معلومة

كيف يرتبط تنوع الأنواع مقابل الكتلة الحيوية الإجمالية للأرض؟

كيف يرتبط تنوع الأنواع مقابل الكتلة الحيوية الإجمالية للأرض؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل توجد أي قوانين / أسس نظرية حول كيفية ارتباط تنوع الأنواع بالكتلة الحيوية الكلية على الأرض؟

في حين أن هناك الكثير من الحديث الباطني حول "عدم توازن الإنسانية بين الحياة على الأرض" ، اعتقدت أن هناك رسميًا الحقائق الصعبة التالية (صححني إذا كنت مخطئًا):

  • الكتلة الحيوية للأنواع والأنواع البشرية التي نحتاجها (نباتات / ماشية إلخ) آخذة في الازدياد ؛

  • تنوع الأنواع آخذ في التناقص

لذلك يبدو وكأنه نوع من التغيير في النظام العالمي (صححني إذا كنت مخطئًا) ، ولكن كيف يناقشها علم الأحياء (في حال كان من الممكن صياغة استفساري علميًا بأي شكل من الأشكال)؟


أنا لا أعمل في علم البيئة ، لكن فكرتي الأولى هي أنني لن أتوقع أي علاقة على الإطلاق بين التنوع والكتلة الحيوية. تعني الكتلة الحيوية ببساطة الكتلة المشتركة لجميع أشكال الحياة على هذا الكوكب. إذا كانت تلك الكتلة تتكون من ماعز واحد شديد الدهون بحجم القمر ، أو أن عدة تريليونات من الكائنات الحية المختلفة لا تحدث فرقًا ، فالكتلة هي الكتلة.

الآن ، مما لا شك فيه أنه من الصحيح أن فقدان التنوع هو قضية ضخمة. ومع ذلك ، فإن الطريقة التي يعمل بها هذا عادة هي أننا نستبدل النظام البيئي المحلي بأنواعه المتعددة والمتنوعة بزراعة أحادية. على سبيل المثال ، تستحوذ الأعشاب مثل القمح والشعير على العالم. قد يؤدي تدمير غابة لزراعة القمح بسهولة إلى عدم حدوث تغيير صافٍ في الكتلة الحيوية أو حتى نتيجة إيجابية صافية ، ولكنه سيكون بالتأكيد خسارة كبيرة في تنوع النظام البيئي المحلي.

أخيرًا ، يعد البشر جزءًا صغيرًا جدًا من الكتلة الحيوية في العالم ، ويتكون معظمها من الحياة أحادية الخلية والنباتات والحشرات:

لاحظ أن المحاور في الصورة أعلاه لوغاريتمية. يمكنك الحصول على صورة أوضح ، ربما ، من هذا:

(تم التقاط كلتا الصورتين من Bar-On YM و Phillips R و Milo R. توزيع الكتلة الحيوية على الأرض, PNAS، 2018 19 يونيو ؛ 115 (25): 6506-6511. https://www.pnas.org/content/115/25/6506)

انظر كيف أن جميع الحيوانات ، ناهيك عن البشر ، هي مجرد جزء صغير من الصورة على اليمين؟ يمنحك هذا مؤشرًا واضحًا تمامًا عن مدى عدم ارتباطنا بالكتلة الحيوية العالمية. لذا ، نعم ، التنوع يتناقص بالفعل ، لكن لا يوجد سبب للاعتقاد بأن الكتلة المتراكمة للكائنات الحية ستنخفض ، فقط تنوع الكتلة المذكورة سوف ينخفض.


تقسيم المتخصصة

تفترض معظم حجج تقسيم الموارد المقترحة لشرح تنوع الأنواع أن البيئة غير متجانسة. التعايش ممكن لأن الأنواع لها متطلبات موارد مختلفة ومتخصصة للنجاح في أنواع رقعة معينة. يتم الحفاظ على التنوع من خلال وجود مجموعة من أنواع التصحيح. نظرًا لتحسن قدرتنا على قياس التباين البيئي وقياسه ، فقد طورنا دليلًا واضحًا على أن البيئة غير متجانسة فيما يتعلق بالموارد التي تعتبر بالغة الأهمية للنباتات. ومع ذلك ، لم نقم حتى الآن بتقييم نقدي إذا كانت درجة عدم التجانس التي سجلتها أدواتنا تمثل بيئة الموارد التي تدركها النباتات نفسها (بزاز ، 1996). على الرغم من عدم اليقين هذا ، يوجد الآن دليل واضح على أن الأنواع ، على نطاق واسع على الأقل ، تقسم نفسها على طول محاور الموارد. حددت الدراسات التي تربط الأنواع وتوزيعات # x27 بعوامل بيئية متعددة باستخدام تحليل التدرج المباشر أو غير المباشر العديد من محاور التخصص المتعلقة بالتربة ، على سبيل المثال ، يعمل R.H Whittaker & # x27s 1956 على الغطاء النباتي لجبال سموكي العظيمة. تدعم الأبحاث التي أُجريت على المجتمعات النباتية المُنتجة تجريبياً فكرة أن الأنواع يمكن تمييزها على طول محاور موارد التربة (انظر الدراسات التي تمت مناقشتها في Bazzaz ، 1996).

على الرغم من أن النباتات نفسها يمكن أن تؤثر على بيئتها المحلية وبالتالي تنتج عدم تجانس جوهري داخل المجتمع ، فإن الكثير من عدم تجانس الموارد المكانية ينتج عن عوامل خارجية ، وأكثرها شيوعًا هو الاضطراب. في الواقع ، يتم الحكم على الاضطراب من خلال التغيير في توافر الموارد وتصور هذا التغيير. تخلق أحداث الاضطراب عدم التجانس في توافر الموارد على نطاقات مكانية وزمنية متعددة ، ويمكن لهذه المقاييس المختلفة أن تسمح للأنواع بتقسيم البيئة بطرق أكثر. تم زيادة الوعي بأهمية أحداث الاضطراب لفهم الحفاظ على تنوع الأنواع النباتية عندما اقترح بيتر جروب (1977) أن سمات تجديد الأنواع يجب أن توفر محورًا حاسمًا للتمايز ، ما يسمى بمكان التجديد. ركز الكثير من الأبحاث حول التقسيم على طول محور التجديد هذا على التأثيرات واسعة النطاق لاضطراب المظلة ، ومعالجة الاختلافات في الظروف واستجابات النبات بين الفجوات والغابات المغلقة. يولد إنشاء الثغرات تنوعًا في بيئة الإضاءة وقد تم تطويره كعامل رئيسي في زيادة التنوع على مستوى المنصة. تم تحديد مجموعات واسعة من الأنواع النباتية التي تستجيب بشكل مشابه لتشكيل الفجوة (تتطلب الضوء مقابل تحمل الظل) في العديد من مجتمعات الغابات حيث يخلق التقسيم الطبقي للمظلة العمودية نطاقًا واسعًا من البيئات الدقيقة الخفيفة (وايتمور ، 1989). في الآونة الأخيرة ، تم استخدام تقنيات رياضية معقدة لتصنيف كل من الاستجابات الفسيولوجية والديموغرافية لشتلات الأشجار لتوفر الضوء بشكل أكثر دقة (انظر أوراق SORTIE لستيف باكالا وريتشارد كوبي وآخرين). وجد الكثير من هذا البحث في الأنواع & # x27 ردودًا على كمية الضوء الإجمالية تداخلًا كبيرًا في الاستجابة ، وأن الأنواع & # x27 تقسيم البيئة المكروية الخفيفة لا يكفي عادة لشرح الحفاظ على تنوع الأنواع ، لا سيما في المجتمعات التي بها أعداد كبيرة من التواجد المشترك الأنواع ، مثل الغابات المطيرة الاستوائية المنخفضة.

