Życie i ewolucja biosfery (January Weiner)

Tytuł Życie i ewolucja biosfery Podtytuł Podręcznik ekologii ogólnej Autor January Weiner Język polski Wydawnictwo Wydawnictwo Naukowe PWN ISBN 978-83-01-21137-0 Rok wydania 2020 Warszawa Wydanie 3 liczba stron 720 Format epub, mobi Spis treści Rozdział 1 1 Wstęp 1 1.1. Czego czytelnik powinien się spodziewać po tej książce? 1 1.2. O metodzie naukowej 3 1.3. Ekologia współczesna 12 Literatura uzupełniająca 18 Rozdział 2 23 Życie biosfery 23 2.1. Żywy organizm 23 2.2. Żywa biosfera 24 2.3. Ekologia jako program badawczy biologii 25 2.4. Planeta Ziemia 26 2.4.1. Ziemia we wszechświecie 26 2.4.2. Planety Układu Słonecznego 29 2.4.3. Środowisko kosmiczne 31 2.4.4. Ruch Ziemi wokół Słońca, pory roku 33 2.4.5. Ruch obrotowy Ziemi wokół osi 34 2.4.6. Magnetosfera Ziemi 34 2.4.7. Hipoteza Milankoviča 35 2.5. Ziemia pod nogami 38 2.5.1. Co jest wewnątrz 38 2.5.2. „A jednak się rusza" 39 2.6. Cyrkulacja atmosferyczna i cykl hydrologiczny 44 Literatura uzupełniająca 48 Rozdział 3 49 Biogeneza i historia biosfery 49 3.1. Powstanie życia na Ziemi 49 3.1.1. Co to jest: życie 49 3.1.2. Hipotezy o powstaniu życia na Ziemi 51 3.1.3. „Od dołu": badania geologiczne i paleontologiczne 53 3.1.4. „Od góry": badania porównawcze współczesnych organizmów 58 3.1.5. Hipotezy i eksperymenty „tu i dzisiaj" 61 3.1.6. Od minerałów do praorganizmu 62 3.1.7. Świat RNA 68 3.1.8. Powstanie współczesnych form życiowych 70 3.2. Prehistoria życia i paleoekologia 71 3.3. Szerokie wymierania 74 3.3.1. Dokumenty paleontologiczne 75 3.3.2. Przyczyny katastrof 81 3.3.3. Zderzenia z meteorytami 81 3.3.4. Okresowość wymierań? 84 3.3.5. Wulkanizm i inne konkurencyjne hipotezy 85 Literatura uzupełniająca 87 Rozdział 4 89 Metabolizm biosfery 89 4.1. Cykl redoks 89 4.2. Heterotrofia 95 4.3. Autotrofia 96 4.4. Pobieranie azotu i siarki 100 4.5. Oddychanie 101 4.6. Ewolucja systemów metabolicznych 105 4.6.1. Ekosystemy cieplic głębinowych 105 4.6.2. Głęboka biosfera 108 4.6.3. Ewolucja fotosyntezy 109 Literatura uzupełniająca 112 Rozdział 5 113 Produkcja pierwotna biosfery 113 5.1. Energetyka produkcji biomasy 113 5.2. Metody pomiaru produkcji pierwotnej 117 5.2.1. Metody żniwne 119 5.2.2. Pomiary fizjologiczne 121 5.2.3. Metoda kowariancji wirów 122 5.2.4. Metody pośrednie 123 5.3. Od czego zależy tempo produkcji pierwotnej? 129 5.4. Produkcja pierwotna w oceanach 131 5.5. Produkcja pierwotna na lądach 134 5.6. Bilans energetyczny biosfery 139 Literatura uzupełniająca 143 Rozdział 6 145 Dekompozycja, czyli rozkład biomasy 145 6.1. Istota procesu 145 6.2. Dekompozycja dokonywana przez rośliny 147 6.3. Dekompozycja dokonywana przez konsumentów 147 6.4. Destruenci, detrytusożercy, saprofagi, „reducenci" 148 6.5. Procesy dekompozycji w wodach 149 6.6. Procesy dekompozycji na lądach 151 6.7. Od czego zależy tempo dekompozycji i jak się je mierzy? 152 6.8. Niedomknięte bilanse: deponowanie materii naturalnej 164 Literatura uzupełniająca 165 Rozdział 7 167 Cykle biogeochemiczne 167 7.1. Krążenie pierwiastków w biosferze 167 7.2. Cykl węgla 169 7.3. Bilans węgla a klimat globalny 183 7.3.1. Klimat się zmienia 183 7.3.2. Przyczyny zmian klimatu 185 7.3.3. Gazy cieplarniane 188 7.3.4. Spodziewane skutki wzrostu zawartości CO2 w atmosferze 192 7.4. Cykl azotu 195 7.5. Proces siarki 202 7.6. Cykl fosforu 208 7.7. Żelazo 210 Literatura uzupełniająca 211 Rozdział 8 213 Ekosystem 213 8.1. Warunki