Бета-разнообразие - Beta diversity

В экология, бета-разнообразие (β-разнообразие или истинное бета-разнообразие) - соотношение регионального и местного видового разнообразия. Термин был введен Р. Х. Уиттакер[1] вместе с условиями альфа-разнообразие (α-разнообразие) и гамма-разнообразие (γ-разнообразие). Идея заключалась в том, что общая видовое разнообразие в ландшафте (γ) определяется двумя разными вещами: средним видовым разнообразием на уровне среды обитания (α) и дифференциацией между средами обитания (β). Другие формулировки для бета-разнообразия включают «абсолютный оборот видов», «оборот видов Уиттекера» и «пропорциональный оборот видов».

Уиттакер предложил несколько способов количественной оценки дифференциации, и последующие поколения экологов изобрели больше. В результате сейчас существует множество определенных типов бета-разнообразия.[2][3] Некоторые используют бета-разнообразие для обозначения любого из нескольких показателей, связанных с неоднородностью состава.[4][5][6] Чтобы избежать путаницы, используйте разные названия для других формулировок.[2][3][7][8][9][10]

Бета-разнообразие как мера видового оборота преувеличивает роль редких видов, поскольку разница в видовом составе между двумя участками или сообществами, вероятно, отражает присутствие и отсутствие некоторых редких видов в сообществах. Бета-разнообразие также может быть мерой вложенности, которая возникает, когда сообщества видов на участках с низким содержанием видов являются подмножеством сообществ на участках с более высоким содержанием видов.[11] Более того, попарное бета-разнообразие неадекватно для построения всех разделов биоразнообразия (некоторые разделы на диаграмме Венна из 3 или более участков не могут быть выражены альфа- и бета-разнообразием). Следовательно, некоторые макроэкологические и общественные закономерности не могут быть полностью выражены альфа- и бета-разнообразием. По этим двум причинам появился новый способ измерения круговорота видов. Разнообразие дзетов (ζ-разнообразие),[12] был предложен и использован для соединения всех существующих моделей биоразнообразия на основе заболеваемости.

Типы

Истинное бета-разнообразие

Гамма-разнообразие и альфа-разнообразие можно рассчитать непосредственно из данных инвентаризации видов.[2][13] Самое простое из оригинальных определений бета-разнообразия, данное Уиттакером, - это

β = γ / α

Здесь гамма-разнообразие - это общее видовое разнообразие ландшафта, а альфа-разнообразие - это среднее видовое разнообразие на среду обитания. Поскольку ограничения среди местообитаний и ландшафтов расплывчаты и в некоторой степени субъективны, было предложено количественно оценить гамма-разнообразие для любого набора данных инвентаризации, а альфа- и бета-разнообразие можно определить количественно всякий раз, когда набор данных делится на субъединицы. Тогда гамма-разнообразие - это общее видовое разнообразие в наборе данных, а альфа-разнообразие - среднее видовое разнообразие на субъединицу. Бета-разнообразие количественно определяет, сколько субъединиц было бы, если бы общее видовое разнообразие набора данных и среднее видовое разнообразие на субъединицу оставалось неизменным, но субъединицы не имели общих видов.[2][7]

Абсолютный оборот видов

Некоторые исследователи предпочли разделить гамма-разнообразие на аддитивные, а не мультипликативные компоненты.[14][15] Тогда бета-компонент разнообразия становится

βА = γ - α

Это количественно определяет, насколько больше видового разнообразия содержится во всем наборе данных, чем в средней субъединице в наборе данных. Это также можно интерпретировать как общий объем оборота видов среди субъединиц в наборе данных.[2]

Когда есть две субъединицы и используются данные о присутствии-отсутствии, это можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

[16]

где, S1= общее количество видов, зарегистрированных в первом сообществе, S2= общее количество видов, зарегистрированных во втором сообществе, и c = количество видов, общих для обоих сообществ.

