Сенсорная экология - Sensory ecology

Сенсорная экология это относительно новая область, в которой основное внимание уделяется Информация организмы узнают об окружающей их среде. Он включает вопросы о том, какая информация получена, как ее получить ( механизм ), и почему информация полезна для организма ( функция ).

Сенсорная экология - это изучение того, как организмы получают, обрабатывают и реагируют на информацию из окружающей среды. Все отдельные организмы взаимодействуют со своей средой (состоящей как из одушевленных, так и неодушевленных компонентов) и обмениваются материалами, энергией и сенсорной информацией. Экология обычно сосредоточен на обмене материей и энергией, в то время как сенсорные взаимодействия обычно изучаются как влияние на поведение и функции определенных физиологических систем (органов чувств). Относительно новая область сенсорной экологии возникла по мере того, как все больше исследователей уделяют внимание вопросам, касающимся информации в окружающей среде.[1][2] Эта область охватывает самые разные темы: от нейробиологических механизмов сенсорных систем до моделей поведения, используемых при получении сенсорной информации, и до роли сенсорной экологии в более крупных эволюционных процессах, таких как видообразование и репродуктивная изоляция. Хотя человеческое восприятие в основном визуальное,[3] другие виды могут больше полагаться на разные чувства. Фактически, то, как организмы воспринимают и фильтруют информацию из окружающей среды, сильно различается. Организмы испытывают различные перцептивные миры, также известные как «Umwelten ”, В результате их сенсорных фильтров.[4] Эти чувства варьируются от обоняния (обоняния), вкуса (вкуса), слуха (механорецепция) и зрения (зрение) до обнаружения феромонов, обнаружения боли (ноцицепция), электрорецепции и магниторецепции. Поскольку разные виды полагаются на разные органы чувств, сенсорные экологи стремятся понять, какие экологические и сенсорные сигналы более важны для определения поведенческих моделей определенных видов. В последние годы эта информация широко применяется в областях сохранения и управления.

Реакции организмов на изменения окружающей среды

Изменения уровня шума

Общение - ключ ко многим видам взаимодействия. В частности, многие виды полагаются на вокализацию для получения информации, например, о потенциальных партнерах, ближайших хищниках или наличии пищи. Изменения в среде обитания человека изменяют акустическую среду и могут затруднить общение животных. Люди могут изменять акустическую среду, изменяя уровни фонового шума, изменяя среду обитания или изменяя состав видов.[5] Эти изменения в акустической среде могут маскировать вокализацию различных видов. Поскольку люди могут оказывать такие сильные изменения в акустической среде, сенсорные экологи были особенно заинтересованы в исследовании и понимании того, как организмы реагируют на эти изменения.

Антропогенные изменения акустической среды оказали, пожалуй, наиболее значительное влияние на виды, которые полагаются на слуховые сигналы для поиска пищи и общения. Летучие мыши, например, полагаются на ультразвуковую эхолокацию, чтобы найти и поймать добычу. Когда эти слуховые сигналы маскируются громкими фоновыми шумами, летучие мыши становятся менее эффективными в поиске добычи.[6] Сенсорные экологи также обнаружили, что летучие мыши-кормовые летучие мыши избегают шумных мест обитания, возможно, из-за этого снижения эффективности кормодобывания.[7] Между тем в сообществах птиц экологи обнаружили, что усиление шума приводит к изменениям в составе сообщества птиц, уменьшению разнообразия и даже снижению репродуктивного успеха.[8][9] Одно исследование показало, что во избежание шумового загрязнения некоторые птицы меняли частоту криков.[9] Эти исследования демонстрируют важность слуховых сигналов и привели к призывам к сохранению «звуковых ландшафтов» или коллективных звуков экосистем.[10]

