Экологическая ниша - Ecological niche

В нелетающий навозник занимает экологическую нишу: использует помет животных в качестве источника пищи.

В экология, ниша - это соответствие вида конкретным условиям окружающей среды.[1][2] Он описывает, как организм или популяция реагируют на распределение Ресурсы и конкурентов (например, за счет роста, когда ресурсов много, а когда хищники, паразиты и патогены редки) и как это, в свою очередь, изменяет те же факторы (например, ограничивая доступ к ресурсам для других организмов, выступая в качестве источника пищи для хищников и потребителя добычи). «Тип и количество переменных, составляющих размеры экологической ниши, варьируются от одного вида к другому [и] относительная важность конкретных экологических переменных для вида может варьироваться в зависимости от географического и биотического контекстов».[3]

Гриннеллианская ниша определяется место обитания в котором обитает вид и сопровождающие его поведенческие адаптации. Эльтонская ниша подчеркивает, что вид не только растет в среде и реагирует на нее, но также может изменять среду и свое поведение по мере роста. Хатчинсоновская ниша использует математику и статистику, чтобы попытаться объяснить, как виды сосуществуют в пределах данного сообщества.

Концепция экологической ниши занимает центральное место в экологическом биогеография, в котором основное внимание уделяется пространственным структурам экологических сообществ.[4] «Распределение видов и их динамика во времени являются результатом свойств видов, изменчивости окружающей среды ... и взаимодействия между ними - в частности, способности некоторых видов, особенно наших, изменять свою среду обитания и изменять динамику ареала многих видов. другие виды ".[5] Переделка экологической ниши ее обитателями - тема конструкция ниши.[6]

Большинство видов существует в стандартной экологической нише, разделяя поведение, адаптации и функциональные черты похож на другие близкородственные виды в пределах того же широкого таксономический класс, но бывают исключения. Ярким примером нестандартного вида, заполняющего нишу, является нелетающий, наземный киви птица Новой Зеландии, которая питается червями и другими наземными существами и живет в нише, похожей на млекопитающих. Биогеография острова может помочь объяснить островные виды и связанные с ними незаполненные ниши.

Гриннеллианская ниша

Ниша: место, где может стоять статуя

Экологическое значение ниши происходит от значения ниши как ниши в стене для статуи,[7] который, вероятно, происходит от Среднефранцузский слово ничер, смысл гнездиться.[8][7] Термин был придуман натуралистом Розуэлл Хилл Джонсон[9]но Джозеф Гриннелл вероятно, был первым, кто использовал его в исследовательской программе в 1917 году в своей статье «Нишевые отношения калифорнийского трэшера».[10][1]

Концепция ниши Гриннеллианской эпохи воплощает идею о том, что ниша вида определяется место обитания в котором он живет и сопровождающий его поведенческие адаптации. Другими словами, ниша - это сумма требований среды обитания и поведения, которые позволяют виду сохраняться и производить потомство. Например, поведение Калифорнийский трэшер согласуется с чапараль среда обитания, в которой он живет - он размножается и питается в подлеске и убегает от своих хищников, перемещаясь из подлеска в подлесок. Его «ниша» определяется удачным дополнением поведения и физических качеств трэшера (маскирующая окраска, короткие крылья, сильные ноги) с этой средой обитания.[10]

Такая перспектива ниши допускает существование как экологических эквивалентов, так и пустых ниш. Экологический эквивалент организма - это организм из другой таксономической группы, демонстрирующий аналогичные адаптации в аналогичной среде обитания, например, разные суккуленты в пустынях Америки и Африки, кактус и молочай соответственно.[11] Другой пример: анол ящерицы Большие Антильские острова являются редким примером конвергентная эволюция, адаптивное излучение, и существование экологических эквивалентов: аноловые ящерицы эволюционировали микросреды независимо друг от друга и привели к тому же экоморфы на всех четырех островах.