نشأت آلية إضافية للحفاظ على التنوع من فرضية تقسيم الفجوة ، التي طورها Ricklefs (1977) وطُبقت خصيصًا على الغابات الاستوائية المطيرة بواسطة Julie Denslow (1980). هنا ، تم اقتراح تباين على نطاق أدق في توافر الموارد عبر سلسلة الفجوة - الفرعية كآلية ممكنة للتعايش في مجتمعات متعددة الأنواع. لسوء الحظ ، لم يتم التحقق من صحة هذه الفرضية في الغابات الاستوائية المطيرة ، حيث نفتقر إلى فهم جيد للحفاظ على تنوع الأنواع. على النقيض من ذلك ، فإن العمل التجريبي الذي قام به تيم سايب وف. في الفجوات التي تم إنشاؤها تجريبياً في غابة هارفارد في وسط ماساتشوستس ، وجدنا اختلافات بيئية دقيقة واضحة بين الفجوات ذات الأحجام المختلفة (خاصة فيما يتعلق بالضوء). قارنا الاستجابات المورفولوجية والفسيولوجية لثلاثة من القيقب المتزامن (ايسر) لهذا الاختلاف الخفيف ووجدت دليلًا واضحًا على اختلاف الأنواع في استجابتها لحجم الفجوة. أظهرت العديد من متغيرات الاستجابة اختلافات كبيرة بين الفجوات الكبيرة والفجوات الصغيرة والمؤامرات الفرعية ، وغالبًا ما تتنوع هذه الاختلافات بين الأنواع ، مما يخلق أنواعًا مميزة وتفضيلات # x27 لبيئة فجوة المظلة (الشكل 4). لاحظنا أيضًا تباينًا كبيرًا في توافر الضوء بين أجزاء مختلفة من فجوات المظلة ، بسبب الاتجاهات الموسمية والنهارية في الأنماط الشمسية. ومع ذلك ، نادرًا ما ينعكس هذا الاختلاف في الاختلافات في الأنواع & # x27 الردود على الموقع داخل الفجوة.

الشكل 4. البقاء على قيد الحياة (أ) والنمو (ب) استجابات القيقب المخطط (أيسر pensylvanicum، مثلثات) ، القيقب الأحمر (أيسر ربروم، والدوائر) ، وسكر القيقب (أيسر سكاروم، المربعات) الشتلات لحجم فجوة المظلة. أعيد رسم البيانات من Sipe and Bazzaz (1994) ، علم البيئة 75، 2318-2332 ، وسيبي وبزاز (1995) ، علم البيئة 76, 1587–1602.


6: تنوع الأنواع

  • بمساهمة نورا بينوم
  • مدرس ونائب رئيس جامعة ديوك كونشان (قسم العلوم البيئية وسياسة أمبير) في جامعة ديوك

بالمعنى الدقيق للكلمة ، تنوع الأنواع هو عدد الأنواع المختلفة في منطقة معينة (ثراء الأنواع) مرجحًا ببعض مقاييس الوفرة مثل عدد الأفراد أو الكتلة الحيوية. ومع ذلك ، فمن الشائع لعلماء أحياء الحفظ التحدث عن تنوع الأنواع حتى عندما يشيرون في الواقع إلى ثراء الأنواع.

مقياس آخر لتنوع الأنواع هو تكافؤ الأنواع ، وهو الوفرة النسبية التي يمثل بها كل نوع في منطقة ما. نظام بيئي حيث يتم تمثيل جميع الأنواع بنفس العدد من الأفراد له توازن عالي في الأنواع. نظام بيئي حيث يتم تمثيل بعض الأنواع من قبل العديد من الأفراد ، ويتم تمثيل الأنواع الأخرى من قبل عدد قليل جدًا من الأفراد لديه نوع منخفض من التكافؤ. يوضح الجدول وفرة الأنواع (عدد الأفراد لكل هكتار) في ثلاثة أنظمة بيئية ويعطي مقاييس ثراء الأنواع (S) ، والتساوي (E) ، ومؤشر تنوع شانون (H).

  • (& rho_i ) هي نسبة العدد الإجمالي للعينات ii معبرًا عنها كنسبة من إجمالي عدد الأنواع لجميع الأنواع في النظام البيئي. يتم جمع ناتج (& rho_iln (& rho_i) ) لكل نوع في النظام البيئي ، وضربه في (& ناقص 1 ) لإعطاء (ح ). يتم حساب مؤشر تكافؤ الأنواع ( (E )) على النحو التالي (E = frac<>>).
  • (ح_) هي أقصى قيمة ممكنة لـ (H ) ، وتكافئ (ln (S) ). هكذا (E = frac)

انظر Gibbs et al. ، 1998: p157 and Beals et al. (2000) للمناقشة والأمثلة. يقدم Magurran (1988) أيضًا مناقشة لطرق القياس الكمي للتنوع.

في الجدول ، يُظهر النظام البيئي A أكبر تنوع من حيث ثراء الأنواع. ومع ذلك ، يمكن وصف النظام البيئي B بأنه أكثر ثراءً بقدر ما يتم تمثيل معظم الأنواع الموجودة بشكل متساوٍ بأعداد الأفراد وبالتالي تكون قيمة تكافؤ الأنواع (E) أكبر. يوضح هذا المثال أيضًا حالة غالبًا ما تُرى في النظم البيئية الاستوائية ، حيث يتسبب اضطراب النظام البيئي في جعل الأنواع غير الشائعة أقل شيوعًا ، وتصبح الأنواع الشائعة أكثر شيوعًا. قد ينتج عن اضطراب النظام البيئي B النظام البيئي C ، حيث أصبحت الأنواع غير الشائعة 3 أقل شيوعًا ، وأصبحت الأنواع الشائعة نسبيًا 1 أكثر شيوعًا. قد تكون هناك زيادة في عدد الأنواع في بعض النظم البيئية المضطربة ، ولكن ، كما هو مذكور أعلاه ، قد يحدث هذا مع انخفاض مصاحب في وفرة الأفراد أو الانقراض المحلي للأنواع النادرة.

من المحتمل أن يكون ثراء الأنواع وتساوي الأنواع أكثر المقاييس استخدامًا للتنوع البيولوجي الكلي للمنطقة. يتم وصف تنوع الأنواع أيضًا من حيث التنوع النشئي ، أو الارتباط التطوري للأنواع الموجودة في منطقة ما. على سبيل المثال ، قد تكون بعض المناطق غنية بالتصنيفات وثيقة الصلة ، بعد أن تطورت من سلف مشترك تم العثور عليه أيضًا في نفس المنطقة ، في حين قد تحتوي مناطق أخرى على مجموعة من الأنواع الأقل ارتباطًا والتي تنحدر من أسلاف مختلفة (انظر المزيد من التعليقات في قسم تنوع الأنواع كبديل للتنوع البيولوجي العالمي).

لحساب عدد الأنواع ، يجب علينا تحديد ما يشكل نوعًا ما. توجد عدة نظريات متنافسة أو & quot؛ مفاهيم & quot؛ (مايدن ، 1997). الأكثر قبولًا على نطاق واسع هو مفهوم الأنواع المورفولوجية ، ومفهوم الأنواع البيولوجية ، ومفهوم الأنواع التطورية.

على الرغم من أن مفهوم الأنواع المورفولوجية (MSC) قديم إلى حد كبير باعتباره تعريفًا نظريًا ، إلا أنه لا يزال مستخدمًا على نطاق واسع. وفقًا لهذا المفهوم: الأنواع هي أصغر المجموعات المتميزة باستمرار وثباتًا ، ويمكن تمييزها بالوسائل العادية. (كرونكويست ، 1978). بعبارة أخرى ، ينص مفهوم الأنواع المورفولوجية على أن & أنواع الحصص عبارة عن مجتمع ، أو عدد من المجتمعات ذات الصلة ، والتي تكون سماتها المورفولوجية المميزة ، في رأي أحد علماء النظام المختص ، محددة بما يكفي لتخويلها ، أو لهم ، اسم معين & quot ( ريجان ، 1926: 75).

ينص مفهوم الأنواع البيولوجية (BSC) ، كما وصفه Mayr و Ashlock (1991) ، على أن & amp ؛ أنواع الحصص هي مجموعة من المجموعات الطبيعية المتكاثرة التي يتم عزلها تكاثريًا عن المجموعات الأخرى المماثلة & quot.