Слух - особенно важное чувство для морских животных. Из-за слабого проникновения света в морской среде слух полезнее зрения. Кроме того, звук в воде распространяется примерно в пять раз быстрее, чем на суше, и на большие расстояния.[11] Звуки важны для выживания и воспроизводства морских видов.[12] За последнее столетие деятельность человека привела к увеличению звуков в водной среде. Эти действия могут препятствовать способности рыб слышать звуки и могут мешать общению, избеганию хищников, обнаружению добычи и даже навигации.[11] Киты, например, подвергаются риску снижения эффективности кормодобывания и возможностей для спаривания в результате шумового загрязнения.[13] В последние годы создание морских ветряных турбин побудило защитников природы и экологов изучить, как шум, производимый этими турбинами, может повлиять на морские виды. Исследования показали, что звуки, издаваемые ветряными турбинами, могут оказывать значительное влияние на общение таких видов морских млекопитающих, как тюлени и морские свиньи.[14][15][16] Это исследование было применено к проектам развития. Например, в недавнем отчете оцениваются риски акустических изменений, вызванных морскими ветряными электростанциями на рыбные сообщества.[17]

Изменения в освещении

Люди сильно изменили ночное освещение. Это световое загрязнение оказало серьезное влияние на виды, которые полагаются на визуальные сигналы для навигации. Одно недавнее исследование сообществ грызунов показало, что более яркие ночи приводят к изменениям в поведении кормодобывания на уровне сообществ; в то время как менее восприимчивые к хищникам виды интенсивно кормились, те виды, восприимчивые к хищникам, сократили свою активность в поисках пищи в результате их повышенной ночной видимости.[18] На птиц также сильно влияет световое загрязнение. Например, экологи обнаружили, что огни на высоких строениях могут дезориентировать перелетных птиц, что приводит к миллионам смертей каждый год.[19] Эти находки послужили основой для недавних усилий по сохранению. Служба охраны рыболовства и дикой природы США разработала набор руководящих указаний по снижению воздействия освещения на перелетных птиц, таких как ограничение строительства вышек, ограничение высоты башен и удержание вышек вдали от миграционных зон.[20] Кроме того, такие программы, как Программа осведомленности о смертельном свете (FLAP) в Торонто, снизили количество столкновений с птицами за счет уменьшения светового излучения высоких зданий.[21] Исследования также показали, что искусственное освещение нарушает ориентацию детенышей морских черепах.[22] Это, в свою очередь, привело к увеличению смертности популяций морских черепах.

Эта информация привела к предложению реализации ряда стратегий сохранения и управления. Те же исследователи, например, предложили сочетать уменьшение освещенности с восстановлением дюн, чтобы улучшить ориентацию вылупившихся птенцов и добиться успеха. Кроме того, исследователи использовали информацию о сенсорной экологии морских черепах, чтобы снизить уровень их прилова рыбаками. Прилов - это термин, обозначающий нецелевую рыбу, черепах или морских млекопитающих, случайно пойманных рыбаками.[23] Поскольку исследователи знают, что рыбы и морские черепахи различаются по своей реакции на визуальные сенсорные сигналы, они разработали систему приманки, которая не обнаруживается рыбой, но менее привлекательна или даже отпугивает морских черепах.[24] В этом недавнем исследовании этот метод привел к сокращению прилова черепах, не оказывая заметного снижения вылова.

Роль сенсорной экологии в стратегиях сохранения

Целью сенсорных экологов было изучить, какая информация об окружающей среде наиболее важна для определения того, как эти организмы воспринимают свой мир. Эта информация особенно важна для понимания того, как организмы могут реагировать на быстрые изменения окружающей среды и новые среды, измененные человеком.[3] Недавно ученые призвали к интеграции сенсорной экологии в стратегии сохранения и управления.[25] Таким образом, сенсорная экология может использоваться в качестве инструмента для понимания (1) того, почему разные виды могут по-разному реагировать на антропогенные изменения и изменения окружающей среды, и (2) как можно смягчить негативные воздействия экологических и антропогенных изменений. Кроме того, сенсорная экология использовалась в качестве инструмента для формирования стратегий управления для контроля и искоренения вредителей и инвазивных видов, таких как вредители сельскохозяйственных культур, морские животные, тростниковые жабы и коричневые змеи.

