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5.18: Biogeographie - Biologie

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Warum sollte Geographie etwas mit Evolution zu tun haben?

Ähnlich wie "Wie hat das Huhn die Straße überquert?" aber in einem viel größeren Maßstab. Wie kam das Tier durch Europa und nach Asien? Oder Asien nach Amerika? Wie ist etwas nach Australien gekommen?

Beweise aus der Biogeographie

Biogeographie ist die Untersuchung, wie und warum Pflanzen und Tiere dort leben, wo sie leben. Es liefert weitere Beweise für die Evolution. Nehmen wir als Beispiel die Kamelfamilie.

Biogeographie der Kamele: Ein Beispiel

Heute umfasst die Kamelfamilie verschiedene Arten von Kamelen. Sie werden in gezeigt Abbildung unter. Alle heutigen Kamele stammen von denselben Kamelvorfahren ab. Diese Vorfahren lebten vor etwa einer Million Jahren in Nordamerika.

Kamelwanderungen und heutige Variation. Mitglieder der Kamelfamilie leben heute in verschiedenen Teilen der Welt. Sie unterscheiden sich in einer Reihe von Merkmalen voneinander. Sie teilen jedoch grundlegende Ähnlichkeiten. Dies liegt daran, dass sie sich alle aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten sehen Sie?

Frühe nordamerikanische Kamele wanderten an andere Orte aus. Einige gingen nach Ostasien. Während der letzten Eiszeit überquerten sie eine Landbrücke. Einige von ihnen haben es bis nach Afrika geschafft. Andere gingen nach Südamerika. Sie überquerten den Isthmus von Panama. Sobald Kamele diese verschiedenen Orte erreichten, entwickelten sie sich unabhängig voneinander. Sie entwickelten Anpassungen, die ihnen für die jeweilige Umgebung, in der sie lebten, entsprachen. Durch natürliche Selektion entwickelten die Nachkommen der ursprünglichen Kamelvorfahren die Vielfalt, die sie heute haben.

Inselbiogeographie

Die Biogeographie der Inseln liefert einige der besten Beweise für die Evolution. Betrachten Sie die Vögel namens Finken, die Darwin auf den Galápagos-Inseln untersucht hat (siehe Abbildung unter). Alle Finken stammen wahrscheinlich von einem Vogel ab, der aus Südamerika auf die Inseln kam. Bis zum Eintreffen des ersten Vogels hatte es auf den Inseln noch nie Vögel gegeben. Der erste Vogel war ein Samenfresser. Es entwickelte sich zu vielen Finkenarten. Jede Art wurde an eine andere Art von Nahrung angepasst. Dies ist ein Beispiel für adaptive Strahlung. Dies ist der Prozess, durch den sich eine einzelne Art in viele neue Arten entwickelt, um verfügbare Nischen zu füllen.

Galápagos-Finken unterscheiden sich in Schnabelgröße und -form, je nach Art der Nahrung, die sie fressen.

Augenzeuge der Evolution

In den 1970er Jahren reisten die Biologen Peter und Rosemary Grant auf die Galápagos-Inseln. Sie wollten Darwins Finken erneut studieren. Sie haben mehr als 30 Jahre an dem Projekt gearbeitet. Ihre Bemühungen zahlten sich aus. Sie waren in der Lage, die Evolution durch die tatsächlich stattfindende natürliche Auslese zu beobachten.

Während die Grants auf den Galápagos waren, kam es zu einer Dürre. Dadurch standen den Finken weniger Samen zum Fressen zur Verfügung. Vögel mit kleineren Schnäbeln könnten aufbrechen und nur die kleineren Samen fressen. Vögel mit größeren Schnäbeln können Samen aller Größen knacken und fressen. Infolgedessen starben viele der kleinschnabeligen Vögel in der Dürre. Vögel mit größeren Schnäbeln überlebten und reproduzierten (siehe Abbildung unter). Innerhalb von 2 Jahren nahm die durchschnittliche Schnabelgröße in der Finkenpopulation zu. Evolution durch natürliche Selektion hatte stattgefunden.

Entwicklung der Schnabelgröße bei Galápagos-Finken. Die obere Grafik zeigt die Schnabelgrößen der gesamten Finkenpopulation, die 1976 von den Grants untersucht wurde. Die untere Grafik zeigt die Schnabelgrößen der Überlebenden im Jahr 1978. In nur 2 Jahren nahm die Schnabelgröße zu.

Zusammenfassung

  • Biogeographie ist das Studium, wie und warum Pflanzen und Tiere dort leben, wo sie leben. Es liefert auch Beweise für die Evolution.
  • Auf Inselketten wie den Galapagos-Inseln kann sich eine Art in viele neue Arten entwickeln, um verfügbare Nischen zu füllen. Dies wird als adaptive Strahlung bezeichnet.

Erkunde mehr

Verwenden Sie diese Ressource, um die folgenden Fragen zu beantworten.

  • Biogeographie: Wallace und Wegener unter http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/history_16.
  1. Was ist Biogeographie? Welcher Wissenschaftler hat dazu beigetragen, die moderne Wissenschaft der Biogeographie zu begründen?
  2. Wo hat Wallace viele seiner Daten gesammelt?
  3. Was hat Wallace studiert?
  4. Was war der Vorschlag von Alfred Wegener?
  5. Was war Gondwanaland?