życia w oceanie i na lądzie 213 8.2. Biomy Ziemi 216 8.2.1. Zróżnicowanie biosfery 216 8.2.2. Gleba 218 8.3. Biosfera, biom, ekosystem 222 8.4. Pojęcie ekosystemu: problemy terminologiczne 231 8.5. Struktura troficzna ekosystemu 235 8.6. Modele ekosystemów 240 8.7. Bioenergetyka ekologiczna 244 Literatura uzupełniająca 247 Rozdział 9 249 Jezioro, las, step, ocean 249 9.1. Cztery przykłady 249 9.2. Jezioro 250 9.3. Las strefy umiarkowanej 264 9.3.1. Badania ekosystemów leśnych 264 9.3.2. Lasy Puszczy Niepołomickiej 265 9.3.3. Lasy naturalne i lasy użytkowe 277 9.4. Step 288 9.4.1. Ekosystem trawiasty 288 9.4.2. Suchy step karaganowo-ostnicowy w Mongolii 290 9.4.3. Wpływ gryzoni na obieg materii i produktywność stepu 292 9.5. Ocean 295 9.5.1. Ekosystem globalny 295 9.5.2. Biomy morskie 296 9.5.3. Prądy wstępujące (upwellingi) 297 9.5.4. El Niño 299 Literatura uzupełniająca 302 Rozdział 10 303 Funkcjonowanie ekosystemów — w poszukiwaniu ogólnych zasad 303 10.1. Struktura sieci troficznej i przepływ energii w ekosystemach 303 10.2. Przepływ energii i materii pomiędzy poziomami troficznymi 308 10.3. Analiza sieci troficznych 324 10.4. Od czego zależy długość łańcuchów troficznych 327 10.5. Regulacja ekosystemu: „z góry" czy „z dołu"? 329 10.6. Jak powstaje ekosystem 331 10.7. Stabilność ekosystemów 335 10.8. Trwałość biosfery 347 Literatura uzupełniająca 355 Rozdział 11 357 bogactwo biosfery 357 11.1. Zagadka rozmaitości biosfery 357 11.2. Zróżnicowanie form życiowych 360 11.2.1. Źródła zmienności organizmów żywych 360 11.2.2. Każdy organizm jest unikatem 361 11.2.3. Różnorodność wysokojakościowa 363 11.2.4. Zasobność prebiotyczna i wczesna ewolucja form życiowych 364 11.2.5. Nieciągłość zmienności 365 11.3. Zmiany liczby gatunków w historii biosfery 366 11.4. Ile gatunków żyje aktualnie na Ziemi? 374 11.4.1. Stan znajomości współczesnej flory i fauny 374 11.4.2. Próby oszacowania rzeczywistej liczby gatunków 378 11.5. Przestrzenna zmienność różnorodności gatunkowej w biosferze 386 11.5.1. Geograficzne wzorce różnorodności wysokogatunkowej 386 11.5.2. Przyczyny geograficznego zróżnicowania liczby gatunków 393 11.5.3. Zależność liczby gatunków od wielkości areału 405 11.6. Znaczenie globalnej różnorakości wysokogatunkowej i jej zagrożenia 409 11.6.1. Wymierania plejstoceńskie i współczesne 409 11.6.2. Pożytki z rozmaitości biologicznej 418 Literatura uzupełniająca 421 Rozdział 12 423 Organizm wśród organizmów 423 12.1. Środowisko biotyczne 423 12.2. Ewolucja interakcji międzygatunkowych 424 12.3. Konkurencja 429 12.3.1. Model konkurencji 429 12.3.2. Eksperymentalne badania nad konkurencją 439 12.3.3. Znaczenie konkurencji międzygatunkowej dla rozmaitości biosfery 450 12.4. Eksploatacja 451 12.4.1. Niesymetryczne interakcje międzygatunkowe 451 12.4.2. Pasożytnictwo 451 12.4.3. Drapieżnictwo 457 12.4.4. Roślinożerność 471 12.5. Mutualizm 476 12.5.1. Symbiozy metaboliczne 476 12.5.2. Zoogamia i zoochoria 487 12.5.3. Przymierze obronne 496 12.5.4. Komensalizm 497 12.5.5. Znaczenie mutualizmu dla różnorodności biosfery 498 Literatura uzupełniająca 500 Rozdział 13 501 różnorodność wysokogatunkowa w skali lokalnej 501 13.1. Struktura różnorakości 501 13.1.1. Składowe rozmaitości wysokogatunkowej 501 13.1.2. Powtarzalność składu wysokojakościowego 506 13.2. Zespół i biocenoza 507 13.2.1. Czy to, czym zajmuje się ekologia, w ogóle istnieje? 