Сохранение через сокращение экологических ловушек

An экологическая ловушка Это случай, когда организмы предпочитают некачественные среды обитания лучшим доступным местам обитания из-за неправильной оценки качества среды обитания.[26] Искусственные ландшафты представляют для организмов новую среду обитания. Кроме того, искусственные материалы могут быть ошибочно приняты за природные, в результате чего некоторые организмы выбирают некачественные места обитания вместо более качественных. Сенсорная экология может быть использована для смягчения последствий этих экологических ловушек путем выяснения того, какие именно информационные организмы используют для принятия «плохих» решений.

Организмы часто неверно интерпретируют искусственные поверхности, такие как асфальт и солнечные батареи, как естественные поверхности. Солнечные панели, например, отражают свет с горизонтальной поляризацией, который многие насекомые воспринимают как воду. Поскольку насекомые откладывают яйца в воде, они будут пытаться откладывать яйца на солнечных батареях. Это приводит к массовой гибели молодых насекомых от солнечных батарей.[27] Чтобы смягчить последствия этой экологической ловушки, исследователи разбили форму солнечно-активной области на панелях. При этом панели стали менее привлекательными для насекомых, что снизило смертность.[27] Ряд видов летучих мышей также становятся жертвами экологических ловушек, созданных искусственными поверхностями. Недавнее исследование Грейфа и Симерса[28] обнаружили, что летучие мыши определяют местонахождение воды на основе гладкости поверхности, а не по фактическому присутствию воды. Таким образом, летучие мыши пытаются пить с гладких поверхностей, которые на самом деле не являются водой, таких как стекло. В результате летучие мыши тратят впустую энергию и время, что может привести к ухудшению физической формы.[28] Виды птиц также часто попадают в экологические ловушки из-за своей сенсорной экологии. Одна из недавних областей сенсорной экологии птиц - это то, как птицы могут воспринимать большие ветряные турбины и другие здания. Каждый год бесчисленное количество птиц погибает после столкновения с линиями электропередач, забором, ветряными турбинами и зданиями.[29] Траектории полета вокруг этих структур действуют как формы экологических ловушек; в то время как птицы могут воспринимать районы вокруг зданий как «хорошую среду обитания» и жизнеспособные коридоры для полета, они могут фактически увеличить смертность птиц из-за столкновений. Сенсорные экологи связали эти экологические ловушки с сенсорной экологией птиц. Исследователи обнаружили, что, хотя человеческое зрение является бинокулярным, зрение птиц гораздо хуже. Кроме того, у птиц отсутствует лобное зрение с высоким разрешением.[29] В результате птицы могут не видеть больших структур прямо перед собой, что может привести к столкновениям.

Было предложено несколько решений этой проблемы. Одно исследование показало, что реакция птиц на разные схемы освещения в аэропортах различается, и что столкновения с птицами можно уменьшить, изменив схему освещения.[30] Другие исследователи предположили, что предупреждающие звуки или визуальные подсказки, размещенные на земле, могут помочь уменьшить столкновение с птицами.[31] Регулируя другие сенсорные сигналы птиц, экологи могут помочь уменьшить присутствие птичьих экологических ловушек вокруг этих структур.

Борьба с вредителями

Помимо использования сенсорной экологии в качестве инструмента для информирования о стратегиях сохранения, ученые также использовали концепции и результаты сенсорной экологии для разработки стратегий борьбы с вредителями. В частности, использование органов чувств использовалось для борьбы с насекомыми, морскими и земноводными вредителями. Менеджеры использовали сенсорную экологию для создания высоко индивидуализированных визуальных, феромональных и химических ловушек для вредителей.

Визуальные ловушки важны для борьбы с рядом видов насекомых. Например, Мухи цеце, переносчика африканского трипаносомоза (сонной болезни), привлекают синие цвета. Таким образом, мух можно заманить и убить с помощью ловушек из синей ткани, пропитанной пестицидами.[32] Ученые считают, что эти синие ткани привлекают мух, потому что синие цвета похожи на цвет земли под тенистым деревом. Поскольку мухи должны искать прохладные места в жаркую погоду, синий цвет более привлекателен.[33] Использование визуальных сигналов также использовалось для борьбы с тлей и белокрылкой. Многие виды тлей отдают предпочтение желтым цветам. Ученые предположили, что это может быть результатом предпочтения желтых листьев, которые, как правило, имеют более высокие потоки доступных источников азота.[34]

