Gibt es eine Hypothese, die versucht, Muster des Artenreichtums entlang aller drei energiebezogenen Umweltgradienten zu erklären?

Meine Frage bezieht sich auf eine der ältesten Fragen der Ökologie: "Was bestimmt globale Muster des Artenreichtums?". Ich möchte mich jedoch auf einen bestimmten Teil dieser Frage konzentrieren, der mich schon lange beschäftigt.

Hintergrundinformation

Eines der bekanntesten ökologischen Muster auf der Erde, das auf den meisten Skalen und in den meisten biologischen Taxa zu finden ist, ist der Breitendiversitätsgradient (LDG) – es gibt mehr Arten in den Tropen als in den gemäßigten Regionen und umso weiter entfernt Sie bewegen sich aus den Tropen, desto weniger Arten begegnen Ihnen. Darüber hinaus existiert ein solches Muster nicht nur entlang des Breitengradienten, sondern der Artenreichtum variiert auch mit der Höhe in terrestrischen Umgebungen und der Tiefe in marinen Umgebungen und zeigt den gleichen Diversitätsgradienten!

Es scheint fair zu sein, vorzuschlagen, dass Energie all diese Diversitätsgradienten irgendwie unterstreichen und eine Art universellen Mechanismus schaffen sollte, der letztendlich alle Muster des Artenreichtums auf der Erde beeinflussen würde. Leider gibt es bei so großen Fragen keinen Konsens, aber ich suche nach einer Hypothese, die speziell versucht, alle drei Gradienten zusammen zu erklären.

Frage

Gibt es eine Hypothese, die versucht, Muster des Artenreichtums entlang aller drei energiebezogenen Umweltgradienten zusammen zu erklären : Breitengrad, Höhe und Tiefe? Wenn ja, was ist seine Schwäche? Wenn es keine solche Hypothese gibt, haben wir Gründe zu der Annahme, dass eine so breite Verbindung zwischen den drei Gradienten bestehen kann?

Bitte beachten Sie, wie ich versuche zu betonen, dass ich nicht möchte, dass Sie alle Hypothesen auflisten, die nur LDG beschreiben , sondern die drei Gradienten zusammen .