507 13.2.2. Burzliwe dzieje kilku pojęć 511 13.2.3. Wzorce i mechanizmy 515 13.3. Powtarzalne wzorce w strukturze zespołów 515 13.3.1. Wzorzec I: Redundancja biocenoz. Gatunków jest zawsze „za dużo", o sporo więcej niżeli kategorii troficznych realizujących funkcje ekosystemu 515 13.3.2. Wzorzec II: Wielkość populacji gatunków wchodzących w skład zespołów ma standardowy rozkład: niewiele dużych, dużo śladowych 519 13.3.3. Wzorzec III: Wielkości ciała gatunków wchodzących w skład zespołów posiadają standardowe rozkłady: niedużo dużych, dużo niewielkich 526 13.3.4. Wzorzec IV: Gatunki wchodzące w skład zespołu w sposób typowy różnią się od siebie („zasada ograniczonego podobieństwa") 534 13.3.5. Wzorzec V: Z danej puli gatunków w podobnych warunkach mogą się wytwarzać najróżniejsze zespoły, ale ich skład nie jest przypadkowy 541 13.3.6. Wzorzec VI: Konwergencja zespołów 544 13.3.7. Co wynika z analizy powtarzalnych wzorców w strukturze zespołów? 548 13.4. Dynamika biocenoz 551 13.4.1. Wzorce zmian struktury biocenozy w czasie: sukcesja 551 13.4.2. Sukcesja: proces deterministyczny czy losowy? 558 13.4.3. Równowaga w biocenozie 562 13.4.4. Mechanizm zrównoważenia liczby gatunków w zespole — model biogeografii wysp 562 13.5. Znaczenie lokalnej różnorakości wysokogatunkowej 565 13.5.1. Czy różnorodność gwarantuje stabilność? Rozważania teoretyczne 565 13.5.2. Potwierdzenia eksperymentalne 568 13.5.3. Czy obfitość jest dobra dla ekosystemu? 571 Literatura uzupełniająca 572 Rozdział 14 573 Ekologia gatunku 573 14.1. Populacja jednogatunkowa 573 14.1.1. Poziomy organizacji życia 573 14.1.2. Dynamika populacji 575 14.1.3. Wpływ czynników niezależnych od zagęszczenia na dynamikę populacji 577 14.2. Regulacja liczebności populacji 579 14.2.1. Czynniki zależne od zagęszczenia 579 14.2.2. Konkurencja we wnętrzugatunkowa — podział zasobów 587 14.2.3. Samoprzerzedzenie 588 14.2.4. Terytorializm 592 14.2.5. Stabilizujący wpływ zmienności jednostkowej 594 14.2.6. Warunki przetrwania gatunku 597 14.2.7. Populacja populacji, czyli metapopulacja 599 14.3. Demografia 604 14.3.1. Losy poszczególnych osobników 604 14.3.2. Wskaźnik zastępowania 605 14.3.3. Tabelka życia dla kohorty 607 14.3.4. Macierz projekcji 622 14.3.5. Związki pomiędzy współczynnikami dynamiki populacji 626 14.4. Strategie ewolucyjne gatunków 628 14.4.1. Historie życiowe 628 14.4.2. Kształtowanie strategii życiowej poprzez dobór naturalny 631 14.4.3. Organizm w środowisku — bioenergetyka naturalna 635 Literatura uzupełniająca 646 Epilog 649 Dodatek 1 653 użycie badań satelitarnych w ekologii 653 D1.1. Satelity do korzystania codziennego: GPS 653 D1.2. Radiotelemetria satelitarna 656 D1.3. Metody teledetekcji satelitarnej 658 D1.4. Dostęp do informacji satelitarnych 671 D1.5. Lotem trutnia 672 Literatura uzupełniająca 673 Dodatek 2 675 Przewodnik po metodach statystyki wielowymiarowej 675 Przykłady zastosowań statystyki wielowymiarowej w ekologii 686 Literatura uzupełniająca 687 Dodatek 3 689 Metody molekularne w ekologii 689 D3.1. „Ekologia molekularna" 689 D3.2. Markery genetyczne 691 D3.3. Warsztat molekularny w ekologii 692 D3.4. Wybrane przykłady zastosowań metod molekularnych w najróżniejszych obszarach ekologii 696 D3.4.1. Struktura i funkcjonowanie ekosystemów 696 D3.4.2. Ekologia gatunku, populacji i osobnika 700 Literatura uzupełniająca 703 Słownik wybranych pojęć z zakresu ekologii 705 Źródła ilustracji 757 Indeks rzeczowy 765 Indeks nazw organizmów 785