely locations of their underlying emergence. After attempting to correct for potential spatial variation in reporting bias, Jones et al. compared a suite of variables to see which best predicted the locations of global zoonotic hotspots. Although zoonotic diseases arising from wildlife were only ∼1% more likely to emerge where the diversity of wild mammals was high, Jones et al. (5) concluded that “wildlife host species richness is a significant predictor for the emergence of zoonotic EIDs [emerging infectious diseases] with a wildlife origin, with no role for human population growth, latitude or rainfall.” Of note was their observation that high human population density increased the likelihood of the emergence of a zoonotic disease from wildlife by 75 to 90%, an effect almost two orders-of-magnitude greater than the effect of mammalian diversity. Allen et al. (17) expanded this analysis, incorporating more explanatory variables and new methods for estimating reporting bias. After correcting for reporting bias, they found that mammal species richness had only the fourth strongest influence on the distribution of emerging infectious diseases, after the presence of evergreen broadleaf trees first, human population density second, and climate third.

A study by Pedersen and Davies (18) exemplifies research underlain by the “zoonotic host diversity” model (Fig. 1ب), in which some taxa are expected to more frequently be sources of zoonotic pathogens. Pedersen and Davies focused on primates. They divided the process of spillover into a new host species into three steps—opportunity, transmission, and establishment—each of which has specific drivers. Their first step, the opportunity for transmission, is underlain by the biogeography of host and pathogen. Their analysis rested on the assumption that step 3—establishment—is critical, and that it is strongly affected by ecological and evolutionary barriers between the current host species and a new host species. For this reason, they assumed that host species that are more closely related to humans will be the most likely sources for pathogens that can become zoonotic. Thus, Pedersen and Davies focused on primates, categorizing the risk of zoonotic spillover based on phylogenetic relatedness and geographic co-occurrence of primates worldwide. They found a hotspot for probable zoonotic spillover in central and western Africa, for example, because there is broad geographic overlap between humans and primate species to which humans are particularly closely related. Identifying the geographic locations or characteristics of taxa most responsible for zoonotic pathogens has been a focus of many recent studies (e.g., refs. 10, 11, and 19 ⇓ ⇓ ⇓ –23).

In the “zoonotic host diversity and abundance” model, both the diversity and the abundance of the animals most likely to act as hosts for zoonotic pathogens are critical (Fig. 1ج). Thus, both the “zoonotic host diversity” and “zoonotic host diversity and abundance” models (Fig. 1 ب و ج) rely on weighting the importance of particular components of biodiversity by their zoonotic potential. To address whether this additional information is essential, we next review evidence addressing whether some taxa are more likely than others to serve as sources of zoonotic pathogens.


The Keystone Advantage

Keystone organizations play a crucial role in business ecosystems. Fundamentally, they aim to improve the overall health of their ecosystems by providing a stable and predictable set of common assets—think of Wal-Mart’s procurement system and Microsoft’s Windows operating system and tools—that other organizations use to build their own offerings.

Keystones can increase ecosystem productivity by simplifying the complex task of connecting network participants to one another or by making the creation of new products by third parties more efficient. They can enhance ecosystem robustness by consistently incorporating technological innovations and by providing a reliable point of reference that helps participants respond to new and uncertain conditions. And they can encourage ecosystem niche creation by offering innovative technologies to a variety of third-party organizations. The keystone’s importance to ecosystem health is such that, in many cases, its removal will lead to the catastrophic collapse of the entire system. For example, WorldCom’s failure had negative repercussions for the entire ecosystem of suppliers of telecommunications equipment.

By continually trying to improve the ecosystem as a whole, keystones ensure their own survival and prosperity. They don’t promote the health of others for altruistic reasons they do it because it’s a great strategy.

Keystones, in many ways, are in an advantageous position. As in biological ecosystems, keystones exercise a systemwide role despite being only a small part of their ecosystems’ mass. Despite Microsoft’s pervasive impact, for example, it remains only a small part of the computing ecosystem. Both its revenue and number of employees represent about 0.05% of the total figures for the ecosystem. Its market capitalization represents a larger portion of the ecosystem—typical for a keystone because of its powerful position—but it has never been higher than 0.4%. Even in the much smaller software ecosystem, in which the company plays an even more crucial role, Microsoft’s market cap has typically ranged between 20% and 40% of the combined market cap of software providers. This is a fraction of the more than 80% of total market capitalization of the much larger ecosystem of computer software, components, systems, and services that IBM held during the 1960s.