Nette Frage! Ich stelle mir vor, dass jede verantwortungsbewusste Theorie die damit verbundenen Gradienten der Gesamtfläche berücksichtigen müsste (das heißt, es gibt nur wenige Quadratmeter Platz zu bewohnen, wenn Sie in die Höhe und in die Breite steigen). Ich habe nicht über die Tiefe nachgedacht, aber ich denke, es könnte ein schiefer Buckel sein – es gibt einen Bereich in geringer Tiefe, viel mehr in mittlerer Tiefe und dann einen abfallenden Bereich in immer geringeren Tiefen.
Geht es Ihnen nur um Reichtum oder auch um Biomasse?
Was meinst du mit "energiebezogener Gradient"? Kannst du dazu mehr sagen? Redest du von Temperatur? Wenn ja, lässt sich Ihre Frage auf „Wie beeinflusst die Temperatur die Artenvielfalt“ reduzieren?
@Remi.b, nicht genau die Temperatur, aber der Typ, der LDG (von Humboldt) zuerst entdeckte, bezog es auf die mittlere Jahrestemperatur. Energie unterscheidet sich von Temperatur, nicht nur aus rein physikalischer Sicht, sondern auch biologisch verfügbare Energie erklärt, warum es in Wüsten, wo die Temperatur sehr hoch sein kann, nicht viele Arten gibt.
Nun, ich denke für den Anfang, abgesehen von Thermalquellen, kommt Energie von der Sonne. Also mehr Sonne = mehr von Pflanzen eingefangene Energie, die mehr nicht-pflanzliches Leben unterstützen kann. In höheren Lagen ist der begrenzende Faktor die dünne Luft, die das Pflanzenleben einschränkt, was alles andere einschränkt.
@Oreotrephes, guter Punkt, ich habe die Artenvielfalt im Titel und in der Frage auf Artenreichtum korrigiert. Dh Reichtum nur.
@Oreotrephes, ich glaube nicht, dass der Bereich die drei Farbverläufe erklären kann. Einige Probleme: Es beruht in erster Linie auf einer positiven Korrelation zwischen Gebiet und Art, es gibt Orte jenseits der Tropen mit einem sehr hohen Artenreichtum, der nicht durch das Gebiet erklärt werden kann, die Tiefsee bietet ein riesiges Volumen für Leben, aber es gibt dort nicht viel Leben. Offensichtlich muss Energie etwas damit zu tun haben.
@swbarnes2, richtig, aber wie schafft es mehr Arten :-)
@Herman Ich denke, das erste Problem der Frage hat mit dem Energiekonzept zu tun, das Sie verwenden. Sie sagten biologisch verfügbare Energie. Sie meinen also Sonneneinstrahlung + Geothermie + warme Winde (?) + Zuckereintrag (z. B. durch einen Fluss)? Sie sprechen nicht über das Verhältnis von Photosynthese zu Atmung?
Könnten wir Ihre Frage ersetzen durch: „Wenn ich zwei riesige Kisten nehme und viele verschiedene Arten aus allen Abstammungslinien hinzufüge, um ein irgendwie funktionierendes Grundökosystem zu schaffen. In einer Kiste stelle ich die Temperatur auf 11°C ein und in der anderen Kiste ist die Temperatur eingestellt auf 19°C. In welcher Kiste habe ich den größten Artenreichtum, wenn ich 10.000 Jahre warte?“
@Remi.b Ich meinte in meinem Wüstenbeispiel Energie + Wasserverfügbarkeit. Ok, langsam wird es etwas verwirrend. Kommen wir zurück zu dem Punkt, an dem alles begann: „[Kann] Ihre Frage auf ‚Wie beeinflusst die Temperatur die Artenvielfalt‘ reduziert werden“? Nein, das glaube ich nicht, weil: 1) nicht die Artenvielfalt, sondern Muster des Artenreichtums (Gradienten) 2) die Temperatur eine Hypothese sein könnte, aber ich glaube, dass es eine solche Hypothese gibt, und sie ist fehlerhaft. Allerdings kann ich Ihnen jetzt nicht mit hoher Zuversicht sagen, wie genau es fehlerhaft ist, ich würde nicht fragen, ob ich alles wüsste. Ich habe die Antworten aber immer noch nicht gelesen.
@Herman - Ich stimme Ihnen zu, dass der Bereich allein die Gradienten, die wir sehen, nicht erklären kann. Ich denke nur, dass es in das Nullmodell aufgenommen werden muss.

Antworten (3)

Dies ist eine große Frage und ein sehr aktives Forschungsfeld. Ich bin nicht tief in dieser Literatur, aber Sie sollten sich die verschiedenen Skalierungsbeziehungen (oft Potenzgesetze) ansehen, die in Bezug auf Stoffwechsel vs. Körpergröße, Arten-Areal-Beziehungen und Artenreichtum vs. Biomasse beschrieben wurden. Bedenken Sie auch, dass der Energieverbrauch von Arten in einer Gemeinschaft sowohl im neutralen Modell ( Hubbell, 2001 ) als auch im Evolutionsmodell der Roten Königin als Nullsummenspiel betrachtet wird . Sie werden wahrscheinlich keine eindeutige Antwort auf Ihre Frage finden, aber es gibt einige interessante Schnittmengen von Ideen da draußen. Wie andere vorgeschlagen haben, müssen Sie auch unterschiedliche historische Aussterberaten berücksichtigen und berücksichtigen, und wie diese aktuelle Muster beeinflussen ( Mittelbach et al. 2007 ).