وفقًا لمفهوم الأنواع التطورية (PSC) ، كما حدده Cracraft (1983) ، فإن الأنواع: & quot هي أصغر مجموعة قابلة للتشخيص من كائن حي فردي [أي أن مجموعة الكائنات الحية متميزة بشكل يمكن تحديده عن المجموعات الأخرى] التي يوجد بداخلها أحد الأبوين نمط النسب والنسب & quot. هذه المفاهيم ليست متطابقة ، ويوجد نقاش كبير حول مزايا وعيوب جميع مفاهيم الأنواع الموجودة (لمزيد من المناقشة ، انظر الوحدة الخاصة بالتطور الكلي: أساسيات علم اللاهوت النظامي والتصنيف).

في الممارسة العملية ، عادةً ما يقوم علماء النظام بتجميع العينات معًا وفقًا للسمات المشتركة (الجينية ، المورفولوجية ، الفسيولوجية). عندما تعرض مجموعتان أو أكثر مجموعات مختلفة من الشخصيات المشتركة ، وتتيح الأحرف المشتركة لكل مجموعة تمييز جميع أعضاء تلك المجموعة بسهولة نسبيًا وثابتًا عن أعضاء مجموعة أخرى ، فإن المجموعات تعتبر أنواعًا مختلفة. يعتمد هذا النهج على موضوعية مفهوم الأنواع التطورية (أي استخدام الخصائص الجوهرية والمشتركة لتعريف أو تشخيص نوع ما) وتطبيقه على التطبيق العملي لمفهوم الأنواع المورفولوجية ، من حيث فرز العينات إلى مجموعات (Kottelat ، 1995 ، 1997).

على الرغم من الاختلافات بينهما ، فإن جميع مفاهيم الأنواع تستند إلى فهم أن هناك معلمات تجعل من النوع كيانًا تطوريًا منفصلاً وقابلًا للتحديد. إذا أصبحت مجموعات الأنواع معزولة ، إما من خلال الاختلافات في توزيعها (أي العزلة الجغرافية) أو من خلال الاختلافات في بيولوجيا التكاثر (أي العزلة الإنجابية) ، فيمكن أن تتباعد ، مما يؤدي في النهاية إلى الانتواع. خلال هذه العملية ، نتوقع أن نرى مجموعات متميزة تمثل الأنواع الأولية - الأنواع في طور التكوين. قد يصف بعض الباحثين هذه الأنواع الفرعية أو فئة فرعية أخرى ، وفقًا لمفهوم الأنواع الذي يستخدمه هؤلاء الباحثون. ومع ذلك ، من الصعب للغاية تحديد ما إذا كان السكان مختلفين بشكل كافٍ عن السكان الآخرين لاستحقاق ترتيبهم كنوع فرعي. لهذه الأسباب ، قد تصبح الرتب دون النوعية ودون الخاصة قرارات ذاتية للغاية لدرجة التمايز بين مجموعات الكائنات الحية (Kottelat ، 1997).

يتم تعريف الوحدة التطورية المهمة (ESU) ، في بيولوجيا الحفظ ، على أنها مجموعة من الكائنات الحية التي خضعت لاختلاف جيني كبير من مجموعات أخرى من نفس النوع. وفقًا لرايدر ، يتطلب تحديد وحدات ESU لعام 1986 استخدام معلومات التاريخ الطبيعي ، وبيانات النطاق والتوزيع ، والنتائج من تحليلات المقاييس الشكلية ، وعلم الوراثة الخلوية ، والألوزيمات ، والحمض النووي النووي والميتوكوندريا. من الناحية العملية ، تعتمد العديد من وحدات ESU على مجموعة فرعية فقط من مصادر البيانات هذه. ومع ذلك ، من الضروري مقارنة البيانات من مصادر مختلفة (على سبيل المثال ، تحليلات التوزيع ، والقياسات الشكلية ، والحمض النووي) عند تحديد حالة وحدات ESU. إذا كانت وحدات ESU مبنية على مجموعات سكانية متعاطفة أو متداخلة ، فمن المهم بشكل خاص تقديم دليل على وجود مسافة وراثية كبيرة بين هؤلاء السكان.

تعد وحدات ESU مهمة لإدارة الحفظ لأنها يمكن استخدامها لتحديد المكونات المنفصلة للإرث التطوري للأنواع التي تتطلب إجراءات الحفظ. ومع ذلك ، من الناحية التطورية وبالتالي في العديد من الدراسات المنهجية ، يتم التعرف على الأنواع على أنها الحد الأدنى من الوحدات المحددة للتنوع البيولوجي فوق مستوى كائن حي واحد (Kottelat ، 1997). وبالتالي ، هناك عمومًا معلومات أكثر منهجية متاحة لتنوع الأنواع مقارنة بالفئات الفرعية وللوحدات ESU. وبالتالي ، يتم استخدام تقديرات تنوع الأنواع بشكل متكرر كمقياس معياري للتنوع البيولوجي الشامل للمنطقة.

تايسون الاسم الشائع للصنف عدد الأنواع الموصوفة * N كنسبة مئوية من إجمالي عدد الأنواع الموصوفة *
بكتيريا البكتيريا الحقيقية 9021 0.5
العتيقة بدائيات 259 0.01
بريوفيتا الطحالب 15000 0.9
ليكوبوديوفيتا نادي الطحالب 1275 0.07
فيليكوفيتا السرخس 9500 0.5
الصنوبرية الصنوبريات 601 0.03
Magnoliophyta نباتات مزدهرة 233885 13.4
الفطريات الفطريات 100800 5.8
& quotPorifera & quot الإسفنج 10000 0.6
القراصات الكائنات المجوفة 9000 0.5
روتيفيرا الروتيفر 1800 0.1
الديدان المسطحة الديدان المفلطحة 13780 0.8
مولوسكا الرخويات 117495 6.7
أنليدا الديدان العلقية 14360 0.8
نيماتودا الديدان الخيطية 20000 1.1
العناكب المفصليات 74445 4.3
قشريات القشريات 38839 2.2
إنسيكتا الحشرات 827875 47.4
شوكيات الجلد شوكيات الجلد 6000 0.3
الغضروفية أسماك غضروفية 846 0.05
الأكتينوبتيرجي أسماك عظمية شعاعية الزعانف 23712 1.4
ليسامفيبيا البرمائيات الحية 4975 0.3
Mammalia الثدييات 4496 0.3
كلونيا السلاحف الحية 290 0.02
سكواماتا السحالي والثعابين 6850 0.4
أفيس الطيور 9672 0.6
آخر 193075 11.0

الجدول ( فهرس الصفحة <1> ) : الأرقام المقدرة للأنواع الموصوفة ، بناءً على Lecointre و Guyader (2001) * يفترض أن إجمالي عدد الأنواع الموصوفة هو 1.747.851. هذا الرقم وأعداد الأنواع الخاصة بالأصناف مأخوذة من LeCointre و Guyader (2001).


ما هو الفرق بين تنوع الأنواع وثراء الأنواع؟

تنوع الأنواع هو قياس ثراء الأنواع وتساوي الأنواع. ثراء الأنواع هو عدد الأنواع.

تفسير:

ثراء الأنواع هو عدد الأنواع الموجودة في المجتمع أو النظام البيئي.

تنوع الأنواع هو قياس ثراء الأنواع جنبًا إلى جنب مع التكافؤ ، مما يعني أنه لا يأخذ في الاعتبار عدد الأنواع الموجودة فحسب ، بل أيضًا مدى توزيع أعداد كل نوع بالتساوي.

على سبيل المثال ، إذا كان لدى كل مجتمعين خمسة أنواع ، فإن ثراء الأنواع سيكون خمسة لكلا المجتمعين. إذا كان المجتمع الأول يضم 100 فرد وكان 80 منهم جميعًا نوعًا واحدًا ، فلن يكون هذا مجتمعًا بتوزيع متساوٍ للغاية. إذا كان المجتمع الثاني يضم 100 فرد ، 20 فردًا ينتمون إلى كل نوع من الأنواع الخمسة ، فسيتم توزيع هذا المجتمع بالتساوي. نظرًا لأنه تم توزيعه بشكل متساوٍ ، فسيكون لدى المجتمع الثاني تنوع أكبر في الأنواع.

