Co je biodiverzita?

Biodiverzita označuje veškerou rozmanitost živé přírody od genetické úrovně až po celé ekosystémy. Biologická rozmanitost zajišťuje vyšší stabilitu a lepší fungování ekosystému. V bohatších společenstvech se druhy dokáží lépe zastupovat a vyhynutí jednoho či více druhů nezpůsobí kolaps daného ekosystému.

Důležitost biodiverzity lze ukázat na příkladu kůrovcové kalamity v ČR. Pokud by byly lesy vícedruhové, byla zde přítomná vyšší biodiverzita, přemnožení jednoho škůdce by nezpůsobovalo kolaps celých lesních ekosystémů.

Měření biodiverzity

Biodiverzitu lze měřit mnoha různými způsoby, záleží, kterou úrovní se při jejím měření zabýváme:

taxonomická biodiverzita (nejčastější, podle počtu druhů či jiných taxonů)
genetická diverzita (dle sekvence DNA)
funkční diverzita (dle variability vlastností organismů)
fylogenetická diverzita (dle rozmanitosti evolučních linií)
krajinná diverzita (dle spektrální variability zeleně z družicových snímků)
syntaxonomická diverzita (dle počtu společenstev)

Typy biodiverzity

Ekolog Whittaker rozlišil v roce 1960 tři typy biodiverzity, a to:

alfa diverzita (dle počtu druhů na lokalitě či sledovaném vzorku, např. uvnitř mapovacího kvadrátu či v jednom fytocenologickém snímku)
beta diverzita (dle rozdílu v druhém složení mezi lokalitami, různého počtu společenstev či stanovišť ve sledované krajině)
gama diverzita (dle počtu druhů v širší lokalitě a krajině)

Gama diverzita se často prolíná se species pool (tj. druhový zásobník), který představuje množinu druhů potenciálně schopných osídlit danou lokalitu. Ne všechny druhy ze species pool jsou však gama diverzitou (nemusí být skutečně přítomny v širším okolí) a ne všechny druhy gama diverzity jsou species pool (nemusí být potenciiálně schopné osídlit danou lokalitu).

Beta diverzita může být vyjádřena podílem gama diverzity a průměrné alfa diverzity.

Alfa diverzita

Alfa diverzita popisuje biodiverzitu v jedné lokalitě či v daném, sledovaném vzorku. Nejjednodušším způsobem jak vyjádřit alfa diverzitu je prostý počet druhů na stanovišti.

Často je ale také vyjadřována indexy alfa diverzity, které kombinují počet druhů a další ukazatele, jako je např. abundance či fylogenetická příbuznost, do jednoho čísla:

Shannonův index diverzity
Simpsonův index diverzity
Rao koeficient diverzity

Simpsonův index diverzity

Simpsonův index diverzity vyjadřuje pravděpodobnost, že dva náhodně vybraní jedinci budou patřit ke stejnému druhu. Jde o jeden z nejlepších indexů biodiverzity, alespoň co se týká interpretace. Zahrnuje relativní abundanci druhů a počet druhů ve společenstvu.

Se zvyšující hodnotou indexu klesá diverzita, proto se častěji používá komplementární (1-D = Gini-Simpso index) či reciproká forma indexu (1/D).

Shannonův index diverzity

Shannonův index diverzity (či Shannon-Wiener index) je nejpoužívanějším indexem biodiverzity. Je odvozen z informační teorie, konkrétně z entropie systému, kdy se počítá růst neuspořádanosti systému spolu s rostoucí entropií. Byly vybrány stejné veličiny, abundance druhů a počet druhů ve společenstvu, ale díky jinému uspořádání vzorce závidí hodnota především na vyváženosti abundancí druhů.

Hodnota indexu stoupá s počtem druhů a především vyrovnaností jejich abundancí. Při absolutní vyrovnanosti abundancí je rovna počtu druhů. Při absolutní dominanci jednoho druhu dosahuje nuly. Obvykle se pohybuje mezi 1,5 a 3,5.

Rao index diverzity

Rao index diverzity zahrnuje krom abundance a počtu druhů ve společenstvu i jejich vzájemnou fylogenetickou. Ta se počítá jako taxonomická vzdálenost na fylogenetickém stromu.

Hodnota indexu stoupá s počtem druhů, jejich abundancemi a vyšší diverzitou druhů z různých fylogenetických evolučních linií.

Beta diverzita

Beta diverzita popisuje rozdílnost druhového složení mezi vzorky, rozlišujeme dva základní typy beta biodiverzity:

species turnover (obměna druhů podél ekologického, prostorového či časového gradientu)
variation (variabilita v druhém složení mezi vzorky bez ohledu na směr jakéhokoliv gradientu)

Měření beta diverzity klasickými indexy

Měření beta diverzity pomocí klasických indexů je nejjednodušším způsobem. Neberou v potaz druhové složení a počítají biodiverzitu z počtu druhů na lokální (alfa d.) a regionální (gama d.) úrovni.

Mezi běžné klasické indexy patří:

Whittakerova beta diverzita (multiplikativní míra, od podílu gama diverzity a průměrné alfa diverzity se odečte jednička)
Aditivní míra beta diverzity (od gama diverzity se odečte průměrná alfa diverzita)
Shannonova beta diverzita (multiplikativní míra, která bere v potaz vyrovnanost, rovná se podílu Shannonova indexu pro gama a alfa diverzitu)

Měření beta diverzity mnohorozměrnými indexy

Mnohorozměrné indexy pracují s druhovým složením párů vzorků a měří:

podobnost druhového složení, poté mluvíme o indexech podobnosti (S) a měření tzv. ekologické podobnosti
- nejnižší hodnota 0 = vzorky nesdílí žádný druh
rozdílnost druhového složení, poté jde o indexy vzdálenosti či nepodobnosti (D nebo beta) a měření ekologické vzdálenosti či právě beta diverzity
- nejnižší hodnota 0 = vzorky jsou shodné, sdílí všechny druhy

Velká část indexů měří právě ekologickou podobnost. Pokud se pohybují v rozmězí 1 a 0, často se na nepodobnosti či vzdálenosti převádí odečtením od jedničky. Ne všechny indexy lze ale takto konvertovat.

Principy mnohorozměrných indexů

Mnohorozměrné indexy vychází v naprosté většině z následujících komponentů:

a = počet druhů přítomen v obou vzorcích
b, c = počet druhů v jednom vzorku
d = počet druhů, které chybí v obou vzorcích, ale jsou přítomny v jiných v rámci zkoumaného datasetu

Indexy se dělí podle (ne)zahrnutí komponentu d na:

symetrické indexy (počítají s dvojitou nepřítomností a do výpočtu zahrnují komponentu d)
asymetrické indexy (nezahrnutí komponenty d)

Podle typu vstupních dat je pak dělíme na:

kvalitativní indexy (pouze pro prezenčně-absenční data, ANO/NE)
kvantitativní indexy (pro data vyjadřující abundance, počty aj.)

Biodiverzita a samostatná témata

Biodiverzita je rozsáhlé téma, a to ikdyž jde o stručné zápisky ve studijních materiálech. Proto byla vybraná témata vyčleněna do samostatných podkapitol:

Studijní materiály Biogeografie

Téma Biodiverzita (druhová bohatost) je součástí studijních materiálů Biogeografie. Tento předmět byl vyučován na Geografickém ústavu Masarykovy univerzity. Přejděte na rozcestník témat (1. tlačítko), nebo si přečtěte předcházející (2. tlačítko) či následující (3. tlačítko) téma.