Einstiegspunkte könnten sein:

Ein paar Vorbehalte / Ideen; Zunächst einmal wurde argumentiert, dass der Breitengradient des Artenreichtums wahrscheinlich auf viele verschiedene Mechanismen in verschiedenen Taxa zurückzuführen ist (siehe Gaston, 2000). Hier suchen Sie nach einer Hypothese, um nicht nur dieses einzelne Muster zu erklären, sondern alle drei, was eine einzelne Erklärung noch unwahrscheinlicher macht. Zweitens wurden viele nicht ausschließliche Erklärungen für den Breitengradienten vorgebracht. Auch wenn wir nicht wissen, welche davon die wahren Mechanismen sind, sind einige eindeutig unvereinbar mit Erklärungen für alle drei von Ihnen erwähnten Muster, während andere auf alle anwendbar sein könnten. Zum Beispiel ist die Umweltstabilität in den Tropen ein vorgeschlagener Mechanismus für den Breitengradienten, aber dies macht nicht viel Sinn für einen Gradienten entlang der Meerestiefe (die Tiefsee war wohl eine stabilere Umgebung sowohl über kürzere als auch über längere Zeiträume). . Es könnte jedoch für einen Höhengradienten relevant sein.

Ich hoffe das hilft.

Danke, das tut es. Ich habe eine einfache Frage, die Sie ohne Recherche beantworten können sollten (vielleicht in Ihren Beitrag einfügen?), und die ich versucht habe, auch in meine ursprüngliche Frage aufzunehmen: "Was ist falsch daran, nur zu sagen, dass all diese Farbverläufe mit dem korrelieren Menge an Sonnenenergie, die Primärproduzenten zur Verfügung steht?" Ich kann es mir selbst nicht beantworten. Ist der Unterschied in der Sonneneinstrahlung für Pflanzen in den Tropen und gemäßigten Breiten wirklich signifikant? Steht in höheren Lagen wirklich weniger Sonnenenergie zur Verfügung? Kann es einige Biodiversitäts-Hotspots außerhalb der Tropen nicht erklären? Prost.
Ich habe versucht, alles in einen Kommentar zu quetschen, aber was soll's. Ich erinnere mich tatsächlich, dass ich eine Präsentation für ein Ökologie-Seminar an der Uni zu genau diesem Mittelbach-Papier gehalten habe :-) Ich stimme absolut zu, dass es möglicherweise keine wirkliche Antwort auf diese Frage gibt (aber deshalb habe ich zugestimmt, sogar fehlerhafte Hypothesen zu akzeptieren, die versuchen, die drei zu erklären Steigungen). Ich stimme auch zu, dass der beste Weg, dies zu beantworten, darin besteht, alles zu lesen, was Sie zitiert haben ... aber um ehrlich zu sein, habe ich speziell für die drei Farbverläufe zusammen nach einer Abkürzung gesucht :-D Ich sage nur, ich bin immer noch dankbar für Ihre Antwort .
Nun, zum einen erklärt die Menge an Sonnenenergie nicht die Unterschiede im Artenreichtum zwischen den Hemisphären, und ich bezweifle, dass sie Höhenunterschiede erklären kann.

Gute Frage!

In Bezug auf die Pflanzenvielfalt über dem Höhengradienten wurde in mehreren Studien in den Alpen und in den Anden gezeigt, dass die größte Fülle und Vielfalt weder in großen Höhen noch in niedrigen Höhen, sondern in mittleren Höhen zu finden ist. Einige argumentieren, dass die Fülle und Vielfalt von der Temperatur und dem menschlichen Einfluss abhängt, was dieses Muster erklärt. Es gibt ein theoretisches Modell, das die Berge entlang des Höhengradienten in drei Flecken schneidet und davon ausgeht, dass Pflanzen - wenn sie sich vermehren - entweder Samen in denselben oder in einen nahe gelegenen Flecken senden. Da der Patch in der Mitte den Genfluss von beiden „Seiten“ erhalten kann, während die „Extremitäten“ den Genfluss nur von einer „Seite“ erhalten können, ist die Diversität im mittleren Patch größer.