في الصورة أدناه ، قد يكون لدى المجتمع تنوع أكبر في الأنواع لأن انتشار الأنواع أكثر تكافؤًا.


أي شكل من أشكال الحياة يهيمن على الأرض؟

ما الكائن الحي الذي كان له التأثير الأكبر على الكوكب؟

نحن البشر نميل إلى افتراض أننا نحكم الأرض. من خلال أدواتنا المتقدمة ، واللغة ، وحل المشكلات ، والمهارات الاجتماعية ، وحالة المفترس الأعلى لدينا ، نود أن نفكر في أنفسنا على أننا الشكل المهيمن للحياة على هذا الكوكب.

هناك كائنات أكثر عددًا بشكل ملحوظ ، وتغطي مساحة أكبر من سطح الأرض ورسكووس وتشكل المزيد من الكتلة الحيوية الحية أكثر منا. لدينا بالتأكيد تأثيرات كبيرة في معظم أنحاء العالم وعلى سكانه الآخرين.

ولكن هل هناك كائنات حية أخرى لها تأثيرات أكبر وأكثر أهمية بهدوء؟ من أو ما هو المسؤول حقًا؟

إذا كانت الهيمنة على العالم عبارة عن لعبة أرقام ، فبإمكان القليل أن يقارن مع ذيل الربيع الصغير ذي الأرجل الستة ، مثل الروبيان ، أو Collembola. يتراوح طولها من 0.25 إلى 10 مم ، وعادة ما يوجد حوالي 10000 لكل متر مربع من التربة ، وترتفع إلى 200000 لكل متر مربع في بعض الأماكن. يمكن العثور على 6000 نوع معروف من هذه المفصليات عديمة الأجنحة في جميع أنواع الموائل في جميع أنحاء العالم ، من الشواطئ والمنحدرات إلى القطب الجنوبي وأعلى سلاسل الجبال على الأرض.

& ldquo على مدرج المطار ، قد تحتاج إلى النزول بضع بوصات ، ولكن في أي مكان تذهب إليه على سطح الأرض ، أود أن أضع المال على أنه يوجد زنبركات تحت قدميك ، ويقول الدكتور بيتر شو ، عالم الحيوان في جامعة روهامبتون ، المملكة المتحدة ، و مسجل المملكة المتحدة ل Collembola.

يتحكم النمل في كل ملليمتر من سطح الأرض و rsquos

سميت ذيل الربيع بهذا الاسم لأن تلك التي تعيش على الأسطح لديها عضو ينبض يسمى فوركا على الجوانب السفلية من بطونهم. نفض الغبار عن هذا العضو يسمح لهم بالقفز حتى 10 سم للهروب من الحيوانات المفترسة. على الرغم من أنها تشترك في نفس الاسم ، إلا أن ذيل الربيع الذي يعيش في التربة لا يحتوي على الفراء. الميزة المميزة للمجموعة و rsquos هي أن لديهم جميعًا أنبوبًا على بطونهم يستخدمونه لامتصاص الماء ويمكن من خلاله إخراج مادة لزجة لمساعدتهم على الالتصاق بالأسطح.

إلى جانب الفطريات ، تعمل ذيل الربيع على تسريع إعادة تدوير النباتات الميتة إلى مغذيات قابلة لإعادة الاستخدام. تختلف أهميتها في هذه العملية على نطاق واسع وفقًا للموائل ووجود أو عدم وجود مُحلِّلات أخرى مثل ديدان الأرض. لكن بعض التقديرات تشير إلى أنها مسؤولة عن ما يصل إلى 20٪ من تحلل القمامة في بعض الأماكن.

كانت ذيل الربيع توصف بأنها أكثر الحشرات وفرة على وجه الأرض. ومع ذلك ، فإن تحليل الحمض النووي الذي تم إجراؤه منذ حوالي 15 عامًا وجد أنهم في الواقع أقارب للحشرات.

يلعب النمل أداءً جيدًا في لعبة الأرقام أيضًا ، حيث تتراوح تقديرات عدد سكانه في العالم من 10000 تريليون إلى كوادريليون (مليون تريليون). في حين أن عد النمل صعب ويمكن أن تكون هذه التقديرات قليلة من خلال عدد قليل من الأصفار ، فمن الآمن أن نقول أن النمل هو أكثر الحشرات عددًا في العالم.

على الرغم من تفوقها عددًا من قبل الربيع ، إلا أنها تتمتع بسلطات أكبر بكثير وأكثر تنوعًا للتأثير على البيئات التي يعيشون فيها.

& ldquo يتحكم النمل في كل ملليمتر من سطح الأرض و rsquos أينما كانوا ، وهو معظم الأماكن ، ويقول مارك موفيت ، عالم الحشرات في معهد سميثسونيان في واشنطن العاصمة ، الولايات المتحدة ، والذي نشر في عام 2011 كتابًا بعنوان Adventures بين النمل. & ldquo تتم إدارة هذه المناطق بشكل دقيق بواسطة النمل ، حيث تقوم بتغيير أو إزالة الأشياء حتى على المستوى الميكروبي لصالحهم. & rdquo

قُدرت الكتلة الحيوية للنباتات على الأرض بحوالي 1000 ضعف الكتلة الحيوية للحيوانات

يمارس النمل سيطرته في مجموعة واسعة من الطرق المبتكرة ، من تحريك المزيد من الأرض أكثر من ديدان الأرض ، وإزالة موتاهم للحد من انتشار المرض وشن الحروب. يقوم النمل القاطع للأوراق بفطريات المزرعة كمصدر للغذاء ويستخدم مبيدًا جرثوميًا مرتبطًا بالبنسلين لتحسين إنتاجية مزارعهم ، بينما يحتفظ النمل الراعي بقطعان المن حتى يتمكنوا من حلبها للحصول على مادة سكرية تسمى ندى العسل.

من بين 14000 نوع أو نحو ذلك من أنواع النمل المعروفة ، فإن أكثر الأنواع استبدادًا وعدوانية هي تلك التي تكيفت جيدًا بحيث تكون قادرة على التحرك بحرية في جميع أنحاء العالم لتشكيل مستعمرات عملاقة من مليارات الأفراد ، مما يتيح لها مواجهة أعداء أكبر بكثير وضربهم. .

الخنافس هي مجموعة الكائنات الحية الأكثر سيطرة وغنية بالأنواع

انتشر أحد هذه الأنواع ، وهو النمل الأرجنتيني ، من أصوله في أمريكا الجنوبية إلى كل القارات باستثناء القارة القطبية الجنوبية. يمكن أن تنمو بسرعة خاصة لأن الملكات تتسامح مع الأميرات الخصبة اللواتي يعملن كمربيات إضافية. إنهم ينشرون القوة الغاشمة من الأعداد والقسوة واستراتيجيات الحرب المتقدمة لمنافسين مفرطين وأنواع حيوانية أخرى ونباتات محلية ، وأنشأوا مستعمرات عظمى تمتد حتى 6000 كيلومتر على طول سواحل البحر الأبيض المتوسط ​​، وكاليفورنيا في الولايات المتحدة ، و غرب اليابان.

ولكن بعد ذلك ربما يمكن لبعض الأشياء الكبيرة أن تهيمن على الكثير من الأشياء الصغيرة بطرق أقل وضوحًا ولكن أكثر جوهرية.

إذا تركنا البكتيريا جانباً ، فقد قدرت الكتلة الحيوية للنباتات على الأرض بحوالي 1000 مرة من الحيوانات. وبينما قد تكون أشكال الحياة الأخرى أكثر عددًا بشكل فردي ، أو أكثر حزماً بشكل واضح أو أكثر تنوعًا ، فإن الغالبية العظمى لا يمكن أن توجد بدون الأكسجين الذي توفره النباتات من خلال عملية التمثيل الضوئي.

