Кіріспе
Түрлер мен экожүйелердің географиялық кеңістікте және геологиялық уақыт ішінде таралуын зерттеу – биогеографияның пәні. Биогеография – түрлер мен экожүйелердің географиялық кеңістікте және геологиялық уақыт ішінде таралуын зерттейтін ғылым. Организмдер мен биологиялық қауымдастықтар ендік, биіктік, оқшаулау және тіршілік ортасы аумағының географиялық градиенттері бойынша әдетте реттеліп өзгереді. Фитогеография – өсімдіктердің таралуын зерттейтін биогеографияның бір саласы. Зоогеография – жануарлардың таралуын зерттейтін сала. Микогеография – саңырауқұлақтардың, мысалы, қалпақша саңырауқұлақтардың таралуын зерттейтін сала. Организмдердің саны мен түрлерінің кеңістіктегі өзгеруін білу, географиялық тұрғыдан болжамды, бірақ әртүрлі ортаға бейімделуде бізге, ертедегі адамдарға ғана емес, бүгінде де өте маңызды. Биогеография – экология, эволюциялық биология, таксономия, геология, физикалық география, палеонтология және климатологиядан алынған ұғымдар мен ақпаратты біріктіретін интегративті зерттеу саласы. Қазіргі заманғы биогеографиялық зерттеулер организмдердің таралуына физиологиялық және экологиялық шектеулерден бастап, геологиялық және климаттық құбылыстарға дейін, әртүрлі салалардан алынған ақпарат пен идеяларды үйлестіреді, олар жаһандық кеңістіктік деңгейде және эволюциялық уақыт шеңберінде әрекет етеді. Бір тіршілік ортасы мен организмдер түрлері арасындағы қысқа мерзімді өзара әрекеттесу биогеографияның экологиялық қолданысын көрсетеді. Тарихи биогеография – организмдердің кең ауқымды жіктелуі үшін ұзақ мерзімді эволюциялық кезеңдерді сипаттайды. Карл Линнейден басталатын ерте ғалымдар биогеографияның ғылым ретінде дамуына үлес қосты. Биогеографияның ғылыми теориясы Александр фон Гумбольдт (1769–1859), Франсиско Хосе де Кальдас (1768–1816), Хьюетт Коттрелл Уотсон (1804–1881), Альфонс де Кандолл (1806–1893), Альфред Рассел Уоллес (1823–1913), Филип Латли Склейтер (1829–1913) және басқа да биологтар мен зерттеушілердің еңбектерінен туындады.
Biogeography is the study of the distribution of species and ecosystems in geographic space and through geological time. Organisms and biological communities often vary in a regular fashion along geographic gradients of latitude, elevation, isolation and habitat area. Phytogeography is the branch of biogeography that studies the distribution of plants. Zoogeography is the branch that studies distribution of animals. Mycogeography is the branch that studies distribution of fungi, such as mushrooms. Knowledge of spatial variation in the numbers and types of organisms is as vital to us today as it was to our early human ancestors, as we adapt to heterogeneous but geographically predictable environments. Biogeography is an integrative field of inquiry that unites concepts and information from ecology, evolutionary biology, taxonomy, geology, physical geography, palaeontology, and climatology. Modern biogeographic research combines information and ideas from many fields, from the physiological and ecological constraints on organismal dispersal to geological and climatological phenomena operating at global spatial scales and evolutionary time frames. The short term interactions within a habitat and species of organisms describe the ecological application of biogeography. Historical biogeography describes the long term, evolutionary periods of time for broader classifications of organisms. Early scientists, beginning with Carl Linnaeus, contributed to the development of biogeography as a science. The scientific theory of biogeography grows out of the work of Alexander von Humboldt (1769–1859), Francisco Jose de Caldas (1768–1816), Hewett Cottrell Watson (1804–1881), Alphonse de Candolle (1806–1893), Alfred Russel Wallace (1823–1913), Philip Lutley Sclater (1829–1913) and other biologists and explorers.
