Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья посвящена биологическому распространению в экосистемах. Для других форм дисперсии см. Дисперсия (значения) .
Ветер разнос семян одуванчика .
Рассеивание лишайников soredia (визуализировали с использованием ультрафиолетового света ) паук

Биологическое расселение относится как к перемещению особей ( животных , растений , грибов , бактерий и т. Д.) От места их рождения к месту размножения («натальное расселение»), так и к перемещению от одного места размножения к другому ( разгон '). Распространение также используется для описания движения пропагул, таких как семена и споры . Технически рассредоточение определяется как любое движение, которое может привести к потоку генов . [1] Акт рассредоточения состоит из трех этапов: отбытия, передачи, заселения, и с каждой из этих фаз связаны различные затраты и выгоды для приспособленности. [2] Простое перемещение из одного участка среды обитания в другой, рассредоточение особи имеет последствия не только для индивидуальной приспособленности , но и для динамики популяции , популяционной генетики и распределения видов . [3] [4] [5] Понимание распространения и последствий как для эволюционных стратегий на уровне видов, так и для процессов на уровне экосистемы, требует понимания типа расселения, диапазона распространения. данного вида и задействованные механизмы распространения.

Биологическое распространение можно противопоставить геодисперсии , которая представляет собой смешение ранее изолированных популяций (или целых биот) после эрозии географических барьеров для распространения или потока генов (Либерман, 2005; [6] [7] Альберт и Рейс, 2011 [8] ] ).

Рассеивание можно отличить от миграции животных (обычно сезонного перемещения туда и обратно), хотя в литературе по популяционной генетике термины « миграция » и «рассредоточение» часто используются как синонимы.

Типы разгона [ править ]

Рассеивание от родительского населения

Некоторые организмы подвижны на протяжении всей своей жизни, но другие приспособлены к перемещению или перемещению на определенных, ограниченных этапах своего жизненного цикла. Это обычно называется дисперсионной фазой жизненного цикла. Стратегии полных жизненных циклов организмов часто основываются на природе и обстоятельствах их дисперсионных фаз.

В целом существует два основных типа разгона:

Дисперсия, не зависящая от плотности
У организмов выработались приспособления к расселению, которые используют преимущества различных форм кинетической энергии, естественным образом возникающих в окружающей среде. Это называется независимым от плотности или пассивным рассеянием и действует на многие группы организмов (некоторые беспозвоночные , рыбы , насекомые и сидячие организмы, такие как растения ), распространение которых зависит от животных- переносчиков , ветра, силы тяжести или течения. [9] [10]
Дисперсия в зависимости от плотности
Плотность зависит или активный разгон для многих животных , в значительной степени зависит от таких факторов, как местное населения , размер, ресурсы конкуренция , сред обитания качества и сред обитания размера. [11] [12] [13]

Из-за плотности населения рассредоточение может ослабить давление на ресурсы в экосистеме, и конкуренция за эти ресурсы может быть фактором выбора механизмов рассредоточения. [14]

Расселение организмов - критически важный процесс для понимания как географической изоляции в процессе эволюции посредством потока генов, так и широких закономерностей текущего географического распределения ( биогеография ).

Часто проводится различие между натальным расселением, когда особь (часто молодой особь) удаляется от места, где она родилась, и размножением, когда особь (часто взрослая особь) перемещается из одного места размножения для размножения в другом месте. [1]

Затраты и преимущества [ править ]

Epilobium hirsutum - Семенная головка

В самом широком смысле, рассредоточение происходит, когда выгоды от переезда для приспособленности перевешивают затраты.

У расселения есть ряд преимуществ, таких как поиск новых ресурсов, уход от неблагоприятных условий, избежание конкуренции с братьями и сестрами и избежание размножения с близкородственными особями, что может привести к инбридинговой депрессии . [12]

Также существует ряд затрат, связанных с рассредоточением, которые можно представить в четырех основных валютах: энергия, риск, время и возможности. [2] Энергетические затраты включают дополнительную энергию, необходимую для движения, а также вложения энергии в механизмы передвижения (например, крылья). Риски включают увеличение травм и смертности при расселении, а также возможность поселения в неблагоприятной окружающей среде. Время, потраченное на рассредоточение, - это время, которое часто нельзя тратить на другие виды деятельности, такие как рост и размножение. Наконец, расселение также может привести к депрессии аутбридингаесли особь лучше приспособлена к своей натальной среде, чем та, в которой он оказался. У социальных животных (таких как многие птицы и млекопитающие) рассеивающийся индивид должен найти и присоединиться к новой группе, что может привести к потере социального статуса. [2]

Диапазон рассеивания [ править ]

«Диапазон распространения» относится к расстоянию, на которое вид может уйти от существующей популяции или родительского организма. Экосистема в решающей степени зависит от способности отдельных лиц и групп населения , чтобы рассеять из одного местообитания пластыря к другому. Следовательно, биологическое распространение имеет решающее значение для стабильности экосистем.