تشكل نباتات كاسيات البذور ، أو النباتات المزهرة ، حوالي 90٪ من جميع أنواع النباتات. إنها تغطي نسبة كبيرة من الأرض و rsquos ، وتمثل كتلة حيوية أكبر بكثير من الحيوانات الأرضية وتوفر المسح الهيكلي للغالبية العظمى من الأنظمة البيئية القائمة على الأرض.

& ldquo إن الطريقة التي يتم بها تنظيم الصحراء بشكل مختلف عن الغابات الاستوائية المطيرة أو الحديقة المحلية الخاصة بك تعود إلى الطريقة التي تقسم بها النباتات المزهرة تلك المساحات الخاصة ، كما يقول ساندي كناب ، رئيس النباتات ، في متحف التاريخ الطبيعي في لندن ، المملكة المتحدة. & ldquo توفر أماكن لتذهب الحشرات ، والمساحة التي تتطور فيها الأشياء الأخرى وتتغير.

ثم مرة أخرى ، ربما تكون الهيمنة على العالم مسألة تنوع وتخصص.

قام العلماء حتى الآن بتسمية حوالي 400000 نوع من الخنافس ، مما يعني أنها تشكل ما بين واحد من كل خمسة وواحد من كل ثلاثة أنواع من أشكال الحياة الموصوفة ، اعتمادًا على أي من الأرقام المختلفة لإجمالي عدد الأنواع التي تعتقد. لقد أصبحوا ناجحين من خلال التطور لأداء أدوار محددة للغاية ، مثل تلقيح أشجار معينة أو التغذية على روث حيوانات معينة.

Wolbachia منتشر للغاية ومراوغ

& ldquo تعتبر الخنافس أكثر مجموعة الكائنات الحية هيمنة وغنية بالأنواع في النظم البيئية الأرضية ، كما يقول ماكس باركلي ، مدير مجموعة الخنافس في متحف التاريخ الطبيعي في لندن. & ldquo لقد قسموا العالم إلى أجزاء صغيرة جدًا للتخصص في وظائفهم المختلفة ، وتمكنوا من التعايش دون التنافس مع بعضهم البعض. & rdquo

ليست فقط قدرتها على التكيف وتنوعها هي التي تضع الخنافس في القائمة المختصرة. لديهم أيضًا أدوارًا محورية في معظم النظم البيئية ، حيث يطلقون العناصر الغذائية التي تتوفر بعد ذلك لأشكال الحياة الأخرى ، عن طريق تكسير الخشب والروث ، على سبيل المثال. إذا كانت الحشرات - التي 40٪ من الأنواع منها خنافس - لم تكن تدور ، على سبيل المثال ، فإن معظم النباتات لن يتم تلقيحها وبالتالي لن تكون على وشك توليد الأكسجين.

تعتبر السوس مثالًا جيدًا بشكل خاص على أهمية الخنافس ، وقد يقول البعض إنها هيمنتها.

مع وجود أفواههم على نهايات الخطوم الطويلة ، يمكنهم حفر ثقوب في النباتات ، حيث يقومون بإيداع بيضهم من خلال جهاز خاص للبيض ، أو أنبوب وضع البيض. هذا يحمي يرقاتهم ويمنحهم مصدرًا منفصلاً للغذاء عن البالغين حتى لا يكونوا في منافسة. ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنباتات معينة ، مما يمنحها أدوارًا مهمة بشكل خاص داخل النظم البيئية. مع وجود حوالي 60.000 نوع في عدد من العائلات ، فهي أيضًا شديدة التنوع والمتخصصة ، حتى بالنسبة لعائلة من الخنافس.

حتى الآن تتمحور حول الإنسان. لو كان على قيد الحياة اليوم ويقرأ هذا المقال ، من المحتمل أن يحتج العالم الأمريكي ومؤلف العلوم الشهير ستيفن جاي جولد على أننا فقدنا حتى الآن شكلاً من أشكال الحياة التي أثبتت أنها أكثر قابلية للتكيف ، وغير قابلة للتدمير ومتنوعة بشكل مذهل.

كتب غولد: نحن نعيش في عصر البكتيريا.

Wolbachia تقدم مثالًا جيدًا بشكل خاص على هيمنة البكتيريا تحت الرادار. منتشر للغاية ومراوغ ، يعيشون داخل خلايا حوالي ثلثي الحشرات ومفصليات الأرجل الأخرى ، مثل العناكب والعث. يمكنهم المرور بين الأنواع.

ومع ذلك ، فإن الطريقة الرئيسية لانتقالها هي من خلال بيض الإناث المضيفة.

لا شيء ينافسهم من حيث هيمنتهم

ويمارسون هيمنتهم عن طريق العبث بتكاثر كل حيوان يصيبونه تقريبًا ، مما يتسبب في تغيير بعض الأنواع جنسها ، وقتل الذكور ، وتغيير حيواناتهم المنوية. وبذلك ، فقد أثروا بدورهم على بقاء وتطور آلاف الأنواع الأخرى.

عادةً ما تكون طفيليات ، وقد أدت مجموعة طرقها غير العادية للتلاعب بمضيفيها ، عادةً لتفضيل الإناث على الذكور لمصلحتهم ، بعض العلماء إلى وصفهم بـ & ldquoHerod Bug & rdquo ، بعد الملك التوراتي بدماء آلاف الأطفال الذكور على يديه.

بالنسبة للمبتدئين بعض Wolbachia يمكن أن تحدث تغييرات لتحويل ذكور الفراشات وقمل الخشب والقشريات إلى إناث ، وبالتالي مضاعفة فرص انتقالها. وللسبب نفسه ، يمكنهم أيضًا إحداث تغييرات في الكروموسومات تسمح لإناث بعض النحل والدبابير والنمل باستنساخ نفسها ، والتكاثر دون الحاجة للذكور ، والتخصيب عن طريق الحيوانات المنوية.

ثم هناك قدراتهم على قتل الذكور. أثبت البحث الذي أجراه جريج هيرست ، أستاذ علم الأحياء التطوري بجامعة ليفربول بالمملكة المتحدة ، ذلك Wolbachia يمكن أن يؤدي إلى موت بعض ذكور الدعسوقة والفراشة في الأنواع التي توجد فيها منافسة قوية على الموارد بين الأشقاء الصغار. تصبح الإناث أقوى ، وبتناول أشقائها المتوفين تكون أكثر قدرة على المساعدة في نشر البكتيريا.

Wolbachia لديه قدرة ماكرة أخرى - يمكنه تعديل الحيوانات المنوية للذكور المصابين. هذا يعني أن ذكر بعوضة مصابة ، على سبيل المثال ، لا يمكن أن يكون لها ذرية قابلة للحياة إلا إذا كانت تتزاوج مع أنثى مصابة بنفس سلالة الولباخيا.

البكتيريا الزرقاء هي أهم وأنجح الكائنات الحية الدقيقة على وجه الأرض

علاوة على ذلك ، يمكن للحشرات والمفصليات الأخرى التقاط الجينات من البكتيريا ، مما قد يؤدي إلى تسريع عملية ظهور أنواع جديدة ، من خلال النقل الجانبي للجينات.

& ldquoWolbachia يمكن ، من خلال الطريقة التي يتلاعبون بها ويغيرون مضيفيهم ، أن يكونوا محركات للتغيير التطوري في العديد من الأنواع ، كما يقول جون ويرن ، أستاذ علم الأحياء في جامعة روتشستر ، نيويورك ، الولايات المتحدة.

إن وجودهم في العديد من الحشرات والمفصليات الأخرى ، وقدرتهم على التلاعب بمضيفيهم لصالحهم ، بطرق ربما تكون قد خلقت عدة آلاف من الأنواع الجديدة ، يجعل Wolbachia مرشحًا رائدًا لأشكال الحياة الأكثر شيوعًا في العالم.