Rezension

  1. Definiere Biogeographie.
  2. Beschreiben Sie ein Beispiel der Inselbiogeographie, das Beweise für die Evolution liefert.
  3. Beschreiben Sie die Auswirkungen der Dürre auf den Galápagos-Inseln, die von den Grants beobachtet wurden.

Globale Verbreitung von Waldboden-Dictyosteliden

Department of Natural Science, Manatee Community College, P.O. Box 1849, Bradenton, FL 34206, USA

Department of Environmental and Plant Biology, Ohio University, Athens, Ohio 45701, USA

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Department of Natural Science, Manatee Community College, P.O. Box 1849, Bradenton, FL 34206, USA

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Zusammenfassung

ZielDas Ziel dieses Projektes war es, die bekannten Verbreitungsdaten zu den weltweit in Waldböden vorkommenden zellulären Schleimpilzen (CSMs) des Dictyostelids zusammenzustellen, zu organisieren und zu präsentieren. Auch die Frage, welche Faktoren die CSM-Verteilungsmuster beeinflussen, wurde angesprochen.

StandortCSMs wurden von verschiedenen Forschern auf der ganzen Welt aus Böden gemäßigter Laubwälder, tropischer Laub- und saisonaler immergrüner Regenwälder, borealer Nadelwälder und Tundra gewonnen.

MethodenIn jedem dieser vier Biome wurden verschiedene Orte auf der ganzen Welt von einer Reihe von Forschern beprobt. Die aktuelle Studie versucht, die bekannten Verteilungsdaten von Dictyosteliden zu synthetisieren und spezifische Verteilungsmuster darzustellen.

ErgebnisseWeltweit wurden 65 Arten von CSM gefunden, die verschiedene Waldböden besetzen. Die Verbreitungen dieser Arten fielen in eine von vier Kategorien: kosmopolitisch, disjunkt, eingeschränkt und pantropisch.

Wichtigste SchlussfolgerungenDie globalen CSM-Verteilungsmuster werden von einer Vielzahl anderer Faktoren als der Biota beeinflusst (einschließlich, aber nicht beschränkt auf Klima, Breitengrad, Höhe, Boden-pH-Wert und bodenbildende Ausgangsmaterialien). Die aktuelle Studie unterstützt die These, dass auch organische Einträge von bestimmten Pflanzengesellschaften und tierischen Vektoren eine wichtige Rolle spielen.


Hintergrund

Die Fauna der mediterranen Süßwasserfische zeichnet sich durch eine relativ geringe Anzahl von Fischfamilien aus, wobei die meisten Arten zu den Cyprinidae gehören [1, 2]. Tatsächlich gehört diese Familie zu den artenreichsten Familien von Süßwasserfischen und ist wahrscheinlich eine der größten Wirbeltierfamilien [3]. Die Familie Cyprinidae weist auch eine relativ hohe Anzahl endemischer Arten am Mittelmeerhang auf [2] und ihre breite biologische und ökologische Plastizität hat dieser Gruppe eine wichtige Rolle in biogeographischen Modellen verliehen [4–7]. Da die Ausbreitungsmechanismen bei primären Süßwasserfischen stark eingeschränkt sind [8], stehen ihre Verteilungen in direktem Zusammenhang mit der Paläogeographie und den Beziehungen zwischen verschiedenen Gebieten [9–11]. Somit spiegeln phylogenetische Beziehungen zwischen evolutionären Linien die Geschichte der Cypriniden im Mittelmeerraum wider.

Die Klassifikation der Cypriniden war immer umstritten und je nach Autor und den berücksichtigten morphologischen Merkmalen wurden 2 bis 12 Unterfamilien anerkannt [12–15] und kürzlich sogar auf Familienebene erhoben, indem sie europäischen und nordamerikanischen Leuciscinen zugeordnet wurden und Phoxinine zur neuen namensgebenden Familie Leuciscidae [16, 17]. Die traditionelle Morphologie steht jedoch manchmal im Widerspruch zu neueren molekularen Studien [5, 18–23], da einige morphologische Merkmale anfällig für Homoplasie sind [5] und normalerweise eine unklare Homologie morphologischer Merkmale vorliegt [24, 25]. Dies stellt fest, dass anerkannte monophyletische Gruppen eindeutig falsch interpretiert werden. In dieser Arbeit folgten wir dem Klassifikationsschema von Saitoh et al. [22] basierend auf vollständigen mitochondrialen Genomen. Diese Autoren betrachten die Unterfamilie Leuciscinae ausschließlich aus den eurasischen und nordafrikanischen Leuciscinen (einschließlich der nordamerikanischen Gattung Hinweismigonus, als einziger bekannter Vertreter in dieser Region) und befördern Phoxinine [15] in ihre eigene Unterfamilie, Phoxininae, als Schwestergruppe der Unterfamilie Leuciscinae. Die nuklearen phylogenetischen Beziehungen von Cypriniden und insbesondere Leuciscinen sind jedoch bisher wenig erforscht [26, 27].