Broadly speaking, an effective keystone strategy has two parts. The first is to create value within the ecosystem. Unless a keystone finds a way of doing this efficiently, it will fail to attract or retain members. The second part, as we have noted, is to share the value with other participants in the ecosystem. The keystone that fails to do this will find itself perhaps temporarily enriched but ultimately abandoned.

Keystones can create value for their ecosystems in numerous ways, but the first requirement usually involves the creation of a platform, an asset in the form of services, tools, or technologies that offers solutions to others in the ecosystem. The platform can be a physical asset, like the efficient manufacturing capabilities that Taiwan Semiconductor Manufacturing offers to those computer-chip design companies that don’t have their own silicon-wafer foundries, or an intellectual asset, like the Windows software platform. Keystones leave the vast majority of value creation to others in the ecosystem, but what they do create is crucial to the community’s survival.

The second requirement for keystones’ success is that they share throughout the ecosystem much of the value they have created, balancing their generosity with the need to keep some of that value for themselves. Achieving this balance may not be as easy as it seems. Keystone organizations must make sure that the value of their platforms, divided by the cost of creating, maintaining, and sharing them, increases rapidly with the number of ecosystem members that use them. This allows keystone players to share the surplus with their communities. During the Internet boom, many businesses failed because, although the theoretical value of a keystone platform was increasing with the number of customers, the operating cost was rising, as well. Many B2B marketplaces, for example, continued to increase revenue despite decreasing and ultimately disappearing margins, which led to the collapse of their business models.

A good example of a keystone company that effectively creates and shares value with its ecosystem is eBay. It creates value in a number of ways. It has developed state-of-the-art tools that increase the productivity of network members and encourage potential members to join the ecosystem. These tools include eBay’s Seller’s Assistant, which helps new sellers prepare professional-looking online listings, and its Turbo Lister service, which tracks and manages thousands of bulk listings on home computers. The company has also established and maintained performance standards that enhance the stability of the system. Buyers and sellers rate one another, providing rankings that bolster users’ confidence in the system. Sellers with consistently good evaluations attain PowerSeller status those with bad evaluations are excluded from future transactions.

A firm that takes an action without understanding the impact on the ecosystem as a whole is ignoring the reality of the networked environment in which it operates.

Additionally, eBay shares the value that it creates with members of its ecosystem. It charges users only a moderate fee to coordinate their trading activities. Incentives such as the PowerSeller label reinforce standards for sellers that benefit the entire ecosystem. These performance standards also delegate much of the control of the network to users, diminishing the need for eBay to maintain expensive centralized monitoring and feedback systems. The company can charge commissions that are no higher than 7% of a given transaction—well below the typical 30% to 70% margins most retailers would charge. It is important to stress that eBay does this because it is good business. By sharing the value, it continues to expand its own healthy ecosystem—buyers and sellers now total more than 70 million—and thrive in a sustainable way.


Saguaro National Park Ecology

Saguaro (pronounced “suh-wah-roh”) National Park is located in southeastern Arizona near the city of Tucson within the Sonoran Desert, the only desert in the world that experiences two rainy seasons per year. Contrary to the popular notion that desert landscapes are barren and uninhabitable, Saguaro National Park is teeming with life. The unique climate, combined with varied topography, leads to an incredible diversity of species throughout the Sonoran Desert and within Saguaro National Park. With over 550 animal species and over 2,000 plant species, the Sonoran Desert is considered the most biologically diverse desert in North America.

Sunset at Saguaro National Park, featuring chollas in the foreground and saguaro cacti in the background.

(Credit: Elieen Mattil, NPS. Public domain.)

Saguaro National Park contains two separate districts: the Tucson Mountain District (TMD) and the Rincon Mountain District (RMD). The TMD is often referred to as Saguaro West, and the RMD as Saguaro East. Despite being part of the same national park and being relatively close in location, there are some important differences between the two. The groups of plant and animal organisms that live and interact with each other, known as biotic communities, of the TMD and RMD vary greatly and are typically defined by plant types and weather. Higher elevations, with more moisture and cooler average temperatures, can support a different range of organisms than drier, warmer areas at lower elevations.