Экологические ограничения [ править ]

Немногие виды когда-либо распространяются равномерно или случайным образом в пределах или между ландшафтами . В целом виды значительно различаются по ландшафту в связи с особенностями окружающей среды, которые влияют на их репродуктивный успех и устойчивость популяции. [15] [16] Пространственные закономерности в экологических характеристиках (например, ресурсах) позволяют людям избегать неблагоприятных условий и искать новые места. [17] Это позволяет организму «тестировать» новые среды на предмет их пригодности при условии, что они находятся в пределах географического ареала животного. Кроме того, способность вида распространяться в постепенно меняющейся среде может позволить популяции выжить в экстремальных условиях. (т.е. изменение климата ).

По мере изменения климата жертвам и хищникам приходится адаптироваться, чтобы выжить. Это создает проблему для многих животных, например для южных пингвинов рокхоппера . [18] Эти пингвины могут жить и процветать в различных климатических условиях благодаря фенотипической пластичности пингвинов. [19] Однако предсказано, что на этот раз они ответят рассредоточением, а не адаптацией. [19] Это объясняется их долгой продолжительностью жизни и медленной микроэволюцией. Пингвины в субантарктике ведут себя при поиске пищи совсем иначе, чем в субтропических водах, и им будет очень трудно выжить и не отставать от быстро меняющегося климата, потому что на формирование такого поведения ушли годы. [18]

Рассеивающие барьеры [ править ]

Барьер распространения может означать, что диапазон распространения вида намного меньше, чем распространение вида. Искусственный пример - фрагментация среды обитания из-за землепользования человека. Естественные препятствия для распространения, которые ограничивают распространение видов, включают горные хребты и реки. Примером может служить разделение ареалов двух видов шимпанзе рекой Конго .

С другой стороны, деятельность человека может также расширить ареал распространения вида за счет предоставления новых методов распространения (например, с помощью судов ). Многие из них становятся инвазивными , как крысы и жуки-вонючки , но некоторые виды также оказывают небольшое положительное влияние на поселенцев, например, пчелы и дождевые черви . [20]

Механизмы рассредоточения [ править ]

Большинство животных способны к передвижению, и основной механизм распространения - это перемещение из одного места в другое. Передвижение позволяет организму «тестировать» новые среды на предмет их пригодности при условии, что они находятся в пределах досягаемости животного. Движения обычно обусловлены унаследованным поведением .

Формирование барьеров для распространения или потока генов между соседними территориями может изолировать популяции по обе стороны от возникающего разрыва. Географическое разделение и последующая генетическая изоляция частей предковой популяции может привести к видообразованию.

Механизмы распространения растений [ править ]

Колючки являются примером механизма распространения семян, в котором используется биотический вектор, в данном случае животные с мехом .
Основная статья: Распространение семян

Распространение семян - это перемещение или перенос семян от родительского растения. Растения имеют ограниченную подвижность и, следовательно, для транспортировки своих пропагул полагаются на множество векторов распространения, включая как абиотические, так и биотические векторы. Семена могут быть удалены от родительского растения по отдельности или вместе, а также рассеяны как в пространстве, так и во времени. Модели распространения семян в значительной степени определяются механизмом распространения, и это имеет важные последствия для демографической и генетической структуры популяций растений, а также моделей миграции и видов.взаимодействия. Существует пять основных режимов распространения семян: гравитация, ветер, баллистика, вода и животные.

Механизмы расселения животных [ править ]

Неподвижные животные [ править ]

Существует множество неподвижных форм животных, таких как губки , мшанки , оболочники , морские анемоны , кораллы и устрицы . Обычно все они либо морские, либо водные. Может показаться любопытным, что растения так успешно ведут стационарный образ жизни на суше, в то время как животные - нет, но ответ кроется в запасах пищи. Растения сами производят пищу из солнечного света и углекислого газа.- как правило, их больше на суше, чем в воде. Животные, закрепленные на месте, должны полагаться на окружающую среду, чтобы поднести пищу, по крайней мере, достаточно близко, чтобы ее можно было схватить, и это происходит в трехмерной водной среде, но с гораздо меньшим количеством в атмосфере.