Кіріспе
Түрлердің географиялық аймақтарда таралу үлгілері көбінесе тарихи факторлардың үйлесімі арқылы түсіндіріледі, мысалы: түр пайда болу, жойылу, континенттік қозғалыс және мұз басу. Түрлердің географиялық таралуын бақылау арқылы теңіз деңгейінің, өзендердің бағыттарының, тіршілік ортасының және өзендердің бірігуінің өзгеруін көре аламыз. Бұл ғылым сонымен қатар құрлықтардың географиялық шектеулерін және оқшаулануын, сондай-ақ экологиялық жүйелердің энергиямен қамтамасыз етілуін қарастырады. Экологиялық өзгерістер кезеңінде биогеография өсімдіктер мен жануарлар түрлерін олардың өткен және/немесе қазіргі тірі қалатын жерлерінде, уақытша тіршілік ету орындарында және/немесе тіршілік ету локацияларында зерттейді. Жазушы Дэвид Куаммен айтқандай, "биогеография тек "Қай түр?" және "Қайда?" деген сұрақтарды қоймайды. Ол сондай-ақ "Неге?" және, кейде одан да маңыздысы, "Неге емес?" деген сұрақтарға да жауап береді". Қазіргі заманғы биогеографияда географиялық ақпараттық жүйелер (ГИС) жиі қолданылады, бұл организмдердің таралуына әсер ететін факторларды түсінуге және олардың таралуының болашақ тенденцияларын болжауға мүмкіндік береді. Көп жағдайда математикалық модельдер мен ГИС кеңістіктік сипаттамасы бар экологиялық мәселелерді шешу үшін қолданылады. Биогеография ең жақсы әлемдік аралдарда байқалады. Бұл мекендер көбінесе зерттеу үшін ыңғайлырақ, өйткені олар материктегі ірі экожүйелерге қарағанда тығыз. Аралдар да идеалды орындар, өйткені олар ғалымдарға жаңа инвазивті түрлер жақында ғана қоныстанған жерлерді қарауға және олардың бүкіл аралда қалай таралып, оны қалай өзгертетінін бақылауға мүмкіндік береді. Содан кейін олар осы білімді ұқсас, бірақ күрделірек материктік мекендерге қолдана алады. Аралдар биомаларының әртүрлілігімен ерекшеленеді, тропикалықтан арктикалық климатқа дейін. Бұл мекендердің әртүрлілігі әлемнің әртүрлі бөліктерінде түрлерді зерттеудің кең ауқымын қамтамасыз етеді. Бұл географиялық орындардың маңыздылығын бірінші болып түсінген ғалымдардың бірі Чарльз Дарвин болды, ол өзінің күнделігінде "Архипелагтардың зоологиясы зерттеуге лайық" деп жазды. Ол өсімдіктердің таралуын талқылады және оның теориялары ақырында Чарльз Дарвинге үлкен әсер етті, ол ботаникалық география туралы білгеннен кейін түрлердің бейімделуі мен эволюциясын қарастыруға шақырылды. Де Кандолл алғаш рет Жер шарындағы организмдердің шағын және ірі масштабтағы таралу үлгілерінің айырмашылықтарын сипаттады. Униформизм Жердің бұрынғыдан әлдеқайда ескі екенін көрсететін идеяны енгізді. Осы білімді пайдаланып, Лайелл түрлердің жойылуы мүмкін деген қорытындыға келді. Жердің климаты өзгеретінін байқағаннан кейін, түрлердің таралуы да сәйкес түрде өзгеруі керек екенін түсінді. Лайелл климаттың өзгеруі өсімдік жамылғысының өзгеруін толықтырады, осылайша қоршаған ортаны түрлердің әртүрлілігімен байланыстырды деп дәлелдеді. Бұл Чарльз Дарвиннің эволюция теориясын дамытуына үлкен әсер етті. 1958 жылы палеонтолог Пол С. Мартин Мексиканың Тамаулипас штатындағы Гомез-Фариас аймағындағы бауырымен жорғалаушылар мен қосмекенділердің биогеографиясы туралы еңбек жариялады, ол "жаңашыл" және "тарихи биогеографиядағы классикалық трактат" деп сипатталды. Мартин экология, ботаника, климаттану, геология және плейстоцендік таралу жолдары сияқты бірнеше ғылымдарды салыстырмалы түрде кішкентай, толығымен бұзылмаған, бірақ экологиялық жағынан күрделі аймақтың герптофаунасын зерттеу үшін қолданды. 