The RMD is part of a Sky Island mountain range. With a maximum elevation of 8,664 feet at the peak of Mica Mountain, the RMD contains a wide variety of biotic communities, or biomes, including desert scrub, semi-desert grassland, oak woodland, Madrean pine-oak woodland, pine forest, and mixed conifer forest. The TMD, with a maximum elevation about half as high (4,678 feet) only contains the desert scrub and semi-desert grassland biotic communities. For a complete inventory of plant and animal species found in Saguaro National Park, see this USGS study.

Biotic Communities and Plant Species

Desert scrub biome at the Tucson Mountain District, showcasing prickly pears, chollas, and saguaro cacti. NPS.

Desert scrub is the driest and lowest-elevation (

1000-2500’) biotic community at Saguaro National Park, where the dominant forms of vegetation include shrubs and succulents. The most common shrubs include the mesquite tree (Prosopis genus), acacias (أكاسيا species), palo verdes (Cercidium species), and the creosote bush (Larrea tridentata). To adapt to the dry environment, creosote bushes have evolved a waxy coating on their leaves to reduce water loss through evaporation. When it rains, those waxy compounds are released into the air, creating a strong smell. The most common succulents found in the desert scrub biome include agave (Agave species), yucca (Yucca species), and cacti such as the barrel cactus (Ferrocactus و Echinocactus species), pincushion cacti (Mammalaria species), prickly pear (Opuntia species), and the cholla (Cylindropuntia محيط).

Saguaro cacti standing tall.

Perhaps the most defining plant of the region is the saguaro cactus (Carnegiea gigantea) for which the park gets its name. Saguaro cacti are only found in the Sonoran Desert, and they play a very important role in the ecosystem by providing shelter, food, and nesting sites for many animals. For more information on saguaro cacti, see this FAQ.

All of these species play a key role in their ecosystem by fixing nitrogen from the environment into a usable form for animals using bacteria called Rhizobia in their root nodules.

The semi-desert grassland biotic community is found from approximately 2500-4500 feet in elevation. The vegetation in this biome is mainly comprised of short and mid-sized grasses. This biotic community is dominated by the velvet mesquite tree (Prosopis velutina).

The oak woodland biome, sometimes referred to as oak savannah, is composed of manzanita shrubs and trees (Arctostaphyos species) and oaks (Quercus species), with some annual and perennial grasses like in the semi-desert grassland.

Temperate woodland at the Rincon Mountain District.

With cooler temperatures at elevations around 5000-6000 feet, more oaks and gymnosperms (flowerless plants that don’t encase their seeds) are able to grow and flourish. Evergreen oaks such as the Emory oak (Quercus emoryi), Arizona white oak (Quercus arizonica), and Mexican blue oak (Quercus oblongifolia) are abundant. Common gymnosperms include the Mexican pinyon pine (Pinus cembroides) and alligator juniper (Juniperus deppeana). In this community, underbrush grasses are also common.

Pine Forest and Mixed Conifer Forest

At the highest elevation in Saguaro National Park, the pine and mixed conifer forest communities thrive in the cooler climate with more moisture. These biotic communities are dominantly comprised of gymnosperms such as, at increasing elevations, ponderosa pine (Pinus ponderosa) and other pine species (Pinus species), firs (Abies species), and spruces (Picea محيط).

Animal Species

Similar to the above plant species, many animals have adapted to survive the unique Sonoran Desert in Saguaro National Park, and a range of animal species can be found in each biotic community.

Saguaro National Park is home to several native reptiles and amphibians, referred to as herpetofauna, including: eight frog, one salamander, forty-eight lizard and snake, and three turtle species. Herpetofauna play an important role in the ecology of the American Southwest, acting as both predators and prey for many other animals. Reptiles and amphibians are ectotherms, meaning that their internal body temperature changes with the external temperature and can only be regulated through behavioral adaptations.