Der Fossilienbestand der Cyprinidae-Familie in Eurasien [28–30] legt ihren Ursprung in Ost- und Südostasien nahe, wo die größte Gattungs- und Artenvielfalt gefunden wird [1, 3, 31]. Diese Gruppe kolonisierte Europa dann zum ersten Mal während des Oligozäns, als das Ob-Meer aufgrund der Hebung des Urals verschwand, und erreichte die Iberische Halbinsel (den westlichsten Teil Europas) im späten Oligozän-frühen Miozän [32]. Die Besiedlung Nordafrikas wurde durch Verbindungen mit iberischen und asiatischen Fischfaunen während des Känozoikums erklärt [33]. Innerhalb der Familie Cyprinidae kann die Unterfamilie Leuciscinae verwendet werden, um biogeographische Hypothesen für das Mittelmeerbecken zu testen. Darüber hinaus sollte es aufgrund ihres langjährigen Verbreitungsgebietes im zirkum-mediterranen Raum möglich sein, die Evolutionsgeschichte dieser Gruppe zu enträtseln.

Traditionelle Hypothesen haben den Ursprung der Unterfamilie Leuciscinae im Mittelmeerraum und ihre anschließende Diversifizierung durch Flusseinschlüsse aus Mitteleuropa vorgeschlagen, da sich mehrere Wellen über einen langen Zeitraum erstreckten (vom Oligozän bis zum späten Pliozän, 35-1,7 Millionen Jahre) [34, 35 ], nach der hydrogeographischen und geologischen Geschichte des europäischen Raums [36]. Dieses Modell wurde als "Nord-Ausbreitungsmodell" bezeichnet [37]. Hypothesen, die diesem Modell widersprechen, haben argumentiert, dass die Besiedelung der Zirkum-Mittelmeer-Flüsse nicht durch eine nördliche Route erklärt werden kann. Das vorgeschlagene alternative Modell basiert auf der Leuciscin-Dispersion während der lakustrinen Phase des Mittelmeerbeckens [38], als dieses Meer während der messinischen Salzgehaltskrise mit Süßwasser aus dem Paratethys-Meer aufgefüllt wurde [39]. Dies hätte es der paratethyischen Süßwasser-Icthyofauna ermöglicht, die Mittelmeerränder zu besiedeln. Diese Hypothese wird als Ausbreitungsmodell "Lago Mare" bezeichnet [38]. Die spätere Öffnung der Straße von Gibraltar [40] füllte den Mittelmeerraum mit Meerwasser, mit der anschließenden Isolierung der neu gebildeten Süßwasserpopulationen zusammen mit intensiven Vicariant-Ereignissen [41, 42]. Die Hypothesen zur Ausbreitung von Lago Mare und Nord schließen sich jedoch nicht gegenseitig aus und könnten zusammen eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung von Cypriniden in ganz Europa gespielt haben [1, 11, 43]. Andererseits wurde der Nahe Osten während der allmählichen Schließung des Tethys-Meeres als wichtiges Austauschgebiet für Süßwasser-Ichthyofauna angesehen [6, 44, 45]. Einige Autoren sind der Ansicht, dass die Süßwasserfauna des Nahen Ostens aus Arten besteht, die aus Asien und in jüngerer Zeit von euromediterranen Vorfahren stammen [6, 45, 46]. Grundlage für diesen letztgenannten Vorschlag ist die enge Verwandtschaft zwischen den Cypriniden des Nahen Ostens und des euromediterranen Raums [6, 47]. Diese Region wurde auch als Ursprungszentrum für einige Leuciscinae-Arten erkannt [6, 11, 48].

In jüngster Zeit beeinflussten pleistozäne Vergletscherungen die Verbreitung von Leuciscinae-Vertretern, insbesondere in Nord- und Mitteleuropa, wo einige Arten lokal ausstarben, wenn die Region von Eis bedeckt war [35, 49]. Spätere Wiederbesiedelung aus östlichen Refugien wie den Drainagen des Zirkums und des Schwarzen Meeres wurde vorgeschlagen, um die weite Verbreitung einiger noch vorhandener Cyprinidenarten zu erklären [11, 50, 51]. Obwohl bekannt ist, dass die Mittelmeerhalbinseln und die Kaspische/Kaukasus-Region als Gletscherrefugien fungierten [52, 53], wurden die Iberische, die italienische und die Balkanhalbinsel aufgrund der Alpenhebung während des Pleistozäns von Nord- und Mitteleuropa isoliert, wodurch ein Großteil des Süßwassers des Mittelmeers verhindert wurde Arten wandern nach Norden. Diese Interpretation erklärt den geringen Anteil gemeinsamer Süßwasserarten zwischen Nord-Mittel- und Südeuropa.

Unter Abwägung aller biogeografischen Szenarien haben einige Modelle versucht, das Entstehungszentrum und die Hauptverbreitungswege für Cypriniden zu erklären [1, 6, 11, 34–36, 47, 48, 54, 1], während andere versucht haben, Barrieren zu identifizieren um die bei Cypriniden beobachteten Vikariantenmuster zu erklären [4, 5, 14, 25, 32, 33, 37, 43, 55]. Trotz dieser Bemühungen bleiben die phylogenetischen Beziehungen der zirkummediterranen Leuciscine und ihre biogeographischen Muster im Mittelmeerraum unklar.