In aquatischen Lebensgemeinschaften gibt es nur sehr wenige physische Barrieren für den Genfluss und daher kommt es oft durch Sympathie zur Speziation (glaube ich!). Die Tiefe spielt aufgrund der Entwicklung des sensorischen Antriebs eine wichtige Rolle bei der Isolierung der Population (die die allopatrische Speziation ermöglicht). Einige Fische (um nur über Fische zu sprechen) haben Opsine (Proteine, die am Sehen beteiligt sind), die an tiefes Wasser angepasst sind, während andere Fische Opsine haben, die an flaches Wasser angepasst sind. Diese Divergenz ermöglicht es, Fische dazu zu drängen, einen bevorzugten Lebensraum zu wählen und den Genfluss zu verhindern.

Hohe Temperaturen führen zu einer hohen Mutationsrate und eine hohe Mutationsrate führt zu einer hohen Artbildungsrate (glaube ich).

Aufgrund der vergangenen Vereisung wurde festgestellt, dass Arten auf der Südhalbkugel im Durchschnitt jünger sind als die auf der Nordhalbkugel. Daher muss die vergangene Ökologie berücksichtigt werden, wenn über die gegenwärtige Vielfalt gesprochen wird. Landmassen unterschiedlicher Größe können sich auch unterschiedlich auf die Artenvielfalt auswirken.

Ich glaube nicht, dass eine Theorie, die die Artenvielfalt entlang dieser drei Gradienten erklärt, leicht zu finden ist. Ich würde eher denken, dass diese drei Gradienten wichtig sind, weil sie mit Parametern korrelieren, die die Artenvielfalt auf verschiedene Weise beeinflussen. Diese korrelierten Variablen sind Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht, Tageslichtzeit, Landmasse, Konnektivität (z. B. Flüsse, die Gene von Berg zu Tal oder umgebende Landmasse erhöhen), menschliche Einflüsse, …

Was meinst du mit "energiebezogener Gradient"? Redest du von Temperatur? Wenn ja, lässt sich Ihre Frage auf „Wie beeinflusst die Temperatur die Artenvielfalt“ reduzieren?

Sorry für die fehlenden Referenzen!

Dieser Wiki-Artikel listet ziemlich gut (besser als das, was ich in meiner obigen Antwort getan habe!) verschiedene Hypothesen zur Erklärung des Breitengradienten in der Artenvielfalt auf. Einige dieser Hypothesen können verwendet werden, um die Wirkung von Tiefe oder Höhe zu beschreiben.

Prost, @Remi.b. Was Ihren Absatz 1 angeht, wenn es um die Temperatur geht, dann sollte der Fuß des Berges die größte Biodiversität haben, oder? Nächstes Problem, sollten sich die Samen aufgrund der Schwerkraft nicht viel leichter den Gradienten hinunter bewegen (was wiederum zur Biodiversität der untersten Region beitragen würde). Schließlich sollte der mittlere Patch, selbst wenn er mehr Genfluss erhält, den Artenreichtum verringern , da der Genfluss gegen die Speziation wirkt, oder?
Ja, obwohl sowohl Sie als auch fileunderwater großartige Antworten geschrieben haben, muss ich zugeben, dass ich den von Ihnen zitierten Wiki-Artikel kannte und auch etwas Literatur über LDG gelesen habe ... aber ich dachte, ich sollte nach den drei kombinierten Farbverläufen fragen, nicht nur LDG, teils, weil ich keine Ahnung habe, wo ich nach einer Antwort auf diese Formulierung suchen soll, teils, weil ich neugierig bin, und teils, weil ich Sie nicht dazu bringen wollte, mir ein Buch mit all diesen aufgelisteten Theorien zu schreiben :-) Danke ohnehin. Ich hoffe immer noch, dass jemand anderes das für mich kauen könnte, damit ich nur schlucken muss, aber wenn nicht, gehe ich auch gerne selbst tiefer in die Sache ein.
Kommen wir nun zurück zu unserer Temperatur/Energie-Sache, vielleicht muss ich die Frage ein wenig umschreiben. Ich bezog mich hauptsächlich auf die Menge an Sonnenstrahlung, die für die Photosynthese zur Verfügung steht. Man kann es nicht wirklich Temperatur nennen, oder? Beantwortet es deine Frage oder nicht wirklich? Aber bei dieser Definition bin ich mir nicht sicher, ob die Menge an Sonnenenergie mit zunehmender Höhe abnimmt ... Wenn nicht, dann korreliert "Energie" vielleicht auch nicht mit allen drei Gradienten. Siehe auch meine Frage unter dem Beitrag von fileunderwater , vielleicht sollten wir sie zuerst beantworten.