1967 жылы Роберт МакАртур мен Э.О.Уилсонның "Арал биогеографиясының теориясы" атты еңбегі аймақтың түрлерге байлығын мекендеу ауданы, иммиграция деңгейі және жойылу деңгейі сияқты факторлар бойынша болжауға болатынын көрсетті. Бұл арал биогеографиясына деген қызығушылықты арттырды. Арал биогеографиясы теориясын тіршілік ету орындарының фрагменттеріне қолдану консервациялық биология және ландшафт экологиясы салаларының дамуына түрткі болды. Классикалық биогеография молекулалық систематиканың дамуымен кеңейтіліп, филогеография деп аталатын жаңа ғылым пайда болды. Бұл даму ғалымдарға арал эндемиктері сияқты популяциялардың шығу тегі мен таралуы туралы теорияларды тексеруге мүмкіндік берді. Мысалы, классикалық биогеографтар Гавай аралдарындағы түрлердің шығу тегі туралы болжамдар жасаса, филогеография оларға осы популяциялар мен әртүрлі континенттердегі, әсіресе Азия мен Солтүстік Америкадағы ықтимал бастапқы популяциялар арасындағы туыстық байланысты тексеруге мүмкіндік береді. Сондай-ақ, Океандық таралуды қараңыз.
Қазіргі заманғы қолдану
Биогеография қазіргі кезде физикалық география, геология, ботаника және өсімдік биологиясы, зоология, жалпы биология және модельдеу сияқты көптеген салаларды қамтиды. Биогеографтың басты назары қоршаған орта мен адамның түрлердің таралуына, сондай-ақ түрлер немесе генетикалық әртүрлілік сияқты өмірдің басқа да көріністеріне қалай әсер ететіндігіне аударған. Биогеография биологиялық әртүрлілікті сақтау және жоспарлау, түрлер мен биомалардағы жаһандық экологиялық өзгерістерді болжау, жұқпалы аурулардың, инвазивті түрлердің таралуын болжау және егін шаруашылығын жоспарлауға қолданылады. Технологияның дамуы және жетістіктері Жерді спутниктік бейнелеу және өңдеуді қоса алғанда, биогеографиялық талдау үшін көптеген болжамдық айнымалыларды жасауға мүмкіндік берді. Қазіргі заманғы биогеографияда маңызды болып табылатын спутниктік бейнелеудің екі түрі – жаһандық өндіріс тиімділігі моделі (GLO PEM) және географиялық ақпараттық жүйелер (GIS). GLO PEM спутниктік бейнелеу арқылы "өсімдіктердің қайта-қайта, кеңістікте және уақыт бойынша бақылануын" қамтамасыз етеді. Бұл бақылаулар жаһандық масштабта жүзеге асырылады. ГИС жер бетіндегі киттердің орналасуы, теңіз бетінің температурасы және батиметрия сияқты процестерді көрсете алады. Қазіргі ғалымдар сондай-ақ, биогеография тарихын зерттеу үшін, қоршаған ортада сақталған коралл рифтерін пайдаланады. Екі жаһандық ақпараттық жүйе биогеографияға арналған немесе оған басымдық береді (организмдерді бақылаудың кеңістіктік орналасуы түрінде), атап айтқанда, Жаһандық биологиялық әртүрлілік туралы ақпараттық жүйе (GBIF: 2023 жылдың тамызында 2,57 миллиард түрдің кездесуі туралы мәліметтер) және теңіз түрлері үшін ғана – мұхит биологиялық әртүрлілігі туралы ақпараттық жүйе (OBIS, бастапқыда мұхит биогеографиялық ақпараттық жүйесі: 2023 жылдың тамызында 116 миллион түрдің кездесуі туралы мәліметтер), ал ұлттық деңгейде түрлердің кездесуі туралы деректердің