Um verlässliche Informationen über die mitochondriale phylogenetische Struktur dieser Gruppe zu erhalten, untersucht die umfassende Studie mitochondriale DNA in zahlreichen Arten der Unterfamilie Leuciscinae. Tatsächlich sind Sequenzen des Cytochroms B (zyt B)-Gen haben in einigen Fischgruppen eine phylogenetische Auflösung erreicht [56, 57], einschließlich Cypriniden [4–7, 11, 18, 20, 37, 43, 48, 58]. Auch das Cytochromoxidase I (COxI)-Gen hat sich wiederum als nützliches Werkzeug zur Identifizierung von Fischarten erwiesen [59, 60]. Hier vervollständigen wir die mitochondriale Phylogenie der Unterfamilie Leuciscinae mit nuklearen Informationen, indem wir das Rekombinationsaktivierungsgen 1 (RAG-1) und das ribosomale Proteingen S7 (S7) analysieren. Nur wenige vorangegangene molekulare Studien an Cypriniden haben eine nukleare Phylogenie von Circum-Mediterranen Vertretern der Unterfamilie Leuciscinae ergeben. Einige Leuciscingruppen wurden mit nuklearen Allozymen [10, 61, 62] oder DNA-Sequenzen [63–65] untersucht und einige phylogenetische Verwandtschaften wurden für Cypriniden vorgeschlagen [66]. Diese Arbeit stellt jedoch den ersten Versuch dar, die Kernbeziehungen der wichtigsten mediterranen Leuciscinae-Linien auf der Grundlage von Sequenzdaten zu entschlüsseln.

Das Ziel dieser umfassenden Studie war es, die phylogenetischen Beziehungen zwischen den wichtigsten Circum-Mediterranean Leuciscinae-Linien zu untersuchen, indem die Sequenzvariation beider mitochondrialer (cyt B und COxI) und nukleäre (RAG-1 und S7) Gene. Es wurden Daten von 321 Individuen erhalten, die 176 Arten der Unterfamilie Leuciscinae und 9 Fremdgruppenarten repräsentieren. Die Daten wurden verwendet, um auf biogeografische Ereignisse zu testen, die die Verteilung von Leuciscinen im Mittelmeerraum hätten bestimmen können.


Doktoranden

Meine Arbeit stützt sich stark auf genomische Daten und das Hauptstudiensystem, an dem ich arbeite, ist die Gattung Triturus, die Kamm- und Marmormolche. Ich interessiere mich besonders für die Evolutionsgeschichte eng verwandter Arten – wie solche Arten entstanden und ihre heutige Verbreitung erhalten haben und wie sie im Laufe ihrer Evolution interagieren, da ökologische Divergenz sie auseinander treibt und Genfluss sie zusammenzieht. Meine frühe Arbeit umfasste hauptsächlich Phylogeographie (Ableitung von Gletscherrefugien), Systematik (Auflösung schneller Strahlungen) und Taxonomie (Diagnose kryptischer Arten). Kürzlich habe ich Hybridisierung studiert, sowohl unter natürlichen Bedingungen (insbesondere Hybridzonenbewegung) als auch anthropogen induzierten (die komplizierten Erhaltungsprobleme der „genetischen Verschmutzung“). Zurzeit führe ich ein Forschungsprogramm durch, das mit einem ERC Starting Grant finanziert wird und darauf abzielt, die Entwicklung balancierter letaler Systeme zu verstehen. Ausgeglichene tödliche Systeme sind extrem maladaptiv, da sie das Fortpflanzungspotenzial halbieren. Dennoch haben sie sich immer wieder entlang der Zweige des Lebensbaumes entwickelt. Ich hoffe, dieses evolutionäre Rätsel lösen zu können.


Anthropogene Treiber, die Metacommunity-Prozesse verändern

Zu den wichtigsten globalen anthropogenen Triebkräften des Wandels der Biodiversität und damit zu den größten Herausforderungen für den Naturschutz im 21. 59-61 Da wir uns für eine prozessbasierte Perspektive der Metacommunity-Zusammensetzung einsetzen, diskutieren wir im Folgenden, wie diese globalen Treiber die Metacommunity-Prozesse auf vielfältige Weise beeinflussen, die wiederum die interessierenden Biodiversitätsvariablen beeinflussen (Abb. 2). Zum Beispiel beeinflussen sich ändernde Klima- und physikalisch-chemische Eigenschaften direkt die Umweltfilterung. Darüber hinaus können demografische Stochastik und ökologische Drift die Auswirkungen anderer Faktoren verstärken, indem sie die lokalen Aussterbewahrscheinlichkeiten kleiner Populationen verändern, die von einem bestimmten anthropogenen Druck betroffen sind. Obwohl es noch ein langer Weg ist, um die Auswirkungen von Störungen auf das Funktionieren der Metagemeinschaften und damit auf die Biodiversität vollständig zu verstehen, identifizieren wir einige allgemeine Mechanismen für jeden der wichtigsten Triebkräfte des globalen Wandels.