Оборот видов Уиттекера

Если абсолютный круговорот видов разделить на альфа-разнообразие, будет получена мера, которая количественно определяет, сколько раз видовой состав полностью изменяется среди субъединиц набора данных. Эта мера была предложена Уиттакером,[17] поэтому это было названо круговоротом видов Уиттекера.[2] Он рассчитывается как

βW = (γ - α) / α = γ / α - 1

Когда есть две субъединицы и используются данные о присутствии-отсутствии, это равно одному дополнению от Индекс сходства Соренсена.[2][18]

Пропорциональный оборот видов

Если абсолютный круговорот видов разделить на гамма-разнообразие, получается показатель, который количественно определяет, какая часть видового разнообразия в наборе данных не содержится в средней субъединице.[2] Он рассчитывается как

βп = (γ - α) / γ = 1 - α / γ

Когда есть две субъединицы и используются данные о присутствии-отсутствии, эта мера в диапазоне от интервала [0, 1] равна одному дополнению от Индекс сходства Жаккара.[2]

паттерны β-разнообразия

Размер зерна изменяет соотношение между бета-разнообразием деревьев и широтой. См. Sreekar et al.[19]

Хотя понимание изменения видового состава от местного к региональному масштабу (β-разнообразие) является центральной темой в экологии и биогеографии, исследования часто приходили к разным выводам относительно фундаментальных закономерностей β-разнообразия. Например, гипотеза сжатия ниши предсказывала более высокое β-разнообразие на более низких широтах.[20][19][21][22][23] Исследования, сравнивающие естественную среду обитания с измененной человеком средой обитания, ничем не отличаются. Китчинг и др.[24] отобрали пробы бабочек в девственных и вырубленных лесах долины Данум, Борнео, чтобы показать, что β-разнообразие в девственных лесах выше, чем в вырубленных лесах. Напротив, Берри и др.[25] взяли образцы деревьев в том же районе исследования, чтобы показать, что β-разнообразие в вырубленных лесах выше, чем в девственных лесах. Результаты этих двух исследований полностью отличались от результатов недавнего количественного синтеза,[26] которые показали, что β-разнообразие в девственных лесах было аналогично β-разнообразию во всех типах измененных человеком сред обитания (вторичные леса, плантации, пастбища и город). Таким образом, между исследованиями отсутствует консенсус относительно паттернов β-разнообразия. Sreekar et al.[19] предположили, что большинство этих несоответствий было связано с различиями в размере зерен и / или пространственной протяженности между исследованиями. Они показали, что пространственный масштаб меняет соотношение между β-разнообразием и широтой.