ұқсас жинақтары, мысалы, Ұлыбританияның Ұлттық биологиялық әртүрлілік желісі, Австралияның тірі атласы және тағы да басқалары бар. 2017 жылы мұхиттардағы Costello және авторлар тобы OBIS-те тіркелген 65 000 теңіз жануарлары мен өсімдіктерінің таралуын талдап, континенттік шельф және терең теңіз аймақтарына бөлінген 30 теңіз аймағын анықтау үшін нәтижелерді пайдаланды. Түрлердің кездесуі туралы деректердің толық еместігі, үлгі алудың шектеулі немесе мүлдем болмаған аумақтарды қамтудағы қиындықтарды ескере отырып, түрлердің экологиялық немесе басқа да қажеттіліктеріне (мысалы, тамақпен қамтамасыз ету немесе тіршілік ортасының талаптары) негізделген, толыққанды "болжамдық" немесе "модельделген" таралуын жасау үшін бірқатар әдістер әзірленді; бұл тәсіл экологиялық нишалық модельдеу (ENM) немесе түрлердің таралуын модельдеу (SDM) деп аталады. Деректердің сенімділігіне және қолданылған модельдердің сипатына (соның ішінде деректердің масштабтарына) байланысты, мұндай модельдерден жасалған карталар жеке түрлердің, түрлер тобының немесе жалпы биологиялық әртүрліліктің "нақты" биогеографиялық таралуын жақсырақ көрсетуге мүмкіндік береді, алайда, тарихи немесе соңғы адамның әрекеттері (мысалы, үлкен киттерді аулау немесе басқа да адамның салдарынан түрлердің жойылуы) қазіргі түрлердің таралуын олардың әлеуетті "толық" экологиялық іздерінен өзгерте алатынын ескеру қажет. GBIF (құрлықтағы) немесе OBIS (теңіздегі, сондай-ақ кейбір тұщы су түрлері) деректеріне негізделген нишалық модельдеу әдістерімен жасалған болжамдық карталардың мысалдары – Канзас университетінің бұрынғы Lifemapper жобасы (қазір BiotaPhy құрамында жалғастырылуда) және AquaMaps, 2023 жылға қарай шамамен 200 000 құрлықтағы және 33 000 телеостар, теңіз сүтқоректілері мен омыртқасыздардың түрлері үшін модельделген таралуы бар. ENM/SDM-нің бір артықшылығы – қазіргі (немесе тіпті өткен) модельделген таралуды көрсетуден басқа, климаттың өзгеруі сияқты өзгерген параметрлерді енгізу арқылы болашақта түрлердің таралуындағы ықтимал өзгерістерді көрсетуге болады.
Биогеографиялық аймақтастыру
Биогеографиялық аймақтастыру схемаларында көптеген критерийлер (түрлер құрамы, физиономия, экологиялық аспектілер) және иерархиялық схемалар болғандықтан, қолданылатын биогеографиялық бірліктердің көптеген түрлері бар: биогеографиялық салалар (экозоналар), биоөңірлер (sensu stricto), экоөңірлер, зоогеографиялық аймақтар, флоралық аймақтар, өсімдік жамылғысы түрлері, биомалар және т.б. Бұл санаттарға биогеографиялық бірлік, биогеографиялық аймақ терминдерін, олардың дәрежесіне қарамастан қолдануға болады. 2008 жылы биогеография үшін Халықаралық аймақ номенклатурасының кодексі ұсынылды. Ол шектеулі сәттілікке жетті; кейбір зерттеулер оны жақсы бағалады, бірақ басқалары оны қатты сынға алды және ол "әлі маңызды қолдау тапқан жоқ". Сол сияқты, палеобиогеография үшін ережелер жиынтығы да шектеулі сәттілікке жетті. 2000 жылы Вестерманн бұл салаларда формалды номенклатуралық ережелерді қабылдаудағы қиындықтар "палео және необиогеографтардың ұлттық (менің білуімше) немесе халықаралық деңгейде ешқандай формалды ұйымдарға немесе қоғамдарға бірікпегенінің ерекше жағдайына" байланысты болуы мүмкін деп болжады.