Элтонская ниша

В 1927 г. Чарльз Сазерленд Элтон, а Британский эколог, определил нишу следующим образом: «« Ниша »животного означает его место в биотической среде, его отношение к еде и врагам."[12]

Элтон классифицировал ниши по собирательство виды деятельности («пищевые привычки»):[13]

Например, есть ниша, заполненная хищными птицами, которые едят мелких животных, таких как землеройки и мыши. В дубовой древесине эта ниша заполнена коричневые совы, а на открытых пастбищах - пустельга. Существование этой ниши плотоядных животных зависит от того факта, что мыши образуют определенную нишу травоядных животных во многих различных ассоциациях, хотя реальные виды мышей могут быть совершенно разными.[12]

Концептуально элтонская ниша вводит идею вида ответ к и влияет на окружение. В отличие от других нишевых концепций, он подчеркивает, что вид не только растет в окружающей среде и реагирует на нее на основе доступных ресурсов, хищников и климатических условий, но также меняет доступность и поведение этих факторов по мере роста. В крайнем случае, бобры требуют определенных ресурсов для выживания и воспроизводства, а также для строительства плотин, изменяющих поток воды в реке, где живет бобр. Таким образом, бобр влияет на биотические и абиотические условия других видов, обитающих в водоразделе и вблизи него.[14] В более тонком случае, конкуренты, потребляющие ресурсы с разной скоростью, могут привести к циклам плотности ресурсов, разным для разных видов.[15] Не только виды растут по-разному в зависимости от плотности ресурсов, но и рост их собственного населения может влиять на плотность ресурсов с течением времени.

Хатчинсонская ниша

Форма счет этого пурпурный кариб дополняет форму цветка и совместно развитый с ним, позволяя ему использовать нектар как ресурс.

Хатчинсоновская ниша - это "n-мерный гиперобъем », где размеры соответствуют условиям окружающей среды и Ресурсы, которые определяют потребности человека или вида вести «свой» образ жизни, в частности, для сохранения популяции.[2] «Гиперобъем» определяет многомерное пространство ресурсов (например, свет, питательные вещества, структура и т. Д.), Доступных (и конкретно используемых) организмам, и «все виды, кроме рассматриваемых, рассматриваются как часть координаты система ".[16]

Концепция ниши была популяризирована зоологом. Дж. Эвелин Хатчинсон в 1957 г.[16] Хатчинсон задался вопросом, почему существует так много типов организмов в одной среде обитания. Его работа вдохновила многих других на разработку моделей, объясняющих, сколько и как подобных сосуществующих видов может быть в пределах данного сообщества, и привела к концепции 'ширина ниши' (разнообразие ресурсов или сред обитания, используемых данным видом), 'разделение ниши' (дифференциация ресурсов по сосуществующим видам) и «нишевое перекрытие» (совпадение использования ресурсов разными видами).[17]

Если три вида поедают одну и ту же добычу, статистическая картина каждой ниши показывает частичное совпадение в использовании ресурсов между тремя видами, указывая на то, где конкуренция наиболее высока.

Статистика была введена в нишу Хатчинсона Роберт Макартур и Ричард Левинс использование ниши «использования ресурсов» с использованием гистограмм для описания «частоты появления» как функции координаты Хатчинсона.[2][18] Так, например, Гауссовский может описывать частоту, с которой вид поедает добычу определенного размера, давая более подробное описание ниши, чем просто указание некоторого медианного или среднего размера жертвы. Для такого колоколообразного распределения должность, ширина и форма ниши соответствуют значить, среднеквадратичное отклонение и собственно само распространение.[19] Одно из преимуществ использования статистики проиллюстрировано на рисунке, где ясно, что для более узких распределений (вверху) нет конкуренции за добычу между крайними левыми и крайними правыми видами, в то время как для более широкого распределения (внизу) перекрытие ниш указывает на конкуренция может происходить между всеми видами. Подход, основанный на использовании ресурсов, состоит в том, чтобы постулировать, что не только конкуренция мочь происходят, но также, что это делает возникают, и это совпадение в использовании ресурсов напрямую позволяет оценить коэффициенты конкуренции.[20] Этот постулат, однако, может быть ошибочным, поскольку он игнорирует воздействия, которые ресурсы каждой категории оказывают на организм, и воздействия, которые организм оказывает на ресурсы каждой категории. Например, ресурс в области перекрытия может быть неограничивающим, и в этом случае конкуренция за этот ресурс отсутствует, несмотря на перекрытие ниш.[1][17][20]