One way that reptiles regulate their body temperature is by being most active at cooler times of the day to prevent overheating. Many species of snakes, as well as the desert tortoises, are crepuscular, meaning that they are most active at dawn and dusk. Many snake species are also nocturnal, meaning that they’re most active at night. Some diurnal species, which are active during the daytime, regulate their body temperatures by alternating between basking in the sun and seeking shade. Some prominent reptile species of Saguaro National Park are Gila monsters (Heloderma suspectum), desert tortoises, coral snakes, and rattlesnakes (Crotalus محيط). Rattlesnakes, coral snakes, and Gila monsters are all highly venomous.

While reptiles have dry, scaly skin that helps them survive the arid desert habitat, the life cycle of amphibians is heavily dependent on water. Amphibians have three main stages throughout their life cycle: egg, larvae, and adult. Because amphibians don’t have amniotic eggs (protective coverings around their shells) like all other vertebrates, the eggs are susceptible to drying out, so they are heavily dependent on the presence of water. The larval stage is also dependent on water, with most tadpoles only being able to survive in water. Even after metamorphosis, when the species gains the ability to live on land, adult amphibians have incredibly porous skin that allows for gas exchange, making them prone to drying out in arid climates. Adults are also dependent on water to lay eggs and continue the life cycle.

A lowland leopard frog sitting atop a rock. NPS.

To survive the dry desert climate, amphibians have adapted behaviors to help minimize water loss. Some species, including the tiger salamander (Ambystoma tigrinum), spend the majority of the year burrowed underground and only resurface during monsoon season to breed when water is abundant and temporary pools are created. Other species, such as the lowland leopard frog (Rana yavapaiensis) and the canyon treefrog (Hyla arenicolor) live in small bodies of water throughout the year but are threatened by various invasive species of fish, crayfish, and American bullfrogs (Lithobates catesbeianus). Because amphibians are so sensitive to changes in the environment, they are often used as indicators of ecosystem health.


What is a fence?

A recent call to action by Jakes and colleagues ( 2018) defined fence ecology as the interactions between fences, wildlife, ecosystems, and societal needs. We propose to expand this definition to include all organisms beyond just wildlife. Nevertheless, with this modification, we believe the definition above offers a succinct and useful summation of what fence ecology might come to include. To facilitate the development of fence ecology into a subdiscipline of its own, a clear and concise definition of what constitutes a fence is first needed. The diversity of tools and approaches that go by the name fence, as well as those qualifying features that go by other names, make this task more difficult than it seems. How, for example, does a fence differ from a wall, and are such differences ecologically significant? Should innovative tactics in the realm of human–wildlife interactions, such as bee, chili pepper, or sonic “fences” be considered fences? If fence represents everything from a 10-meter-thick wall separating nations to the strategic placement of beehives, can we realistically draw conclusions about their effects? We believe the answer is no, and that a narrower definition is required for consistency and clarity.

We define a fence as a physical linear feature with vertical load-bearing components (e.g., poles) and noncontinuous structures (e.g., boards, wires, rails, nettings) spanning these vertical components (figure 1). Although this definition narrows the conversation, it still covers a great diversity of fences. Fences are differentially permeable to species and processes, and may be quickly constructed and deconstructed by people. This definition excludes walls, which are typified by completely solid features rather than intermittent components and which may impose a different set of effects than fences because of their opacity and impermeability. Bee, chili, and sonic fences, mentioned above, are characterized by nonlinear shapes and do not feature physical structural components and therefore also do not fit our definition of “fence.” Neither do hedgerows or other intentional uses of vegetation to structure space. Although some ecological effects of these non-fence barriers may resemble the effects of fences as defined in the present article, others will differ markedly, as will the mechanisms underlying their effects. For this reason, we will abide by the specific definition of a fence mentioned above, a description that allows a common lens to examine the vast majority of ecological impacts of fences throughout the world.