Разделение разнообразия в геологическом прошлом

Основные события диверсификации в геологическом прошлом были связаны со сдвигами в относительном вкладе альфа- и бета-разнообразия (разделение разнообразия). Примеры включают Кембрийский взрыв,[27] то великое событие ордовикской биоразнообразия,[28] и возмещение конец перми[29] и конец триаса[30] массовые вымирания. Эмпирические данные этих тематических исследований подтверждают теоретические прогнозы о том, что все большее количество видов увеличит бета-разнообразие по сравнению с альфа-разнообразием из-за эффектов от межвидовая конкуренция; тем не менее, альфа-разнообразие может снова увеличиться, как только варианты увеличения географического оборота будут исчерпаны.[31]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уиттакер RH (1960). «Растительность гор Сискию, Орегон и Калифорния». Экологические монографии. 30 (3): 279–338. Дои:10.2307/1943563. JSTOR  1943563.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я Туомисто Х (2010). «Разнообразие бета-разнообразия: исправление ошибочной концепции. Часть 1. Определение бета-разнообразия как функции альфа- и гамма-разнообразия». Экография. 33: 2–22. Дои:10.1111 / j.1600-0587.2009.05880.x.
  3. ^ а б Туомисто Х (2010). «Разнообразие бета-разнообразия: исправление ошибочной концепции. Часть 2. Количественная оценка бета-разнообразия и связанных явлений». Экография. 33: 23–45. Дои:10.1111 / j.1600-0587.2009.06148.x.
  4. ^ Колефф П., Гастон К.Дж., Леннон Дж.Дж. (2003). «Измерение бета-разнообразия для данных о присутствии / отсутствии». Журнал экологии животных. 72 (3): 367–382. Дои:10.1046 / j.1365-2656.2003.00710.x.
  5. ^ Андерсон М.Дж., Крист Т.О., Чейз Дж.М., Велленд М., Иноуе Б.Д., Фристоун А.Л. и др. (Январь 2011 г.). «Навигация по множеству значений β-разнообразия: дорожная карта для практикующего эколога». Письма об экологии. 14 (1): 19–28. Дои:10.1111 / j.1461-0248.2010.01552.x. PMID  21070562.
  6. ^ Горелик Р. (декабрь 2011 г.). «Комментарий: есть ли у нас последовательная терминология для обозначения разнообразия видов? Заблуждение об истинном разнообразии». Oecologia. 167 (4): 885–8, обсуждение 903–11. Bibcode:2011Oecol.167..885G. Дои:10.1007 / s00442-011-2124-8. PMID  21947497. S2CID  6244637.
  7. ^ а б Туомисто, Х. 2010. Единая терминология для количественной оценки видового разнообразия? Да, существует. Oecologia 4: 853–860. Дои:10.1007 / s00442-010-1812-0
  8. ^ Юрасинский Г., Кох М. (декабрь 2011 г.). «Комментарий: есть ли у нас единая терминология по видовому разнообразию? Мы в пути». Oecologia. 167 (4): 893–902, обсуждение 903–11. Bibcode:2011Oecol.167..893J. Дои:10.1007 / s00442-011-2126-6. PMID  21938639. S2CID  24562429.
  9. ^ Морено CE, Родригес П. (декабрь 2011 г.). «Комментарий: есть ли у нас единая терминология для обозначения разнообразия видов? Вернемся к основам и к объединяющей структуре». Oecologia. 167 (4): 889–92, обсуждение 903–11. Bibcode:2011Oecol.167..889M. Дои:10.1007 / s00442-011-2125-7. PMID  21965142. S2CID  8917573.
  10. ^ Туомисто Х (2011). «Комментарий: есть ли у нас последовательная терминология для определения разнообразия видов? Да, если мы решим ее использовать». Oecologia. 167 (4): 903–911. Bibcode:2011Oecol.167..903T. Дои:10.1007 / s00442-011-2128-4. S2CID  19271108.
  11. ^ Базельга А (январь 2010 г.). «Разделение составляющих текучести и вложенности бета-разнообразия». Глобальная экология и биогеография. 19 (1): 134–143. Дои:10.1111 / j.1466-8238.2009.00490.x. ISSN  1466-8238.
  12. ^ Хуэй С., МакГеоч М.А. (2014). «Разнообразие дзетов как концепция и показатель, объединяющий модели биоразнообразия на основе заболеваемости». Американский натуралист. 184 (5): 684–694. Дои:10.1086/678125. HDL:10019.1/98200. PMID  25325751. S2CID  24693167.
  13. ^ Чао А., Чиу СН, Йост Л. (ноябрь 2010 г.). «Меры филогенетического разнообразия на основе чисел Хилла». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B, Биологические науки. 365 (1558): 3599–609. Дои:10.1098 / rstb.2010.0272. ЧВК  2982003. PMID  20980309.