Как полу-паразитическое растение, то омела Это дерево использует своего хозяина для получения питательных веществ и как место для роста.

Организм, свободный от вмешательства со стороны других видов, мог бы использовать весь спектр условий (биотических и абиотических) и ресурсов, в которых он мог бы выживать и воспроизводиться, что называется его фундаментальная ниша.[21] Однако в результате давления со стороны других организмов и взаимодействия с ними (то есть межвидовой конкуренции) виды обычно вынуждены занимать более узкую нишу, чем эта, и к которой они, в основном, сильно привязаны. адаптированный; это называется реализованная ниша.[21] Хатчинсон использовал идею конкуренции за ресурсы в качестве основного механизма, определяющего экологию, но чрезмерный упор на эту направленность оказался препятствием для концепции ниши.[17] В частности, чрезмерный упор на зависимость вида от ресурсов привел к тому, что слишком мало внимания уделялось влиянию организмов на окружающую среду, например, колонизации и вторжениям.[17]

Термин «адаптивная зона» был придуман палеонтологом. Джордж Гейлорд Симпсон чтобы объяснить, как популяция может перепрыгивать из одной ниши в другую, которая ей подходит, переходить в «адаптивную зону», доступную в результате некоторой модификации или, возможно, изменения пищевая цепочка, что сделало адаптивную зону доступной для него без прерывания образа жизни, потому что группа была «предварительно адаптирована» к новым экологическим возможностям.[22]

«Ниша» Хатчинсона (описание экологического пространства, занимаемого видом) тонко отличается от «ниши», определенной Гриннеллом (экологическая роль, которая может или не может быть фактически заполнена видом - см. свободные ниши ).

Ниша - это очень специфический сегмент экокосмического пространства, занятый одним видом. На предположении, что не существует двух идентичных видов во всех отношениях (так называемая аксиома неравенства Хардина)[23]) и принцип конкурентного исключения, немного ресурсное или адаптивное измерение обеспечит нишу, специфичную для каждого вида.[21] Однако виды могут разделять «образ жизни» или «аутэкологическую стратегию», которые являются более широкими определениями экокосмического пространства.[24] Например, виды австралийских лугов, хотя и отличаются от видов Великие равнины луга, демонстрируют аналогичный образ жизни.[25]

Как только ниша остается вакантной, ее могут занять другие организмы. Например, ниша, оставшаяся вакантной после исчезновения тарпан был заполнен другими животными (в частности, небольшая порода лошадей, Коник ). Кроме того, когда растения и животные вводятся в новую среду, они могут занять или вторгнуться в нишу или ниши местных организмов, часто опережая местные виды. Представление о неместные виды неродным среда обитания людьми часто приводит к биологическому загрязнению экзотическими или инвазивные виды.

Математическое представление фундаментальной ниши вида в экологическом пространстве и его последующая проекция обратно в географическое пространство - это область нишевое моделирование.[26]