Ich habe die Diversität von Euglossin-Bienen entlang von Höhengradienten in den Bergen des Amazonas untersucht. Die Referenzen, die ich gelesen habe, zeigten keinen Konsens bezüglich der Höhe. Bei einigen Gruppen war die Diversität in niedrigen Höhen höher; für andere Gruppen war es in der Mitte. Die größte Vielfalt habe ich in den mittleren Höhenlagen gefunden (die Berge lagen um die Äquatorlinie herum). Eine Hypothese betraf die Zufälligkeit: Werfen Sie viele Arten in einen Gradienten, und die meisten von ihnen überlappen sich zufällig in der Mitte. Eine andere Hypothese besagte über die Chance einer Wiederbesiedlung. Sie können überall aussterben, aber in der Nähe des Äquators (niedriger Breitengrad) und in der Nähe des Meeresspiegels (niedrige Höhe) können sich Arten schneller wieder ansiedeln, weil es mehr Land gibt. Schließlich glaube ich nicht, dass eine einfache Regel jeden Fall erklären wird. Und darüber habe ich unter dem Meeresspiegel noch nie nachgedacht. Sind Meeresvulkane nicht eine reichhaltige Umgebung?

Nun, ich schätze, sie sind biologisch reichhaltige Umgebungen, aber sie wären eine Ausnahme von der allgemeinen Regel, dass je tiefer man geht, desto weniger Sonnenlicht dringt in das Wasser ein, desto weniger Plankton gibt es zu essen, desto kälter wird es und sogar der Druck höher ist (was nicht mit Energie zusammenhängt). Ich denke also, dass es insgesamt einen solchen Gradienten gibt.
Was ist mit den Pflanzen, die Ihre Bienen gefressen haben, zeigten sie den gleichen Trend? Ich verstehe auch Ihre Zufälligkeitserklärung nicht: Wenn es sich um eine gleichmäßige Verteilung handelt, sollten die Bienen nur zufällig verteilt sein, naja, gleichmäßig, oder?
Im Meer hängt die Temperatur nicht linear mit der Tiefe zusammen. Sehen Sie sich das zweite Bild hier an: marinebio.org/oceans/temperature.asp
Ich sehe, dass sich die Pflanzen mit der Höhe verändert haben, habe aber ihren Reichtum oder ihre Vielfalt nicht gemessen. Stellen Sie sich eine Steigung von 100 auf 3000 Meter vor. Einige Bienen haben eine Höhenspanne von 200 m, andere von 2000 m. Stellen Sie sich vor, das ist auch zufällig. Wenn Sie sie alle zusammenfügen, überlappen sich die meisten in der Mitte, nicht an den Rändern. Siehe: sciencedirect.com/science/article/pii/S016953479901767X
Gibt es eine Hypothese, die versucht, Muster des Artenreichtums entlang aller drei energiebezogenen Umweltgradienten zu erklären?
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