& ldquoI & rsquom مريحة إلى حد ما في القول بقدر ما تذهب البكتيريا داخل الخلايا ، وبقدر ما تذهب البكتيريا الأرضية ، لا شيء يتنافس معها من حيث هيمنتها ، & rdquo يضيف Werren.

لكن بالطبع هناك ما هو أكثر على الأرض مما يحدث على الأرض. وليس كل ما يصنع الأكسجين نباتًا.

في الواقع ، قبل أن تتطور البكتيريا الزرقاء كأول كائنات حية ضوئية منذ أكثر من 2.5 مليار سنة ، كان الغلاف الجوي يحتوي على كمية قليلة جدًا من الأكسجين. أرسى هذا التغيير في الغلاف الجوي الغني بالأكسجين أسس التنوع البيولوجي الذي نراه على الأرض اليوم.

إذا نظرت لأعلى ولأسفل في أحجام الكائنات الحية ، فإن الميكروبات تهيمن على نطاقها ، والبشر يسيطرون على نطاقهم ، ويميل النمل إلى السيطرة على الأشياء الواقعة بينهما.

تشكل البكتيريا الزرقاء سلاسل متحركة من الخلايا يمكن أن تنفصل عن مستعمراتها لتكوين خلايا جديدة. يمكن العثور عليها في جميع الموائل المائية والبرية تقريبًا ، حيث تعيش داخل الأشنات والنباتات والحيوانات ، فضلاً عن تكوين أزهار زرقاء وخضراء عملاقة مرئية في المحيطات.

بصرف النظر عن توليد الأكسجين ، يأتي دورها المحوري الآخر من قدرتها على تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى نترات عضوية أو أمونيا ، والتي تحتاجها النباتات للحصول عليها من التربة لتنمو.

أدت هذه الأدوار في تثبيت النيتروجين وفي عملية التمثيل الضوئي المبكرة ، فضلاً عن انتشارها في كل مكان في الموائل ، إلى دفع العلماء مثل إيان ستيوارت من جامعة كوينزلاند بأستراليا وإيان فالكونر من جامعة أديلايد بأستراليا إلى المجادلة بأن البكتيريا الزرقاء مثل داء المشعرات. هي أهم وأنجح الكائنات الحية الدقيقة على وجه الأرض.

حتى هذه النظرة السريعة على حفنة من أشكال الحياة من زوايا متباينة من شجرة الحياة تكشف أنه من الأسهل الحديث عن أن الكائنات الحية أكثر هيمنة أو لها تأثيرات أكبر على مستويات فيزيائية مختلفة.

& ldquo إذا نظرت لأعلى ولأسفل في أحجام الكائنات الحية ، فإن الميكروبات تهيمن على نطاقها ، ويهيمن البشر على نطاقهم ، ويميل النمل إلى السيطرة على الأشياء الواقعة بينهما ، كما يقول موفيت.

إلى جانب حساب الأرقام الفردية والوزن وغطاء المساحة ، يختلف تعريف الهيمنة على أنها تأثير على أشكال الحياة الأخرى وبيئتها وفقًا لأولويات أولئك الذين يحددون المصطلحات. & ldquo مدى جودة مقياس معين يعتمد على السؤال الذي تطرحه ، & rdquo يقول Knapp.

قد يبدو النمل مهيمنًا جدًا إذا كان قد دمر أو دمر محاصيلك للتو ، على سبيل المثال ، لكنهم لن يتمكنوا من الوصول بعيدًا بدون الأكسجين الذي توفره النباتات. كانت النباتات قادرة على استعمار الأرض كما فعلت قبل حوالي 470 مليون سنة بدون الفطريات التي تساعد على تعزيز امتصاص الكربون الضوئي وتسهيل تكاثرها.

في هذه الأثناء ، لم تكن الفطريات لتكتسب أدوارها المحورية في معظم النظم البيئية في العالم بدون العلاقات التكافلية العديدة والمتنوعة التي تشكلها مع الحيوانات والنباتات والميكروبات.

&ldquoIt&rsquos a little like trying to work out whether a famous soccer player or a basketball player is more dominant,&rdquo says Werren.

While efforts to claim top dog status for any single life form will always founder on questions of definitions, what such discussions surely highlight is the complex interdependency that exists between the millions of different species of life on Earth.

&ldquoAsking which group of organisms is the most important is a bit like asking which of four pillars holding up a house is most important,&rdquo adds Knapp. &ldquoIf you took any of them away the whole thing would fall over.&rdquo


What is Species Richness?

Species richness is the number of different species found in a given ecosystem, region or a particular area. Species richness is the most common type of biodiversity index. It simply counts the number of different kinds of species present in a particular area or the sampling area. The size of the sample should be decided correctly according to the sampling guidelines and should represent a big area or a large population. When the number of species in a particular location is high, this means the sample has higher species richness. When the number of species counted is low, it indicates the low species richness. The number of individuals of each species is not included into species richness. It does not also account for the abundances of the species or their relative abundance distributions

Species richness is an important index when thinking about conservation of a given habitat to decide what level of conservation measures need to be taken.

Figure 01: Different species in a particular location


Primary Productivity

Primary productivity (PP) is defined as the rate of energy or mass storage in organic matter of plants per unit surface area of the earth. In terrestrial ecosystems PP is conventionally divided into two components: 1) gross primary productivity (GPP) is the amount of organic material synthesized by plants per unit ground area per unit time, and 2) net primary productivity (NPP) is the amount of this organic material that remains after respiratory consumption of organic matter by the plants (Rأ). All heterotrophic organisms rely on NPP for their food requirements. In forests, Clark et al. (2001) emphasized that a working definition of NPP for actual measurements must be adapted from the formal definition (above) because direct measurements of GPP and Rأ are not possible and accounting for a variety of other losses of organic material from plant tissues during a measurement interval also can be challenging. In theory NPP could be quantified as:

Biomass Components

Total aboveground biomass

Total belowground biomass

Total plant biomass

Production Components

g/m 2 -yr (1997)

where ∆B is net change in biomass and M, H, L, and V are losses of organic matter from plant tissues owing to mortality, herbivory, leaching and volatilization, respectively. The reason that we must add loss terms like mortality to ∆B when calculating forest NPP is illustrated by the case where ∆B=0: if live biomass doesn’t change over a time interval during which losses of organic material are occurring, then the plants must have added new organic material to replace those losses. Thus, the loss terms would be equal to this new production. To estimate forest NPP at Hubbard Brook we quantify changes in live tree biomass using the allometric equations (described above) and we estimate the principal loss terms, tree mortality and mortality of ephemeral tissues (leaves and fine roots). Some of the other loss terms in Equation 1 also have been measured at Hubbard Brook. Although H, L and V usually comprise a relatively small proportion of aboveground NPP (ANPP), herbivory can be substantial during rare irruptions of defoliating insects. For example, during the peak year of a 3-yr irruption of a defoliating caterpillar (Heterocampa guttivita) about 44% of leaf tissue was consumed in the hardwood forest at HBEF, with local patches of 100% defoliation (Holmes and Sturges 1975). Finally, loss terms for belowground NPP (BNPP) are notoriously difficult to measure and can comprise a substantial portion of NPP that is particularly sensitive to environmental changes, climate, atmospheric CO2 and soil fertility.

The first estimates of ANPP of the Hubbard Brook forest were calculated in the 1960s by Whittaker et al. (1974). At that time the forest on W6 was about 50 yrs old and ANPP was estimated at 924 g/m 2 -yr. Since that time ANPP has declined considerably Fahey et al. (2005) estimated ANPP of the same forest at age ca. 90 yrs to be 708 g/m 2 -yr (Table 1). Roughly half of this total was associated with increment of woody tissue and half with replacement of ephemeral tissue (mostly foliage). The ANPP of the northern hardwood forest at Hubbard Brook is similar to a variety of other mature ايسر-dominated forests worldwide (Table 2).