Параметры

Различные размеры, или оси сюжета, ниши представляют разные биотический и абиотический переменные. Эти факторы могут включать описания состояния организма. история жизни, место обитания, трофическая позиция (место в пищевая цепочка ) и географический диапазон. Согласно принцип конкурентного исключения, никакие два вида не могут долгое время занимать одну и ту же нишу в одной и той же среде. Параметры реализованной ниши описываются реализованная ширина ниши этого вида.[23] Некоторые растения и животные, называемые специалисты, нуждаются в определенных средах обитания и окружении, чтобы выжить, например пятнистая сова, который обитает именно в старовозрастных лесах. Другие растения и животные, называемые универсальными, не столь специфичны и могут выжить в различных условиях, например одуванчик.[27]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c Почевиль, Арно (2015). «Экологическая ниша: история и недавние споры». In Heams, Томас; Хьюнеман, Филипп; Лекуантр, Гийом; и другие. (ред.). Справочник эволюционного мышления в науке. Дордрехт: Спрингер. С. 547–586. ISBN  978-94-017-9014-7.
  2. ^ а б c Три варианта экологической ниши описываются Томас Шенер (2009). «§I.1 Экологическая ниша». У Симона А. Левина; Стивен Р. Карпентер; Х. Чарльз Дж. Годфрей; Энн П. Кинзиг; Мишель Лоро; Джонатан Б. Лосос; Брайан Уокер; Дэвид С. Уилков (ред.). Принстонское руководство по экологии. Издательство Принстонского университета. стр. 3 ff. ISBN  9781400833023.
  3. ^ Таунсенд Петерсон; Хорхе Соберон; Р.Г. Пирсон; Роджер П. Андерсон; Энрике Мартинес-Мейер; Мигель Накамура; Мигель Бастос Араужу (2011). «Взаимоотношения вид-среда». Экологические ниши и географическое распространение (MPB-49). Издательство Принстонского университета. п. 82. ISBN  9780691136882. См. Также главу 2: Понятия ниш, стр. 7. ff
  4. ^ Марк V Ломолино; Бретт Р. Риддл; Джеймс Х. Браун (2009). «Географический диапазон как отражение ниши». Биогеография (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. п.73. ISBN  978-0878934867. Географический ареал вида можно рассматривать как пространственное отражение его ниши. Доступно для просмотра онлайн через функцию Amazon «заглянуть внутрь».
  5. ^ Марк V Ломолино; Бретт Р. Риддл; Джеймс Х. Браун (2009). «Ареография: размеры, формы и перекрытие диапазонов». Биогеография (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. п.579. ISBN  978-0878934867. Доступно для просмотра онлайн через функцию Amazon «заглянуть внутрь».
  6. ^ Таунсенд Петерсон; Хорхе Соберон; Р.Г. Пирсон; Роджер П. Андерсон; Энрике Мартинес-Мейер; Мигель Накамура; Мигель Бастос Араужу (2011). «Основные темы в нишевых концепциях». Экологические ниши и географическое распространение (MPB-49). Издательство Принстонского университета. п. 11. ISBN  9780691136882. Мы проведем решающее различие между переменными, которые динамически модифицируются (связаны) присутствием вида, и переменными, которые не изменяются. ... [Наша конструкция] основана на переменных, на которые виды динамически не влияют ... в отличие от ... тех, которые могут быть изменены путем создания ниши.
  7. ^ а б «Ниша». Оксфордский словарь английского языка (требуется подписка). Получено 8 июн 2013.
  8. ^ «Ниша». Словарь Merriam-Webster. Мерриам-Вебстер. Получено 30 октября 2014.
  9. ^ Джонсон, Розуэлл (1910). Определенная эволюция окраски божьих коровок. Вашингтон: Вашингтонский институт Карнеги. Дои:10.5962 / bhl.title.30902.
  10. ^ а б Джозеф Гриннелл (1917). "Нишевые отношения калифорнийского трэшера" (PDF). Аук. 34 (4): 427–433. Дои:10.2307/4072271. JSTOR  4072271. Архивировано из оригинал (PDF) 10 марта 2016 г.
