Biodiversitätsmuster und -messung

Wie biologische Vielfalt über Gene, Arten und Ökosysteme hinweg definiert, quantifiziert und kartiert wird – und warum sie so ungleichmäßig auf dem Planeten verteilt ist.

Definition

Biodiversität ist die Vielfalt des Lebens auf allen Organisationsebenen, konventionell unterteilt in genetische Diversität innerhalb von Arten, Artenvielfalt innerhalb von Gemeinschaften und Ökosystem- (oder Gemeinschafts-) Diversität über Landschaften hinweg. Ihre Messung kombiniert die Zählung von Taxa (Reichtum), die Gleichmäßigkeit ihrer Häufigkeiten und zunehmend ihre phylogenetische und funktionale Einzigartigkeit.

Scope

Dieser Bereich behandelt die konzeptionellen und quantitativen Grundlagen der Biodiversitätswissenschaft: die drei klassischen Ebenen der Diversität (genetisch, Arten und Ökosystem), die zu ihrer Messung verwendeten Metriken und die großräumigen geografischen Muster, die sie bilden. Er umfasst die Schätzung des Artenreichtums und Diversitätsindizes, die Alpha-/Beta-/Gamma-Partitionierung, den latitudinalen Diversitätsgradienten und andere räumliche Muster, die Identifizierung von Hotspots und Endemismuszentren sowie die Indikatoren und Überwachungsrahmen, die zur Verfolgung von Biodiversitätsveränderungen im Laufe der Zeit verwendet werden. Ausgenommen sind die zugrunde liegenden ökologischen Prozesse, die die Gemeinschaftsstruktur erzeugen (behandelt in der Ökologie), und die Ursachen des Biodiversitätsverlusts (behandelt unter Bedrohungen der Biodiversität).

Sub-topics

• Biodiversitäts-Hotspots und Endemismus
• Biodiversitätsmonitoring und Indikatoren
• Latitudinal- und räumliche Diversitätsgradienten
• Artenreichtum und Diversitätsindizes

Core questions

• Wie viele Arten existieren, und wie viele bleiben unbeschrieben?
• Welche Metriken erfassen die Diversität auf genetischer Ebene, Artenebene und Ökosystemebene am besten?
• Warum erreicht der Artenreichtum in den Tropen seinen Höhepunkt und nimmt zu den Polen hin ab?
• Wo konzentrieren sich die artenreichsten und am stärksten bedrohten Regionen?
• Wie können Biodiversitätsveränderungen im Laufe der Zeit zuverlässig erkannt und überwacht werden?

Key concepts

• Artenreichtum und Artenhomogenität
• Diversitätsindizes (Shannon, Simpson)
• Alpha-, Beta- und Gamma-Diversität
• Endemismus und arten mit eingeschränktem Verbreitungsgebiet
• Phylogenetische und funktionale Diversität
• Arten-Areal-Beziehung
• Biodiversitätsindikatoren und essentielle Biodiversitätsvariablen

Key theories

Ebenen der Biodiversität

Biodiversität ist hierarchisch in genetische, Arten- und Ökosystemdiversität gegliedert; der Naturschutz erfordert die Berücksichtigung aller drei, da sie komplementäre Aspekte der biologischen Variation erfassen.

Alpha-, Beta- und Gamma-Diversität

Whittakers Partitionierung unterscheidet lokale (Alpha-) Diversität, den Austausch zwischen Standorten (Beta) und die gesamte regionale (Gamma-) Diversität und bietet einen skalenspezifischen Rahmen für den Vergleich von Gemeinschaften.

Biodiversitäts-Hotspots

Eine kleine Anzahl von Regionen kombiniert außergewöhnlichen Endemismus mit schwerwiegendem Lebensraumverlust; die Konzentration der Naturschutzbemühungen auf diese Hotspots kann einen unverhältnismäßig großen Anteil an Arten pro Flächeneinheit schützen.

Clinical relevance

Messungen untermauern alle Entscheidungen im Naturschutz: Schätzungen, wie viele Arten existieren und wo sie konzentriert sind, bestimmen, wo Schutzmaßnahmen priorisiert werden, wie Schutzgebiete gestaltet werden und ob internationale Ziele erreicht werden. Hotspot-Analysen haben die globale Mittelvergabe direkt beeinflusst, und standardisierte Indikatoren sind die Grundlage für die Berichterstattung im Rahmen von Abkommen wie der Konvention über die biologische Vielfalt.

History

Das moderne Konzept der Biodiversität kristallisierte sich in den 1980er Jahren heraus, wobei der Begriff um das National Forum on BioDiversity 1986 und E. O. Wilsons nachfolgende Schriften populär wurde. Quantitative Grundlagen sind älter: Diversitätsindizes, die Mitte des 20. Jahrhunderts aus der Informationstheorie entlehnt wurden, die Arten-Areal-Beziehung aus der Inselbiogeographie und die globale Hotspot-Kartierung aus Myers' Arbeit in den späten 1980er und 1990er Jahren.

Debates

Wie viele Arten existieren auf der Erde?

Schätzungen des globalen Artenreichtums variieren um eine Größenordnung, da die meisten Taxa, insbesondere Insekten, Mikroben und Tiefseelebewesen, unbeschrieben bleiben; Extrapolationsmethoden und Annahmen über Entdeckungsraten unterscheiden sich erheblich.

Welche Diversitätswährung sollte den Naturschutz leiten?

Die Priorisierung nach Artenreichtum, Endemismus, phylogenetischer Einzigartigkeit oder funktionaler Diversität kann zu unterschiedlichen Regionen führen, und es gibt keinen Konsens über eine einzige beste Metrik.

Key figures

• Robert H. Whittaker
• Edward O. Wilson
• Norman Myers
• Stuart Pimm

Seminal works

• myers2000
• pimm2014
• primack2014

Frequently asked questions

Was sind die drei Ebenen der Biodiversität?

Genetische Diversität (Variation innerhalb und zwischen Populationen einer Art), Artenvielfalt (die Vielfalt der Arten in einer Gemeinschaft oder Region) und Ökosystemdiversität (die Vielfalt der Lebensräume, Gemeinschaften und ökologischen Prozesse).

Was ist der Unterschied zwischen Artenreichtum und Diversität?

Reichtum ist einfach die Anzahl der vorhandenen Arten. Diversitätsindizes wie Shannon und Simpson kombinieren Reichtum mit Gleichmäßigkeit – wie gleichmäßig die Arten verbreitet sind – sodass zwei Gemeinschaften mit dem gleichen Reichtum sich in ihrer Diversität unterscheiden können.

Was ist ein Biodiversitäts-Hotspot?

Eine Region, die eine außergewöhnliche Konzentration endemischer Arten aufweist und einen großen Teil ihres ursprünglichen Lebensraums verloren hat. Hotspots werden genutzt, um begrenzte Naturschutzressourcen dort zu konzentrieren, wo sie die meisten Arten mit dem größten Risiko schützen können.