Феромоны - это видоспецифичные химические сигналы. При высвобождении феромоны могут сильно влиять на поведение и физиологию других организмов того же вида. Поскольку феромоны в основном видоспецифичны и часто вызывают сильные поведенческие реакции, ученые и менеджеры использовали феромоны, чтобы заманить и заманить в ловушку множество видов. Этот метод особенно применялся в популяциях насекомых. Этот метод использовался для отлова и борьбы с такими видами, как долгоносик сахарного тростника,[35] цыганская моль,[36] инвазивные восточные плодовые мухи,[37] короеды,[38] и Карпофил виды

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дузенбери, Дэвид Б. (1992). Сенсорная экология. Нью-Йорк: W.H. Фримен. ISBN  0-7167-2333-6
  2. ^ Барт, Ф. и А. Шмид, ред. (2001). Экология восприятия, гл.1. Springer. ISBN  3-540-66901-9
  3. ^ а б Ван Дайк, Х (2012). «Изменяющиеся организмы в быстро меняющихся антропогенных ландшафтах: значение концепции Umwelt и функциональной среды обитания для сохранения животных». Эволюционные приложения. 5 (2): 144–153. Дои:10.1111 / j.1752-4571.2011.00230.x. ЧВК  3353339. PMID  25568037.
  4. ^ Уэксюлл, Якоб против (1992). «Прогулка по мирам животных и людей: иллюстрированная книга невидимых миров». Семиотика. 89 (4): 319–391. Дои:10.1515 / semi.1992.89.4.319.
  5. ^ Блюмштейн, Д.Т. (2010). Учебник по природоохранному поведению. Sinauer Associates.
  6. ^ Siemers, B.M .; Шауб А. (17 ноября 2010 г.). «Охота на шоссе: шум транспорта снижает эффективность кормодобывания акустических хищников». Труды Королевского общества B: биологические науки. 278 (1712): 1646–1652. Дои:10.1098 / rspb.2010.2262. ЧВК  3081776. PMID  21084347.
  7. ^ Schaub, A .; Ostwald, J .; Симерс, Б. М. (19 сентября 2008 г.). «Летучие мыши-собиратели избегают шума». Журнал экспериментальной биологии. 211 (19): 3174–3180. Дои:10.1242 / jeb.022863. PMID  18805817.
  8. ^ Фрэнсис, Клинтон Д .; Ортега, Кэтрин П .; Круз, Александр (31 июля 2009 г.). «Шумовое загрязнение меняет сообщества птиц и взаимодействия видов». Текущая биология. 19 (16): 1415–1419. Дои:10.1016 / j.cub.2009.06.052. PMID  19631542.
  9. ^ а б Халфверк, Воутер; Холлеман, Леонард Дж. М .; Лесселлс, Кейт. М .; Слаббекорн, Ханс (1 февраля 2011 г.). «Негативное влияние уличного шума на репродуктивную способность птиц». Журнал прикладной экологии. 48 (1): 210–219. Дои:10.1111 / j.1365-2664.2010.01914.x.
  10. ^ Dumyahn, Sarah L .; Пияновски, Брайан К. (18 июля 2011 г.). «Сохранение звукового ландшафта». Ландшафтная Экология. 26 (9): 1327–1344. Дои:10.1007 / s10980-011-9635-х.
  11. ^ а б Слаббекорн, Ганс; Бутон, Нильс; ван Опзиланд, Ильзе; Коерс, Аукье; десять Кейт, Карел; Поппер, Артур Н. (30 июня 2010 г.). «Шумная весна: влияние глобального роста уровня подводного шума на рыбу» (PDF). Тенденции в экологии и эволюции. 25 (7): 419–427. Дои:10.1016 / j.tree.2010.04.005. PMID  20483503.
  12. ^ Кодарин, Антонио; Wysocki, Lidia E .; Ладич, Фридрих; Пиччулин, Марта (1 декабря 2009 г.). «Влияние окружающего шума и шума лодки на слух и общение трех видов рыб, обитающих в охраняемой морской зоне (Мирамаре, Италия)». Бюллетень загрязнения морской среды. 58 (12): 1880–1887. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2009.07.011. PMID  19666180.