Belowground production (BNPP) includes the growth of perennial woody roots, the replacement of ephemeral fine roots as well as organic matter allocated to mycorrhizal fungi and other rhizosphere fluxes (e.g. root exudation). Direct observations of fine roots at Hubbard Brook using minirhizotrons indicate that most of the smallest first-and second-order roots have lifespans of about one year while higher order (order 3-4) roots live for several years (Tierney and Fahey 2001). On the basis of these observations fine root (< 1mm) production has been estimated at 182 g/m 2 -yr, considerably lower than the production of aboveground ephemeral tissues (342 g/m 2 yr Table 2). However, total rhizosphere C flux has been estimated to be as high as 160 g/m2-yr (Fahey et al. 2005) so that BNPP may comprise as much as 37% of total forest NPP (Table 1).


Figure 3. Spatial pattern of estimated aboveground net primary productivity across the Hubbard Brook valley for 1990-1995.The interpolations are based on 370 plots for which diameter growth of all trees (> 10 cm DBH) was measured. Error estimates are given in the text. (Fahey et al., 2005).

The spatial pattern of ANPP of the Hubbard Brook forest generally reflects that of biomass (compare Figure 2 vs. 3).

For example, 42% of the variation in woody biomass production is explained by aboveground biomass across the 370 plots represented in Figure 2 and 3. The most notable decoupling between biomass and productivity is for fir-birch-spruce dominated stands at the upper elevations, where the production:biomass ratio is notably higher than elsewhere in the HB valley. The temporal pattern of NPP following large-scale disturbance follows the usual pattern of increase to a peak value after a few decades, followed by decline at greater ages. Such an age-related decline in NPP appears to be virtually universal in all forests (Ryan et al. 1997) and has been attributed to a wide range of causes. These temporal and spatial patterns beg the basic question: what limits NPP in the Hubbard Brook forest?

In general, forest NPP is limited by a variety of environmental conditions (e.g., temperature) and resources. In the cold temperate climate of the Northeast the short growing season during which temperatures are suitable for plant growth (i.e., the frost-free season averages 145 d Bailey et al. 2003) is a fundamental constraint on NPP. Temperature limitations contribute to both temporal and spatial variation in NPP at Hubbard Brook. For example, the time interval between leaf out and senescence for the broadleaf deciduous trees varies by about 30 d across years at HBEF (ca. 125-155 d Bailey et al. 2003), and the range of this index of growing season length across elevation (480-820 m) at Hubbard Brook is about 21 days. According to the simulation model PnET about 25% of annual variation in GPP can be explained by growing season length however, plant respiration also is greater in years with long, warm seasons, so that the effect on NPP is much lower (e.g., only 6% of annual in net photosynthesis is explained by growing season length Figure 4).


Figure 4. The effect of growing season length on simulated primary productivity using the model PnET-II (Aber et al. 1995) parameterized for a northern hardwood forest at the HBEF. Leaf area duration (LAIMo) represents the product of daily estimated forest LAI and monthly time intervals for each year. (Fahey et al., 2005).

Another atmospheric condition that limits forest NPP is atmospheric CO2 concentration as demonstrated in free-air CO2 enrichment (FACE) studies in several forests (Norby et al. 2005). Although FACE experiments have not been conducted at HBEF, we have used the PnET model to evaluate possible effects of rising CO2 on NPP, independent of climate change effects. One key effect of rising atmospheric CO2 concentration on forest physiology is to allow greater stomatal control over water loss. Water-use efficiency (WUE) is defined as the ratio of plant photosynthesis per unit water loss by transpiration. Recent measurements indicate that the WUE of northeastern U.S. forests has risen steadily with atmospheric CO2 over the past two decades (Keenan et al. 2013), probably explaining the unexpected observation that declining actual evapotranspiration from the HB watersheds has accompanied rising temperatures (see Climate Change chapter)

The water-use efficiency result emphasizes that soil resource availability serves as an important constraint on forest NPP. Although precipitation is moderately high at HBEF and evenly distributed through the year, soil moisture deficits and drought stress occur occasionally. The dominant tree species are drought avoiders that close their stomata at relatively high soil water potential, thereby reducing potential damage but restricting photosynthetic C gain (Federer 1977). Notably, regional climate warming, which in the absence of CO2-induced increases in WUE would promote higher water loss by the trees, has been accompanied by increasing annual precipitation (see Climate Change chapter)

The role of soil fertility in limiting NPP of northern hardwood forests has received considerable study over the years. Based on a recent meta-analysis of forest fertilization studies, Vadeboncoeur (2010) concluded that NPP of most young northern hardwood forests (e.g. < 30 yr) responded to the addition of N, P, K or Ca or various combinations, with primary limitation by N being most common. Evidence for nutrient limitation of NPP in mature forests was mixed. Recent results from an ongoing N x P nutrient amendment experiment in and around HBEF suggest that P limitation may be widespread in mature northern hardwood forests.

The effects of natural variation in soil nutrient availability on biomass accumulation and NPP of the Hubbard Brook forest have been modified by inputs of pollutants derived from human activity: acid precipitation and nitrogen deposition. Although direct evidence that N deposition has altered NPP of the mature forest is scant, reduction of NPP owing to depletion of soil base cations by acid deposition has been shown conclusively in the Ca remediation experiment on W1 at HBEF(Battles et al. 2013). As noted earlier, the unexpected plateau in forest biomass on W6 is explained in part by this effect. Specifically, soil Ca depletion has limited biomass accumulation primarily by causing decline of the dominant species, sugar maple, which is particularly sensitive to low soil Ca availability (Long et al. 2009). Crown deterioration and reduced LAI of sugar maple, attributed to soil Ca depletion, has contributed to the relatively low ANPP and biomass accumulation on W6 (Battles et al. 2014). In addition to reduced net photosynthesis owing to LAI loss, higher costs of wound repair and plant defense accompany the impaired Ca nutrition of sugar maple in the reference forest (Huggett et al. 2007 Halman et al. 2015). As detailed by Tominaga et al. (2010), recovery of soil base cation status is expected to be delayed in the immediate future because of the high magnitude of 20 th century losses and continuing acid deposition (albeit at lower levels).


شكل. 5. ANPP for three elevational zones of W2 (open diamond, lower third open square, middle third open triangle, upper third) compared with site averages for conventionally harvested sites (solid squares). (Reiners et al., 2012).

An interesting case study of the development of forest biomass and NPP following large-scale disturbance in northern hardwoods is provided by the deforestation study on W2. Reiners et al. (2012) hypothesized that the extreme disturbance of the deforestation treatment on W2 (see W2 Experimental Summary) would exceed the capacity for forest ecosystem resilience. In particular, the treatment resulted in loss of 28% of the ecosystem stock of total N (as well as smaller proportions of base cations) eliminated vegetative sprouting and advance regeneration as sources of forest regeneration and greatly reduced the abundance of fast-growing pin cherry. Surprisingly, despite an initial lag in biomass accumulation and net primary productivity, the forest on W2 followed a trajectory similar to (though on the low end) of comparable sites that had been harvested by conventional methods (Figure 5).

The slowest growth and biomass accumulation were observed in the upper elevation zone of the watershed where soils are thinner and less fertile (Johnson et al. 2000). These observations illustrate that northern hardwoods forests on moderately fertile soils exhibit strong resilience of productivity. The mechanisms contributing to this high resilience deserve further study but may include biologically-enhanced weathering of primary minerals (Blum et al. 2002), biological nitrogen fixation (Bormann et al. 1993) and enhanced mineralization of relatively stable soil organic matter.


Forest evolution-old growth

As forests get older, conifers and hardwoods take over from the fast growing softwood trees. These trees produce great amounts of shade and don’t allow the sun loving bushes adequate sunshine to be able to grow abundantly. The number of species dwindles to those that can live in limited sunlight. This limits the number of kinds of plants that can survive, cutting down on the number of species that are found.

Likewise, the number of animals, having fewer kinds of plants to eat, become represented by fewer species. If they can’t eat, they can’t survive. For the same reason, predators drop in number and species, because there are fewer prey to feed upon.