Landnutzungsänderung und Wassermanagement

Landnutzungsänderungen wie Habitatfragmentierung und -verlust verändern direkt die Habitat- und Landschaftseigenschaften, was sich wiederum direkt auf die Verbreitung und Umweltfilterung auswirkt. Ein prominentes Beispiel ist die Urbanisierung und der Straßenausbau, die zu einer Fragmentierung von Lebensräumen und zum Verlust von Konnektivität führen. 62 Ebenso ist die Intensivierung des Wassermanagements, einschließlich des Baus von Staudämmen und der Änderung des Wasserflusses, ein starker Antrieb für Veränderungen in aquatischen Metagemeinschaften. 63, 64 Sowohl in terrestrischen als auch in aquatischen Umgebungen wirken sich diese Veränderungen auf die Ausbreitung und die Habitateignung aus. 65-67 Daher kann die Metacommunity-Perspektive Werkzeuge zum Verständnis komplexer Auswirkungen von Landnutzungsänderungen sowohl für den Land- als auch für den Gewässerschutz angesichts anthropogener Belastungen bieten. 68, 69

Klimawandel

Der Klimawandel wirkt sich direkt als Umweltfilter auf Metagemeinschaften aus, aber auch indirekt über komplexe Gemeinschaftsbildungsprozesse und Interaktionen. Arten werden durch Klimafilterung aus Habitatflächen und Regionen ausgerottet, wenn sie sich nicht an Regionen mit geeigneten klimatischen Bedingungen anpassen oder sich ausbreiten können. 70 Sich verändernde Regionen erleben sowohl die Abwanderung als auch die Zuwanderung von Individuen, was zu einer Veränderung der Zusammensetzung und der Entstehung neuer biotischer Interaktionen führt. Ein Feldexperiment zeigte beispielsweise, dass neue Konkurrenten, die aus niedrigeren Höhen eintreffen, die Leistung von Pflanzen, die sich nicht nach oben in kältere Klimazonen ausbreiten konnten, stark reduzierten (im Gegensatz zu verpflanzten Pflanzen, die Umweltveränderungen verfolgen könnten). 71 Ein weiterer indirekter biotischer Effekt des Klimawandels ist die phänologische Diskrepanz zwischen Verbrauchern und assoziierten trophischen Ressourcen, 72 die sich auch auf die Ausbreitung auswirken kann, wenn die Synchronisation zwischen Ausbreitungsvektoren und Ausbreitungsproduktion beeinträchtigt wird. 73 Ähnliche Phänomene werden sowohl in marinen (z. B. Lit. 74 und 75 ) als auch in Süßwasser- (z. B. Lit. 76 und 77 ) Ökosystemen diskutiert, in denen Verschiebungen der Artenhäufigkeit, des zeitlichen Ablaufs in der Phänologie und die Verdrängung geeigneter Habitate auf der Ebene der Metagemeinschaften resultieren veränderte Nischen, veränderte Ausbreitungs-/Wanderwege und neue Arteninteraktionen.

Biologische Invasionen

Invasive Arten wirken sich direkt auf biotische Interaktionen in der Metagemeinschaft aus. Nicht-heimische Arten konkurrieren mit einheimischen Arten um Ressourcen, was möglicherweise ihre Leistung verringert und regionales Aussterben verursacht, was sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren beobachtet wurde. 78 Ebenso können invasive Arten neue trophische Interaktionen wie Prädation 79 und Krankheiten etablieren. 80 Beispiele für invasionsbedingtes Aussterben sind auf Inseln besonders prominent, wo Arten oft evolutionär naiv gegenüber solchen Interaktionen sind. 81 Darüber hinaus können invasive Arten physikalische Ökosystemingenieure sein, die tiefgreifende Auswirkungen auf Lebensräume haben, die eine Umweltfilterung für einheimische Arten erzeugen (z. B. invasive Würmer 82 und Muscheln 83 ).

Umweltverschmutzung

Umweltverschmutzung verursacht Lebensraumveränderungen und -degradation und wirkt direkt als starker abiotischer Filter durch Auswirkungen auf die Fitness (über Veränderungen in Wachstum, Gesundheit und Verhalten). 84, 85 Es beeinflusst auch die Konnektivität und Eignung von Habitaten, indem es die Matrixfeindlichkeit erhöht 86, 87 und Dienstleistungen wie die Bestäubung reduziert (z. B. tödliche Toxizität durch Pestizide 88 ). Umweltverschmutzung, insbesondere durch Pestizide, kann auch mit räumlichen Prozessen innerhalb von Metagemeinschaften interagieren, um wiederholt und kumulativ Auswirkungen, Erholungs- und Regenerationsprozesse zu beeinflussen. 89, 90

Raubbau

Überfischung wirkt sich direkt auf die Sterblichkeit aus, verringert die Populationsgröße und folglich die Lebensfähigkeit der Population. 91, 92 Dieser Effekt wird durch die damit verbundene demografische Stochastik verschärft, die dazu führen kann, dass ausgebeutete Bevölkerungsgruppen ein höheres Maß an Unsicherheit erfahren, 93 insbesondere unter Umweltveränderungen. 94 Darüber hinaus kann Übernutzung durch den Zusammenbruch abhängiger biotischer Interaktionen zum Zusammenbruch ganzer Gemeinschaften und Ökosysteme führen, wenn die Ressourcennutzung die trophische Struktur von Gemeinschaften stört (z. B. Fischerei 95 ).