  13. ^ Вайльгарт, Л. (1 ноября 2007 г.). «Воздействие антропогенного шума океана на китообразных и последствия для управления». Канадский журнал зоологии. 85 (11): 1091–1116. Дои:10.1139 / z07-101.
  14. ^ Удача, Клаус; Lepper, Paul A .; Хов, Берт; Эвераартс, Элигиус; ван Элк, Нильс; Зиберт, Урсула (1 января 2007 г.). "Восприятие низкочастотных акустических сигналов морской свиньей (Phocoena phocoena) в присутствии смоделированного шума морской ветряной турбины ». Водные млекопитающие. 33 (1): 55–68. Дои:10.1578 / am.33.1.2007.55.
  15. ^ Madsen, PT; Wahlberg, M; Tougaard, J; Lucke, K; Tyack, P (15 марта 2006 г.). «Подводный шум от ветряных турбин и морские млекопитающие: последствия современных знаний и потребности в данных». Серия "Прогресс морской экологии". 309: 279–295. Bibcode:2006MEPS..309..279M. Дои:10.3354 / meps309279.
  16. ^ Skeate, Eleanor R .; Perrow, Martin R .; Гилрой, Джеймс Дж. (31 марта 2012 г.). «Вероятные последствия строительства морской ветряной электростанции Скроби Сэндс для смешанной популяции тюленей Phoca vitulina и серых тюленей Halichoerus grypus». Бюллетень загрязнения морской среды. 64 (4): 872–881. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2012.01.029. PMID  22333892.
  17. ^ Кикучи, Рюноскэ (31 января 2010 г.). «Формулировка риска звукового воздействия морских ветряных электростанций на рыбу в регионе ЕС». Бюллетень загрязнения морской среды. 60 (2): 172–177. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2009.09.023. PMID  19857880.
  18. ^ Котлер, Берт П. (1 июня 1984 г.). «Риск хищничества и структура сообществ пустынных грызунов». Экология. 65 (3): 689–701. Дои:10.2307/1938041. JSTOR  1938041.
  19. ^ Огден, Л. (1996). Опасности освещенных конструкций и окон для перелета птиц. Всемирный фонд дикой природы Канады.
  20. ^ Кларк, Джейми. «Сервисное руководство по выбору, строительству, эксплуатации и выводу из эксплуатации вышек связи» (PDF).
  21. ^ Огден, Л. (2002). Сводный отчет по программе строительства безопасного для птиц: влияние уменьшения освещенности на столкновения перелетных птиц. Программа осведомленности о фатальном свете.
  22. ^ Таксбери, Сьюзен М .; Лосось, Майкл (31 декабря 2004 г.). «Соревновательные взаимодействия между искусственным освещением и естественными сигналами во время мореплавания вылупившимися морскими черепахами». Биологическое сохранение. 121 (2): 311–316. Дои:10.1016 / j.biocon.2004.04.022.
  23. ^ Дэвис, Р. (2008). «Определение и оценка глобального прилова морского рыболовства». Морская политика.
  24. ^ Саутвуд, А; Fritsches, K; Brill, R; Пловец, Y (1 января 2008 г.). «ОБЗОР: Звуковое, химическое и световое обнаружение морских черепах и пелагических рыб: сенсорные подходы к сокращению прилова при ярусном промысле». Исследования исчезающих видов. 5: 225–238. Дои:10.3354 / esr00097.
  25. ^ Мадлигер, Кристина Л. (29 августа 2012 г.). «На пути к совершенствованию природоохранного управления: рассмотрение сенсорной экологии». Биоразнообразие и сохранение. 21 (13): 3277–3286. Дои:10.1007 / s10531-012-0363-6.
