Zakres tolerancji dla gatunków

Życie można spotkać na Ziemi niemal wszędzie, jednak nie jest ono równomiernie rozmieszczone na planecie. Różne gatunki zamieszkują różne obszary; zasięgi niektórych gatunków się nakładają, innych - nie. Dla każdego gatunku istnieje pewien zestaw warunków środowiskowych, w których może najlepiej przetrwać i się rozmnażać. Nic dziwnego - właśnie do tych warunków gatunek jest najlepiej przystosowany. Wiele różnych czynników fizycznych, abiotycznych (tzn. nieożywionych) wpływa na to, gdzie żyją gatunki; w tym: temperatura, wilgotność, chemizm gleby, pH, zasolenie i ilość tlenu.

Gatunki oprócz zasięgów geograficznych mają także zakresy tolerancji dla abiotycznych czynników środowiska. Innymi słowy, mogą tolerować (przetrwać) w określonym zakresie danego czynnika, ale nie mogą przetrwać, jeśli tego czynnika jest zbyt dużo lub zbyt mało. Weźmy na przykład temperaturę. Niedźwiedzie polarne radzą sobie bardzo dobrze w niskich temperaturach, ale w tropikach zginęłyby z przegrzania.

Z drugiej strony, żyrafa radzi sobie świetnie w upale afrykańskiej sawanny, ale szybko zamarzłaby na śmierć w Arktyce. Ten przykład wskazuje na ważny aspekt zakresów tolerancji – różne organizmy mają różne zakresy tolerancji dla tego samego czynnika. W rzeczywistości, zakres tolerancji pojedynczego osobnika może zmieniać się w czasie; na przykład osobniki niektórych gatunków łososi zaczynają życie w słodkowodnych strumieniach, następnie migrują do otwartego oceanu, po czym wracają do swych rodzimych strumieni, by się rozmnożyć. Łosoś toleruje ogromne zmiany zasolenia różnych typów wód, które przemierza podczas swej wędrówki, doświadcza także wielu zmian temperatury wody.

Kolejnym istotnym aspektem jest to, że wszystkie organizmy mają zasięgi tolerancji – mikroorganizmy, grzyby, rośliny i zwierzęta, łącznie z ludźmi. Podczas gdy ludzka technologia pozwoliła nam żyć i pracować w bardziej ekstremalnych środowiskach, ludzie wciąż zamarzają na śmierć, umierają z powodu udaru słonecznego, utonięcia, uduszenia, kontaktu z kwasem czy braku słodkiej wody do picia. Nasza ochronna technologia i tolerancja dla zbyt wysokiego czy zbyt niskiego poziomu tych czynników tutaj się kończy – poza zakresem tolerancji nie możemy przeżyć i nie przeżywamy.

Biolodzy są często zainteresowani poznaniem i zrozumieniem zakresów tolerancji różnych gatunków względem różnych czynników środowiskowych. Gdyby narysować wykres pokazujący ile osobników w populacji żyje w poszczególnych wartościach zakresu jakiegokolwiek wybranego czynnika, to prawie zawsze otrzymalibyśmy rozkład normalny. Spójrz na dwa wykresy krzywych tolerancji pokazane poniżej. Pozioma oś może dotyczyć dowolnego czynnika abiotycznego (warunkom środowiska), załóżmy jednak, że odpowiada poziomowi tlenu w słodkowodnych jeziorach. Jeśli studiujesz konkretny gatunek ryby, powiedzmy Fundulus notatus (ang. blackstripe topminnow), możesz pójść w teren i zmierzyć poziom tlenu w każdym jeziorze, w którym znajdziesz tę rybę, a także policzyć osobniki tego gatunku w każdym jeziorze. Jeśli sporządzisz wykres ze swoich danych, może on wyglądać jak Wykres 1 (Graph 1). Z wykresu wynika, że większość przedstawicieli tego gatunku żyje w środkowej części zakresu zawartości tlenu; to tam wykres jest najwyższy. Gdy przesuwasz się ze środkowej części do niższych (w lewo) lub do wyższych (w prawo) poziomów tlenu, wykres nie jest już tak wysoki – jest mniej osobników, które żyją w jeziorach o niższej lub wyższej zawartości tlenu. A jeśli poziom tlenu jest skrajnie niski lub wysoki, przekracza zakres tolerancji gatunku i jego przedstawiciele nie występują w tych jeziorach.

Spójrz teraz na Wykres 2 (Graph 2), który przedstawia krzywą zakresu tolerancji tlenu dla różnych gatunków ryb, w tym przypadku Cyprinella venusta (ang. blacktail shiner).

Co Wykres 2 mówi nam o rybach Cyprinella venusta w porównaniu do Fundulus notatus? Cyprinella venusta ma węższy zakres tolerancji dla tlenu niż Fundulus notatus. C. venusta może przetrwać tylko w wąskim zakresie poziomu tlenu, a więc spodziewamy się, że jego zasięg geograficzny będzie bardziej ograniczony; nie będzie rozmieszczony tak szeroko jak F. notatus, ponieważ nie radzi sobie dobrze na przykład w zastałych zbiornikach o niskiej zawartości tlenu. Jeśli przyjrzymy się bliżej, zauważymy także, że szczyt krzywej dla C. venusta jest odrobinę przesunięty na prawo w porównaniu do szczytu krzywej dla F. notatus. To informuje nas, że w porównaniu do F. notatus C. venusta najlepiej czuje się w nieco bardziej natlenionych wodach.

Zarówno Wykres 1, jak i Wykres 2 mają kształt dzwonowaty. To typowy kształt, który otrzymujemy rysując zakresy tolerancji; co interesujące, krzywe o takim kształcie ilustrują to, co nazywamy rozkładem normalnym lub rozkładem Gaussa. Możemy z jego pomocą odczytać, jakie warunki są odpowiednie dla gatunku: nie za gorące i nie za zimne; nie za słone ani zbyt mało słone; nie za wilgotne i nie za suche. Te preferencje i potrzeby związane z poszczególnymi warunkami mają ogromny wpływ na rozmieszczenie gatunków na Ziemi i mogą być bardzo złożone, jeśli weźmiemy pod uwagę, że liczne czynniki abiotyczne wpływają jednocześnie na każdego osobnika i każdy gatunek.