Wir betonen hier, dass die zentralen Metacommunity-Prozesse die Grundlage für einen mechanistischen Ansatz zum Verständnis und zum Management der Auswirkungen solcher Treiber des globalen Wandels auf die Biodiversität sind (Abb. 2). Die Beweise für die Auswirkungen des globalen Wandels auf die Prozesse und das Funktionieren von Metagemeinschaften waren jedoch weitgehend umständlich. Unter den relativ wenigen Studien, die explizit einen mechanistischen Ansatz verwendet haben, waren allgemeine Aussagen schwer fassbar, da anthropogene Treiber die Funktionsweise der Metagemeinschaft auf vielfache, oft interaktive Weise beeinflussen. 96-100 Dies wird durch Metaanalysen bestätigt, die zeigen, dass die Reaktionen nach einer Störung sehr variabel sind und unter anderem von der Art der Störung, dem Lebensraum und der trophischen Rolle abhängen. 101-103 Um die Auswirkungen des globalen Wandels auf die Erhaltung von Populationen und Biodiversität zu verstehen, müssen wir daher verstehen, wie jeder Metagemeinschaftsprozess, allein oder gemeinsam, durch diese Triebkräfte des globalen Wandels verändert wird.


5.18: Biogeographie - Biologie

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Taxonomie, Biologie, Biogeographie, Evolution und Erhaltung der Gattung Erikssonia Trimen (Lepidoptera: Lycaenidae)

A. J. Gardiner, 1,* R.F. Terblanche 2

1 1Organisation für Tropenwissenschaften, School of Animal Plant and Environmental Sciences, University of
2 2School of Environmental Sciences and Development, North-West University, Potchefstroom Campus, Priv


Systematik und Biogeographie der amerikanischen Eichen

Paul Manos

Veröffentlicht Mai 2016 in Internationale Eichen Nr. 27: 23–36

Abstrakt

Die Hauptgruppen der Amerikanischen Eichen werden mit Bezug auf phylogenetische Muster und neu aufgelöste Artenallianzen innerhalb der Abschnitte diskutiert Quercus (Weiße Eichen) und Lobatae (Roteichen). Jüngste Analysen des Kerngenoms basierend auf umfangreichen Proben von etwa 150 Arten legen nahe, dass Eichenarten meist zusammenhängend sind und geografisch definierte morphologische Gruppen bilden. Es wurden jedoch zwingende Beweise für eine antike und aktuelle Hybridisierung innerhalb des Abschnitts gefunden QueRkus. Genomdaten bestätigen unsere Erwartungen, wenn eine lokalisierte Hybridisierung aufgrund von Morphologie und geografischer Nähe vermutet wird, aber diese Daten weisen auch auf kryptischere Szenarien hin, die historische Kreuzungen zwischen geografisch getrennten und entfernt verwandten Arten beinhalten. Die biogeographische Geschichte der Sektion Quercus in Amerika wird durch zwei unabhängige interkontinentale Disjunktionen hervorgehoben, mit den eurasischen Arten Quercus pontica zur Roburoid-Gruppe. Innerhalb Amerikas, Abschnitte Quercwir und Lobatae teilen auffallend ähnliche biogeographische Geschichten, die Ursprünge und tiefere evolutionäre Spaltungen in höheren Breiten unterstützen, gefolgt von neueren parallelen Ausbreitungen und Diversifikationen südlich nach Mexiko und Mittelamerika.

Schlüsselwörter

Phylogenie, Quercus, Lobatae, Protobalanus, Virentes, Ponticae

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Environmental protection could benefit from 'micro' as well as 'macro' thinking

A close-up of a star tunicate (Botryllus schlosseri): a filter feeding species found in marinas and harbours across South Africa. Credit: Luke Holman

Scientists at the University of Southampton have conducted a study that highlights the importance of studying a full range of organisms when measuring the impact of environmental change—from tiny bacteria, to mighty whales.

Researchers at the University's School of Ocean and Earth Science, working with colleagues at the universities of Bangor, Sydney and Johannesburg and the UK's National Oceanography Centre, undertook a survey of marine animals, protists (single cellular organisms) and bacteria along the coastline of South Africa.

Lead researcher and postgraduate student at the University of Southampton, Luke Holman explains: "Typically, biodiversity and biogeography studies focus on one group of species at a time, often animals. Studying animals, protist and bacteria together—organisms vastly different in size, separated by billions of years of evolution—gave us the opportunity to take a broader view of the marine ecosystem. We discovered remarkably consistent biogeographic groupings for the three across the coastline—consistent with previously studied patterns, driven by regional currents."

Findings are published in the journal Nature Ecology and Evolution.