  26. ^ БАТТИН, ДЖЕЙМС (1 декабря 2004 г.). «Когда хорошие животные любят плохие среды обитания: экологические ловушки и сохранение популяций животных». Биология сохранения. 18 (6): 1482–1491. Дои:10.1111 / j.1523-1739.2004.00417.x.
  27. ^ а б HORVÁTH, GÁBOR; BLAH, MIKLÓS; EGRI, ÁDÁM; KRISKA, GYÖRGY; СЕРЕС, ИСТВАН; Робертсон, Брюс (1 декабря 2010 г.). «Снижение неадаптивной привлекательности солнечных панелей для поляротактических насекомых». Биология сохранения. 24 (6): 1644–1653. Дои:10.1111 / j.1523-1739.2010.01518.x. PMID  20455911.
  28. ^ а б Greif, S .; Симерс, Б. М. (2010). «Врожденное распознавание водоемов по эхолокационным летучим мышам». Nature Communications. 1 (8): 107–. Bibcode:2010 НатКо ... 1E.107G. Дои:10.1038 / ncomms1110. ЧВК  3060641. PMID  21045825.
  29. ^ а б МАРТИН, ГРЭМ Р. (1 апреля 2011 г.). «Понимание столкновения птиц с искусственными объектами: подход сенсорной экологии». Ибис. 153 (2): 239–254. Дои:10.1111 / j.1474-919X.2011.01117.x.
  30. ^ Блэквелл, Брэдли Ф .; DeVault, Travis L .; Seamans, Thomas W .; Лима, Стивен Л .; Баумхардт, Патрис; Фернандес-Юричич, Эстебан (1 августа 2012 г.). «Использование птичьего зрения с воздушным освещением для уменьшения столкновения с птицами». Журнал прикладной экологии. 49 (4): 758–766. Дои:10.1111 / j.1365-2664.2012.02165.x.
  31. ^ Мартин, Грэм Р. (10 декабря 2011 г.). «Глазами птиц: понимание сенсорной экологии птиц». Журнал орнитологии. 153 (S1): 23–48. Дои:10.1007 / s10336-011-0771-5.
  32. ^ Грин, C.H. (1994). «Методы наживки для борьбы с мухой цеце». Успехи в паразитологии Том 34. Успехи паразитологии. 34. С. 229–91. Дои:10.1016 / S0065-308X (08) 60140-2. ISBN  9780120317349. PMID  7976751.
  33. ^ Steverding, D .; Тросчянко, Т. (7 февраля 2004 г.). «О роли синих теней в визуальном поведении мух цеце». Труды Королевского общества B: биологические науки. 271 (Suppl_3): S16 – S17. Дои:10.1098 / rsbl.2003.0121. ЧВК  1810006. PMID  15101406.
  34. ^ KENNEDY, J. S .; BOOTH, C.O .; КЕРШАУ, У. Дж. С. (1 марта 1961 г.). «Обнаружение хозяина тлей в поле». Анналы прикладной биологии. 49 (1): 1–21. Дои:10.1111 / j.1744-7348.1961.tb03587.x.
  35. ^ Альпизар, Деннис; Фальяс, Марио; Oehlschlager, Allan C .; Gonzalez, Lilliana M .; Шиншилла, Карлос М .; Булгарелли, Хуан (1 сентября 2002 г.). «Массовая отлова феромонов западно-индийского долгоносика сахарного тростника и лососевого долгоносика (Coleoptera: Curculionidae) в пальме пальмито». Флоридский энтомолог. 85 (3): 426–430. Дои:10.1653 / 0015-4040 (2002) 085 [0426: pmtotw] 2.0.co; 2.
  36. ^ Аппельт П.А. (1985). «Новая стратегия искоренения небольших удаленных заражений непарного шелкопряда». Журнал лесоводства. 11.
  37. ^ Бероза, М .; Книплинг, Э. Ф. (7 июля 1972 г.). «Борьба с цыганкой с помощью полового аттрактанта феромона». Наука. 177 (4043): 19–27. Bibcode:1972 г., Наука ... 177 ... 19Б. Дои:10.1126 / science.177.4043.19. PMID  4625297.
  38. ^ Байерс, Джон А. (1 октября 1993 г.). «Ориентация короедов Pityogenes chalcographus и Ips typographus на ловушки для луж с феромонами, размещенные в решетках: новая ловушка для борьбы со сколитидами». Журнал химической экологии. 19 (10): 2297–2316. CiteSeerX  10.1.1.389.8619. Дои:10.1007 / bf00979665. PMID  24248577.

Дальнейшие ссылки