Temporal dynamics of fencing

Though often considered spatially, there are important temporal considerations when it comes to assessing the ecological consequences of fences. Compared with many other types of infrastructure, fences are much faster to construct, and fence proliferation is occurring rapidly around the world, with short-term functionality prioritized over long-term consequences (Linnell et al. 2016, Sun et al. 2020). Construction of new fences also frequently accompanies shifting systems of land tenure (Li WJ et al. 2007, Evans and Adams 2016). In many areas of the world, especially developing areas, privatization and subdivision of land is increasingly common (Yan and Wu 2005). Fences are a primary tool in manifesting and enforcing these changing policies (Yeh 2005, Richard et al. 2006, Said et al. 2016). As with many ecological phenomena, the pace of change is an essential consideration for understanding impacts, and it is no different with fences. Recent documentation of extreme rates of fence growth in Africa, for example, hint that the pace of change has thwarted the ability of species and systems to adapt, resulting in local ecosystem collapse (Løvschal et al. 2017).

Although fences may be established rapidly, they can also deteriorate quickly, which adds to their dynamic nature and the difficulty in quantifying their extent and impact. The level of maintenance or decay of a fence is essential to its effectiveness at its intended purpose and may drastically change its ecological effects (Pirie et al. 2017). Keeping fences maintained has long been a central occupation of pastoralists, but now other fence builders have come to understand its importance. Conservationists, for example, have found that invasive species rapidly discover and exploit breaks in fences (Connolly et al. 2009), undercutting their purpose when regular maintenance is not possible (McKnight 1969, Dube et al. 2010, Scofield et al. 2011, Kesch et al. 2014). Therefore, even where fences can be mapped, either remotely or via ground surveys, characterizing their intactness or functionality requires a closer, and often infeasible, form of evaluation.

Even with the restrictive definition of fencing we provide, fences vary widely in their physical characteristics, spatial distribution, and construction and decay over time. This variation leads to a diversity of consequences, as we discuss below, and points to the need for both guiding frameworks and context-specific research, including more systematic documentation of fence characteristics and locations around the world. Below we define a typology of fence impacts for fences to help manage this complexity.


الملخص

ذبابة الفاكهة سوداء البطن is emerging as an important model of non-pathogenic host–microbe interactions. The genetic and experimental tractability of ذبابة الفاكهة has led to significant gains in our understanding of animal–microbial symbiosis. However, the full implications of these results cannot be appreciated without the knowledge of the microbial communities associated with natural ذبابة الفاكهة السكان. In particular, it is not clear whether laboratory cultures can serve as an accurate model of host–microbe interactions that occur in the wild, or those that have occurred over evolutionary time. To fill this gap, we characterized natural bacterial communities associated with 14 species of ذبابة الفاكهة and related genera collected from distant geographic locations. To represent the ecological diversity of Drosophilids, examined species included fruit-, flower-, mushroom-, and cactus-feeders. In parallel, wild host populations were compared to laboratory strains, and controlled experiments were performed to assess the importance of host species and diet in shaping bacterial microbiome composition. We find that Drosophilid flies have taxonomically restricted bacterial communities, with 85% of the natural bacterial microbiome composed of only four bacterial families. The dominant bacterial taxa are widespread and found in many different host species despite the taxonomic, ecological, and geographic diversity of their hosts. Both natural surveys and laboratory experiments indicate that host diet plays a major role in shaping the ذبابة الفاكهة bacterial microbiome. Despite this, the internal bacterial microbiome represents only a highly reduced subset of the external bacterial communities, suggesting that the host exercises some level of control over the bacteria that inhabit its digestive tract. Finally, we show that laboratory strains provide only a limited model of natural host–microbe interactions. Bacterial taxa used in experimental studies are rare or absent in wild ذبابة الفاكهة populations, while the most abundant associates of natural ذبابة الفاكهة populations are rare in the lab.


Anthropogenic Threats to Octocoral Biomineralization

The effects of anthropic stressors on the ability of marine organisms to calcify have been the topic of a number of studies. In corals, for example, changes in calcification rates and growth have been studied in relation to different stressors, such as seawater temperature (Howe and Marshall, 2002 Marshall and Clode, 2004), pollution (Spencer Davies, 1990 Biscéré et al., 2015) and turbidity (Kendall et al., 1985 Browne, 2012).