The team took seawater samples in numerous locations along the length of the South African coast, from the warmer seas of the east, to the cooler waters of the west and the intermediate temperatures in the south. The samples were filtered, had environmental DNA extracted and underwent sophisticated lab analysis to indicate the diverse range of organisms found in particular locations.

Results showed a broad range of animals living in the sea along the whole length of coast, but with differences in the exact species in warm, cold and intermediate regions. This same pattern of difference was also shown in bacteria and protists—demonstrating consistency in the biodiversity of life for each region.

Furthermore, the scientists found that among the variables examined temperature had the greatest impact on determining the diversity of animals and bacteria, whereas protists were associated more with chlorophyll concentration in the water. The team also revealed that while all three groups were affected to some extent by human activity, such as shipping, fishing and building of marinas, this wasn't to the extent they'd expected.

Commenting on the study, Luke said: "We hope our work encourages researchers to consider other groups of organisms, both in biogeographic assessments and marine protection and restoration projects. For example, a project aiming to restore a coral reef might also need to consider the bacterial communities, or the protection of a river system might also ensure the protists communities are monitored in addition to the fish."

Moving forwards the team hope to learn more about the causes and consequences of global marine biodiversity change for all life, from microscopic bacteria and protists to macroscopic organisms like fish and marine mammals.


3. ERGEBNISSE

Throughout our search timeline, the use of “Anthropocene” in scientific literature has exponentially increased. Of those mentions, only a small portion were conservation-focused articles as the number of articles meeting the “Anthropocene & conservation” search criteria increased only gradually (Figure 1). In both cases, 2013 was the year where the acceleration in the use of the term “Anthropocene” began.

We gathered 77 articles that met our search criteria for Anthropocene literature. Of these, 45 (58.4%) conducted research in field locations in the Global North and 31 (40.3%) in the Global South. Of the 74 articles meeting our search criteria for conservation journals, 32 (43.2%) conducted research in field locations in the Global North, and 42 (56.8%) in the Global South. The majority of research in the Global South was being conducted in Central and South America. The conservation journals showed a similar pattern but with more representation in African countries (Table 1). There were no significant differences in the geographic areas where studies were taking place between Anthropocene and conservation biology papers (X 2 [DF 8, n = 73] = 1.6124, P = .80656). The list of 77 articles can be accessed and reused at https://digitalcommons.esf.edu/cgi/preview.cgi?article=1008&context=efb_fac.

Anthropocene Conservation
Central and South America 13 13
Pacific Islands 3 5
Asien 7 8
Afrika 6 12
Middle East 0 1
Sonstiges 2 3
Gesamt 31 42

The articles were published in a variety of journals Anthropocene articles were generated from 54 different journals with the Global North publishing in 47 different journals and the Global South publishing in 30 different journals. Overall, the distribution of Anthropocene articles was skewed with the top four journals producing 22% of the studies and 90% of the studies being published in 46 journals (Supporting Information Figure S1).

In order to explore if Anthropocene and conservation focused articles dealt with different key terms or organized themes along different topologies, we used VOSviewer to mine the titles and abstracts of the selected articles for the co-occurrence of terms for our two sets of articles. We set our threshold to five usages of the term, which initially generated 66 terms for the Anthropocene articles and 42 terms for the conservation articles. We reduced this by removing irrelevant terms such as “hypothesis”, “data”, and "i.e." that were commonly used but not directly relevant to the content of the papers, and “Anthropocene” and “conservation” because they were the original search terms (Bhattacharya & Basu, 1998 Lee, 2008 ). We generated a list of terms and linkages for each data set (Tables 2 and 3). We also generated term density maps using 54 terms for the Anthropocene articles and 35 terms for the conservation biology articles (Figure 2a,b). The two sets of articles showed different patterns of term usages and linkages.

Cluster 1 Cluster 2 Cluster 3
Tier Fähigkeit Klima
Case study Sich nähern Klimawandel
Consequence Bereich Jahrzehnt
Decline Biodiversity Verteilung
Diversität Ändern Umfeld
Aussterben Kombination Zukunft
Wald Ecosystem Lebensraum
Bedeutung Ecosystem service Auswirkung
Loss Faktor Individuell
Plant species Human Mehrheitlich
Bevölkerung Human activity Modell
Verfahren Increase Period
Proxy Land use Presence
Bereich Landschaft Antwort
Reichtum Verwaltung Seite? ˅
Seed dispersal Protected area Zeit
Spezies Region Jahr
Species richness Wert
Taxa
Cluster 1 Cluster 2 Cluster 3 Cluster 4
Biodiversity Bereich Ändern Implication
Verteilung Aussterben Ecosystem Landschaft
Diversität Interaction Growth Verwaltung
Elevation Anlage Increase Bevölkerung
Wald Presence Modell Rate
Lebensraum Verfahren Region
Auswirkung Seite? ˅ Relationship
Bedeutung Spezies Risiko
Muster Threat Zeit
Niederschlag Jahr
Temperatur