  14. ^ Ланде Р. (май 1996 г.). «Статистика и разделение видового разнообразия и сходства между несколькими сообществами». Ойкос. 1 (1): 5–13. Дои:10.2307/3545743. JSTOR  3545743.
  15. ^ Вич Дж. А., Саммервилл К. С., Крист Т. О., Геринг Дж. К. (октябрь 2002 г.). «Аддитивное разделение видового разнообразия: недавнее возрождение старой идеи». Ойкос. 99 (1): 3–9. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2002.990101.x.
  16. ^ Альберт Дж. С., Рейс Р. Э. (8 марта 2011 г.). Историческая биогеография неотропических пресноводных рыб. Калифорнийский университет Press. п. 308. ISBN  978-0-520-26868-5. Получено 28 июн 2011.
  17. ^ Уиттакер RH (1972). «Эволюция и измерение видового разнообразия». Таксон. 21 (2–3): 213–251. Дои:10.2307/1218190. JSTOR  1218190.
  18. ^ Соренсен Т.А. (1948). «Метод установления групп равной амплитуды в социологии растений, основанный на сходстве содержания видов, и его применение к анализу растительности на датских территориях». Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs Biologiske Skrifter. 5: 1–34.
  19. ^ а б c Sreekar R, Katabuchi M, Nakamura A, Corlett RT, Slik JW, Fletcher C и др. (Сентябрь 2018 г.). «Пространственный масштаб меняет соотношение между бета-разнообразием, видовым богатством и широтой». Королевское общество открытой науки. 5 (9): 181168. Bibcode:2018RSOS .... 581168S. Дои:10.1098 / rsos.181168. ЧВК  6170539. PMID  30839691.
  20. ^ MacArthur RH (ноябрь 1965 г.). «Закономерности видового разнообразия». Биологические обзоры. 40 (4): 510–33. Дои:10.1111 / j.1469-185X.1965.tb00815.x. S2CID  86777476.
  21. ^ Колефф П., Леннон Дж. Дж., Гастон К. Дж. (Ноябрь 2003 г.). «Есть ли широтные градиенты в круговороте видов?». Глобальная экология и биогеография. 12 (6): 483–98. Дои:10.1046 / j.1466-822X.2003.00056.x.
  22. ^ Крафт Нью-Джерси, Комита Л.С., Чейз Дж.М., Сандерс Нью-Джерси, Свенсон Н.Г., Крист Т.О. и др. (Сентябрь 2011 г.). «Распутывание факторов β-разнообразия по широтным и высотным градиентам». Наука. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. 333 (6050): 1755–8. Bibcode:2011Научный ... 333.1755K. Дои:10.1126 / science.1208584. PMID  21940897. S2CID  206535334.
  23. ^ Цянь Х, Чен С., Мао Л., Оуян З. (июнь 2013 г.). «Пересмотренные факторы β-разнообразия вдоль широтных градиентов». Глобальная экология и биогеография. 22 (6): 659–70. Дои:10.1111 / geb.12020.
  24. ^ Китчинг Р.Л., Эштон Л.А., Накамура А., Уитакер Т., Кхен CV (июнь 2013 г.). «Дистанционный круговорот видов в тропических лесах Борнеи: однородность и неоднородность в девственных лесах и лесах после вырубки». Экография. 36 (6): 675–82. Дои:10.1111 / j.1600-0587.2012.00023.x. HDL:10072/57312.
  25. ^ Берри, штат Нью-Джерси, Филлипс, О.Л., Онг Р.С., Хамер, К.С. (октябрь 2008 г.). «Влияние выборочных рубок на разнообразие деревьев в ландшафте тропических лесов: важность пространственного масштаба». Ландшафтная Экология. 23 (8): 915–29. Дои:10.1007 / s10980-008-9248-1. S2CID  38892245.
  26. ^ Ньюболд Т., Хадсон Л.Н., Хилл С.Л., Конту С.Л., Грей К.Л., Шарлеманн Дж. П. и др. (Декабрь 2016 г.). «Глобальные закономерности оборота наземных сообществ внутри и между землепользованиями». Экография. 39 (12): 1151–63. Дои:10.1111 / ecog.01932.
  27. ^ На Л., Кисслинг В. (апрель 2015 г.). «Разнообразие разделения во время кембрийской радиации». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 112 (15): 4702–6. Bibcode:2015ПНАС..112.4702Н. Дои:10.1073 / pnas.1424985112. ЧВК  4403203. PMID  25825755.
  28. ^ Сепкоски JJ (1988). «Альфа, бета или гамма: где все разнообразие?». Палеобиология. 14 (3): 221–34. Дои:10.1017 / s0094837300011969. PMID  11542147.
  29. ^ Хофманн Р., Хаутманн М., Бухер Х (2017-10-03). «Разделение разнообразия в бентосных экосистемах перми и раннего триаса на западе США: сравнение». Историческая биология. 29 (7): 918–930. Дои:10.1080/08912963.2016.1263626. S2CID  132194066.
  30. ^ Хаутманн М (2016). «Разделение разнообразия в донных сообществах юры». Историческая биология. 28 (6): 849–857. Дои:10.1080/08912963.2015.1051482. S2CID  85880638.
  31. ^ Хаутманн М (2014). «Диверсификация и разделение разнообразия». Палеобиология. 40 (2): 162–176. Дои:10.1666/13041. S2CID  86225708.