However, particular focus has been dedicated to study the effects of the so-called “ocean acidification” (OA), i.e., the decrease in sea surface water pH caused by the increase in the atmospheric carbon dioxide (CO2) concentration (Hoegh-Guldberg et al., 2007 Solomon et al., 2007). Ocean acidification linked detrimental effects on biomineralization have been reported for multiple marine groups including calcifying algae (Kuffner et al., 2008), scleractinian corals (Marubini et al., 2003 Hoegh-Guldberg et al., 2007 Mollica et al., 2018) and molluscs (Comeau et al., 2009 Gazeau et al., 2013). Research has however also highlighted several instances of resilience to ocean acidification, highlighting species-specific responses to low pH (Cross et al., 2015a, b González-Pech et al., 2017 Lenz and Edmunds, 2017).

Octocorals appear to exhibit varying responses to ocean acidification. An inverse correlation between calcification rates and صكو2 have been reported for Eunicea flexuosa when exposed to a pH range of 8.1 and 7.1 (Gómez et al., 2015). Contrarily, in another study no changes in branch extension and sclerite structure could be observed in the same species at pH 7.75 compared to control values (pH 8.1) (Enochs et al., 2016). Lower pH (7.6 and 7.3) had no effects on polyp weight and protein content in different octocorals nor in chlorophyll abundance ordensity of its symbiotic algae (Gabay et al., 2013). One possible explanation behind octocoral resilience could be the location inside the mesoglea of their sclerites with the surrounding tissues acting as a protective barrier (Gabay et al., 2014). A similar scenario has also been proposed for the organic layers protecting mollusc shells against dissolution (Rodolfo-Metalpa et al., 2011). From an ecological perspective, different tolerance to changing environmental conditions is of importance as it can determine which species will thrive or decline under future conditions, and cause profound changes in marine communities composition (Fabricius et al., 2011). And shifts from stony (more vulnerable) to soft coral (more resistant)-dominated environments have already been observed (Inoue et al., 2013).


Trends and gaps in fence ecology research

The typology we present above makes clear many important opportunities for future research, but other trends and gaps also became apparent in our review. The large number of studies we reviewed (446) belies a shallow and narrow understanding of the cumulative impacts of fences. The strong topical and geographical biases found in the published literature on fences mean that what is left to learn about fences far surpasses what is already known. It is likely that these trends reflect in part the identities and goals of fence researchers and not the actual proportional geographical and topical distribution of fence effects, and we discuss these trends in this light.

We call attention to five important sources of bias that characterize the literature on fences: a taxonomic bias (fence research has been focused on economically important game species, especially medium-size ungulates), a scale bias (disproportionately little attention in fence research has been paid to complex community and ecosystem-level processes), a geographic bias (fence research has primarily come from a few countries found in temperate regions with large rangelands), biases in the type of fence studied (much of our inference about the fences that stretch furthest—e.g., livestock fences—must be drawn from those that may be built quite differently—e.g., conservation fences), and biases in the relationship between study species and fence purpose (we know little about species for which fences were not designed).

Taxonomic biases

Large mammal species have received by far the most research attention of any taxon. More than half of the studies in our review considered mammals as their focal species (table 3). Within mammals, ungulates were the most common subcategory, with 124 of the 446 studies focused exclusively on ungulates of approximately 100 kilograms in mass, the largest such focal group within the studies reviewed. Some of the earliest studies that we reviewed considered how fences that were built to restrict the movements of domestic ungulates might have similar effects on wild ungulate movements (Spencer 1948, Bauer 1964, Tierson 1969, Messner and Dietz 1973). This question has continued to preoccupy research on fencing some of the most cited (Owens and Owens 1984, Whyte and Joubert 1988) and most recent studies (Jakes et al. 2018) that we reviewed have focused on effects of fences on wildlife movements. Taken together with the abundance of research on movement and distribution of species (table 2), these results suggest that much of the research on fencing has demonstrated that fences that effectively control livestock movements and distributions have similar effects on large mammalian wildlife species. This focus and outcome are not surprising considering the economic importance of such species as game animals and their physiological similarity to livestock species for which many fences have been built. Nevertheless, the range of fence studies we examined suggested a disproportionate emphasis on medium-size ungulates that has come at a cost to our understanding of fence-induced impacts on other species (table 3). In short, a large quantity of our knowledge about the ecological effects of fences tells us that fences restrict the movement and distributions of medium-size ungulates.


شاهد الفيديو: التنوع الحيوي.. ريم محمد الأزوري (كانون الثاني 2022).