The Anthropocene articles had 1,177 links between terms and a total link strength of 3,459 (Table 2, Supporting Information Figure S2a). In this context, “links” represent co-occurrences between two keywords while strength of that link is a positive integer related to the frequency of those terms co-occurring across the literature. The sum of the strength indicates the interconnectivity within clusters (van Eck & Waltman, 2019 ). The higher this number the flatter the topic surface is, while low links can indicate “hills” within the topic topology resulting from insular key word clusters. The terms were grouped into three clusters by VOSviewer's “Network Visualization” function. Cluster 1 contained 19 terms, with “species” as the most connected one (53 links, total link strength of 430). As a whole, the cluster considered the study of species and populations. Cluster 2 contained 18 terms, with “change” as the most significant one (52 links, total link strength of 289). The cluster dealt with changes and conservation at the larger ecosystem and landscape-level scales. Cluster 3, the smallest of the clusters, contained “impact” as the most connected term with 52 links and a total link strength of 191. This cluster dealt primarily with predicting future changes.

The conservation biology articles had 506 links, for a total link strength of 1,645 (Table 3, Supporting Information Figure S2b). These terms were grouped into four distinct clusters by VOSviewer's “Network Visualization” function. Cluster 1 had 11 terms with “habitat” as its most-connected term, with 33 links and a total link strength of 146. Cluster 2 had 10 terms. “Species,” the most connected term, had 34 links and a total link strength of 250. Cluster 3 had 9 terms, with “region” as the most connected (33 links and a total link strength of 160). Cluster 4, the smallest grouping, contained only five terms, with “population” as the most connected 33 links and a total link strength of 126.

Unequal representation in authorship was apparent throughout both Anthropocene and conservation biology articles. Studies conducted in regions of the Global South were less likely to have a first (two-proportion z-test, P = .008) or last (two-proportion z-test, P < .001) author based in the country of the study compared to research conducted in the Global North (Table 4). The same representation pattern occurred in conservation biology articles (two-proportion z-test: First Author P = .002 Last Author P < .001 Table 4). Additionally, only 80.6% of articles conducted in Global South regions had any author based in the region on the paper which was significantly less than Global North regions with 95.5% of articles having an author based in the country of study (two-proportion z-test, P = .054). The same disparity occurred in conservation biology articles with 83.3% and 96.9% of papers having an author based in the region of study in Global South and Global North, respectively (two-proportion z-test, P = .038).

Anthropocene Conservation
Global North (n = 45) Global South (n = 31) Global North (n = 32) Global South (n = 42)
First author 0.844 0.548 0.906 0.619
P = .008 P = .002
Last author 0.867 0.467 0.875 0.524
P = .000 P = .000
Any author 0.956 0.806 0.969 0.833
P = .054 P = .038
  • Notes: p-Values indicate the significance of the difference in proportion between the Global North and the Global South for each author category.

There was no difference in the number of citations/year between the Global North and Global South within Anthropocene articles (P = .227 GN: = 2.50, S = 3.58 GS: = 1.72, S = 1.97). We explored two factors which may influence citation, impact factor as a proxy for local vs. international focused journals (Stocks et al., 2008 ) and number of coauthors (Abt, 2017 ). There was no difference in the mean impact factor between Anthropocene and conservation articles nor the Global North/Global South (Supporting Information Table S3). When exploring the relationship between authorship and impact factor, we found no relationship between the proportion of authors based in the Global South and the impact factor in which the article was published (Figure 3 Anthropocene: R 2 = 0.01, conservation: R 2 = 0.12). Lastly, there was no difference in the mean number of coauthors per paper between Anthropocene and conservation articles (P = .277 Anthropocene: = 5.18, S = 3.37 conservation: = 5.82, S = 3.85).

The coauthorship maps produced using the R package “refsplitr” showed different patterns of interconnections between Anthropocene and conservation papers (Figure 3). The conservation map shows a concentration of networks between Global North countries, particularly the United States and Europe. The distribution of nodes (institutions) is widespread, but most networks in the Global South lead to nodes in the Global North in the conservation maps. The Anthropocene map shows a greater distribution and strength of networks throughout the Global South and establishes connections between Global South countries, particularly South East Asia to South America. The connection between the United States and Europe is much weaker in the Anthropocene map, and the map adds numerous Global North locations like Alaska and northern Canada. The number of nodes stayed relatively the same between maps.


S.B.J. and R.S. planned and designed the research. S.B.J., F.V. and B.V. analyzed the data. I.V. provided material. S.B.J., R.S., E.D.L., F.V., E.S. and B.V. wrote the manuscript.

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Abb. S1 B east maximum clade credibility tree of Zingiberales.

Abb. S2 Bayesian consensus phylogram of plastid and nuclear dataset.

Abb. S3 B east phylogram of the combined plastid and nuclear dataset of Musaceae.

Table S1 Accession numbers, voucher data and origin of plant material for taxa included in the combined DNA analyses of Zingiberales–Musaceae

Table S2 Dispersal probabilities between the different Southeast Asian (and African) areas

Table S3 Sequence characteristics

Table S4 Model fit of area-dependent diversification

Methods S1 Taxon sampling.

Methods S2 Molecular protocols and sequence analyses.

Methods S3 B east detail methods, parameters and settings.

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