  11. ^ Ричард Дж. Хаггетт (2004). Основы биогеографии. Психология Press. п. 76. ISBN  9780415323475.
  12. ^ а б Элтон, Чарльз Сазерленд (2001). Экология животных. Издательство Чикагского университета. п. 64. ISBN  978-0226206394. Получено 14 мая, 2014.
  13. ^ «Элтон сосредоточился на нише вида как его функциональной роли в пищевой цепи и его влиянии на окружающую среду» Джонатан М. Чейз; Мэтью А. Лейбольд (2003). Экологические ниши: сочетание классического и современного подходов. Издательство Чикагского университета. п. 7. ISBN  9780226101804.
  14. ^ Поллок, Майкл М .; Найман, Роберт Дж .; Эриксон, Хизер Э .; Джонстон, Кэрол А .; Пастор Джон; Пине, Жиль (1995). Джонс, Клайв Дж .; Лоутон, Джон Х. (ред.). Бобер как инженер: влияние на биотические и абиотические характеристики дренажных бассейнов. Springer. С. 117–126. Дои:10.1007/978-1-4615-1773-3_12. ISBN  978-1-4613-5714-8.
  15. ^ Армстронг, Роберт А .; МакГихи, Ричард (февраль 1980 г.). «Конкурентное исключение». Американский натуралист. 115 (2): 151–170. Дои:10.1086/283553. JSTOR  2460592.
  16. ^ а б Хатчинсон, Г. (1957). «Заключительные замечания» (PDF). Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор по количественной биологии. 22 (2): 415–427. Дои:10.1101 / sqb.1957.022.01.039. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-09-26. Получено 2007-07-24.
  17. ^ а б c d Джонатан М. Чейз; Мэтью А. Лейбольд (2003). Экологические ниши: сочетание классического и современного подходов. Издательство Чикагского университета. п. 11. ISBN  9780226101804.
  18. ^ Роберт Х. Макартур (1958). «Популяционная экология некоторых певчих птиц северо-восточных хвойных лесов» (PDF). Экология. 39 (4): 599–619. Дои:10.2307/1931600. JSTOR  1931600. Архивировано из оригинал (PDF) в 2014-05-19. Получено 2014-05-18.
  19. ^ Рори Путман; Стивен Д. Враттен (1984). «§5.2 Параметры ниши». Принципы экологии. Калифорнийский университет Press. п.107. ISBN  9780520052543.
  20. ^ а б Шенер, Томас В. (1986). «Экологическая ниша». В Cherret, J. M. (ред.). Экологические концепции: вклад экологии в понимание мира природы. Кембридж: Научные публикации Блэквелла.
  21. ^ а б c Джеймс Р. Гриземер (1994). «Ниша: исторические перспективы». В Эвелин Фокс Келлер; Элизабет А. Ллойд (ред.). Ключевые слова в эволюционной биологии. Издательство Гарвардского университета. п.239. ISBN  9780674503137.
  22. ^ Дольф Шлютер (2000). «§4.2: Экологическая теория». Экология адаптивного излучения. Издательство Оксфордского университета. п. 69. ISBN  9780191588327.
  23. ^ а б Гаррет Хардин (1960). «Принцип конкурентного исключения» (PDF). Наука. 131 (3409): 1292–1297. Bibcode:1960Sci ... 131.1292H. Дои:10.1126 / science.131.3409.1292. PMID  14399717.
  24. ^ Сахни С., Бентон М.Дж. и Ферри П.А. (2010). «Связь между глобальным таксономическим разнообразием, экологическим разнообразием и распространением позвоночных на суше». Письма о биологии. 6 (4): 544–547. Дои:10.1098 / рсбл.2009.1024. ЧВК  2936204. PMID  20106856.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  25. ^ Глоссарий по природе Альберты
  26. ^ О логике взаимосвязи ниши и соответствующей географической среды см .: Смит, Барри; Варци, Ахилле С. (1999). "Ниша" (PDF). Ноус. 33 (2): 214–238. Дои:10.1111/0029-4624.00151.
  27. ^ Мозли, Уильям; Перрамонд, Эрик; Хапке, Холли; Ларис, Пол (2014). Введение в географию человека и окружающей среды. Западный Сассекс, Великобритания: Уайли Блэквелл. п. 81. ISBN  978-1-4051-8932-3.

внешние ссылки