This progresses as the forest becomes even older. According to Steve T., retired from the US Forest Service, “We see the lack of diversity in older forests all the time. Though we don’t like seeing a major forest fire that burns everything to the ground, it is helpful. It turns back the clock so new growth has a chance to start again, which means more plant and animal species in the area.”

The US Forest Service, in fact, lets fires burn in many places, partly for this reason. The fires don’t just remove the debris from the forest floor, they allow a new growth forest to form, which encourages diversity.

Again according to Steve T., an old growth forest is likely to have as much as 90% fewer plants and animals that a new growth forest has. People often see this outside forested national parks. In the park, the plant-life is rigorously protected. There is a greater likelihood of seeing more plant and animal species outside of the park, where the same regulations aren’t observed.

This all adds up to older forests being less bio-diverse than newer forests. A forest ages naturally. However, it is a mistake to think that old growth forests harbor more animal or plant species than younger forests, since this has been disproved.


Microbial cellulolytic enzymes: diversity and biotechnology with reference to lignocellulosic biomass degradation

Lignocellulosic biomass is the earth’s most abundant renewable feedstock alternative that comprises of cellulose, hemi-cellulose and lignin. The synergistic action of cellulolytic/xylanolytic enzymes produced by lignocellulolytic micro-organisms such as bacteria, algae and fungi are capable of robust cellulosic biomass deconstruction. Most of the microorganisms dwelling in extreme environmental habitats such as rumen environment, hot/cold springs, deep ocean trenches, acidic/alkaline pH environment have been considered as an attractive producers of hemi/cellulolytic lignocellulolytic and other biotechnological enzymes with enhanced bio-chemical properties essential for industrial bioconversion processes. However, the potential microbial sources of cellulolytic enzymes and the underlying mechanism to achieve this is not fully elucidated. In this review article, first we detail the composition of lignocellulosic biomass. Next, we describe the structure and functions of divergent hydrolytic enzymes (cellulolytic and xylanolytic enzymes) involved in cellulosic biomass degradation. Third, we analyze, outline and unveil the prospective source of microbes encoding exceptionally diverse set of biotechnologically relevant cellulolytic enzymes which are critical to answer the specific ecological question of by whom, where and how cellulosic biomass is degraded in the environment. Finally, this review article features the snapshot about the future developments and perspectives on microbial enzymes, high-throughput techniques and molecular tools that could be exploited to derive those enzymes from the potential sources.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


معلومات الكاتب

These authors contributed equally: Therese Mitros, Adam M. Session, Brandon T. James, Guohong Albert Wu.

These authors jointly supervised this work: Kankshita Swaminathan, Daniel S. Rokhsar.

الانتماءات

Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley, CA, 94720, USA

Therese Mitros, Adam M. Session, Jessen V. Bredeson & Daniel S. Rokhsar

DOE Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI), University of Illinois, Urbana-Champaign, IL, 61801, USA

Therese Mitros, Brandon T. James, Mohammad B. Belaffif, Matthew E. Hudson, Erik J. Sacks, Stephen P. Moose, Kankshita Swaminathan & Daniel S. Rokhsar

U.S. Department of Energy Joint Genome Institute, Berkeley, CA, 94720, USA

Adam M. Session, Guohong Albert Wu, Shengqiang Shu, Kerrie Barry, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz & Daniel S. Rokhsar

HudsonAlpha Biotechnology Institute, 601 Genome Way Northwest, Huntsville, AL, 35806, USA

Brandon T. James, Mohammad B. Belaffif, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz & Kankshita Swaminathan

Department of Crop Sciences, University of Illinois, 1102S Goodwin Ave, Urbana, IL, 61801, USA

Lindsay V. Clark, Hongxu Dong, Adam Barling, Jessica R. Holmes, Jessica E. Mattick, Siyao Liu, Won Byoung Chae, John A. Juvik, Justin Gifford, Adebosola Oladeinde, Matthew E. Hudson, Erik J. Sacks & Stephen P. Moose

High Performance Biological Computing, Roy J. Carver Biotechnology Center, University of Illinois, 206 West Gregory Drive, Urbana, IL, 61801, USA

Lindsay V. Clark & Jessica R. Holmes

Department of Microbiology and Immunology, Stritch School of Medicine, Loyola University Chicago, Maywood, IL, 60153, USA

Department of Genetics, Curriculum of Bioinformatics and Computational Biology, University of North Carolina, Chapel Hill, NC, 27514, USA

Institute of Biological, Environmental AND Rural Sciences (IBERS), Aberystwyth University, Gogerddan, Aberystwyth, Ceredigion, SY23 3EE, UK

Kerrie Farrar & Iain S. Donnison

Institute of Plant Genetics, Polish Academy of Sciences, 60-479, Poznań, Poland

Katarzyna Głowacka & Stanisław Jeżowski

Department of Biochemistry, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, NE, 68588, USA

Department of Environmental Horticulture, Dankook University, Cheonan, 31116, Republic of Korea

Field Science Center for Northern Biosphere, 10-chōme-3 Kita 11 Jōnishi, Kita-ku, Sapporo, Hokkaido, 060-0811, Japan

Dovetail Genomics, 100 Enterprise Way, Scotts Valley, CA, 95066, USA

Earlham Institute, Norwich Research Park Innovation Centre, Norwich, NR4 7UZ, UK

Teagasc, Crops, Environment and Land Use Programme, Oak Park Research Centre, Carlow, R93XE12, Ireland

Susanne Barth & Manfred Klaas

Botany, School of Natural Sciences, Trinity College Dublin, The University of Dublin, D2, Dublin, Ireland

Institute of Plant Physiology and Ecology, Chinese Academy of Sciences, 300 Fenglin Rd, Shanghai, 200032, China

Department of Agronomy, Zhejiang University, Hangzhou, 310058, China

HuaZhi Rice Biotech Company, Changsha, 410125, Hunan, China

Department of Applied Plant Sciences, Kangwon National University, Chuncheon, Gangwon, 200-701, Republic of Korea

Chang Yeon Yu, Kweon Heo & Ji Hye Yoo

Department of Applied Bioscience, Konkuk University, Seoul, 05029, Republic of Korea

Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois, 1206 West Gregory Drive, Urbana, IL, 61801, USA

Matthew E. Hudson, Erik J. Sacks & Stephen P. Moose

Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University, Onna, Okinawa, 9040495, Japan

Chan-Zuckerberg BioHub, 499 Illinois St, San Francisco, CA, 94158, USA

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

D.S.R., K.S., T.M., S.P.M., and M.E.H. provided project leadership. D.S.R., K.S., T.M., S.P.M., A.M.S., B.T.J., G.A.W., and L.V.C. provided figures and wrote the paper. T.M. and J.V.B. assembled the genome and conducted the comparative genomics analysis. N.H.P. generated the HiC assembly. A.M.S. conducted the repeat and allotetraploidy analysis. B.T.J. and M.B.B. conducted the transcriptomic analysis. G.A.W. analyzed the genetic diversity and introgression patterns. S.S. provided the protein-coding gene annotation. H.D. and S.L. provided genetic map data. AB collected samples and provided the transcriptomic, amino acid, and nitrogen data. J.R.H., A.O., and J.E.M. processed samples and extracted nucleic acids for the project. K.F. and I.S.D. contributed the M. sacchariflorus whole-genome sequencing data. J.Gr., J.S., and K.B. coordinated the genome sequencing. K.G. created the double-haploid line and S.J. provided the line. W.B.C. and J.Gi. generated the mapping populations, and J.A.J. and E.J.S. oversaw the generation of the mapping populations. T.Y. provided Ogi63 and Ogi80 triploid lines. J.D.V., L.V.C., S.B., and E.J.S. contributed to RAD-seq data, and J.D.V. and L.V.C. used these data to call variants. M.K., T.H., L.L., X.J., J.P., C.Y.Y., K.H., J.H.Y., and B.K.G. provided miscanthus germplasm.

المؤلفون المراسلون


شاهد الفيديو: دور جزيئات الطاقة ATP في أيض الخلية أحياء ثاني عشر فصل دراسي أول (شهر نوفمبر 2022).