Все морские и водные беспозвоночные , жизнь которых привязана ко дну (более или менее; анемоны способны вставать и перемещаться в новое место, если того требуют условия), образуют единицы рассеивания. Это могут быть специализированные «почки» или подвижные продукты полового размножения, или даже разновидность смены поколений, как у некоторых книдарий .

Кораллы - хороший пример того, как оседлые виды достигают рассеивания. Кораллы размножаются, выделяя сперму и яйца прямо в воду. Эти события высвобождения координируются лунной фазой в определенные теплые месяцы, так что все кораллы одного или нескольких видов на данном рифе высвобождаются в одну или несколько ночей подряд. Выпущенные яйца оплодотворяются, и полученная зигота быстро превращается в многоклеточную плоскую форму.. Эта подвижная стадия затем пытается найти подходящий субстрат для поселения. Большинство из них не добиваются успеха и умирают или питаются зоопланктоном и донными хищниками, такими как анемоны и другие кораллы. Однако производятся бесчисленные миллионы, и некоторым действительно удается найти участки голого известняка, где они оседают и превращаются в результате роста в полип . При всех благоприятных обстоятельствах из одного полипа вырастает коралловая голова, отрастая новые полипы, образуя колонию.

Подвижные животные [ править ]

Основные статьи: Передвижение животных и миграция животных

Большинство животных подвижны . Хотя подвижные животные теоретически могут рассредоточиться благодаря своим спонтанным и независимым двигательным способностям, очень многие виды используют существующую кинетическую энергию окружающей среды, что приводит к пассивному движению. Распространение водными течениями особенно связано с физически маленькими обитателями морских вод, известными как зоопланктон . Термин «планктон» происходит от греческого πλαγκτον, что означает «странник» или «бродяга».

Рассеивание по неактивным стадиям [ править ]

Многие виды животных, особенно пресноводные беспозвоночные, способны распространяться ветром или перемещаться с помощью более крупных животных (птиц, млекопитающих или рыб) в виде спящих яиц, спящих эмбрионов или, в некоторых случаях, спящих взрослых стадий. Тихоходки , некоторые коловратки и некоторые веслоногие рачки способны выдерживать высыхание в стадии покоя взрослых особей. Многие другие таксоны ( Cladocera , Bryozoa , Hydra , Copepoda и т. Д.) Могут распространяться в виде спящих яиц или эмбрионов. У пресноводных губок обычно есть особые спящие отростки, называемые геммулами.для такого разгона. Многие виды спящих стадий распространения способны выдерживать не только высыхание и низкие и высокие температуры, но и действие пищеварительных ферментов при их переносе через пищеварительный тракт птиц и других животных, высокую концентрацию солей и многие виды токсикантов. Такие устойчивые к покою стадии сделали возможным распространение на большие расстояния от одного водоема к другому и широкие ареалы распространения многих пресноводных животных.

Количественная оценка рассеивания [ править ]

Распространение чаще всего количественно определяется либо скоростью, либо расстоянием.

Скорость расселения (также называемая скоростью миграции в литературе по популяционной генетике ) или вероятность описывает вероятность того, что какой-либо человек покинет область, или, что то же самое, ожидаемую долю человека, которая покинет область.

Расстояние распространения обычно описывается ядром рассеивания, которое дает распределение вероятностей расстояния, пройденного любым человеком. Ряд различных функций используется для ядер рассеивания в теоретических моделях рассеивания, включая отрицательное экспоненциальное распределение , [21] расширенное отрицательное экспоненциальное распределение, [21] нормальное распределение , [21] экспоненциальное распределение мощности , [22] обратное распределение мощности, [ 21] и двустороннее распределение мощности. [23]Считается , что обратное распределение мощности и распределения с «толстыми хвостами», представляющие события распространения на большие расстояния (так называемые лептокуртические распределения), лучше всего соответствуют эмпирическим данным о рассеянии. [21] [24]

Последствия разгона [ править ]

Распространение имеет не только издержки и выгоды для рассеивающейся особи (как упоминалось выше), но также имеет последствия на уровне популяции и видов как в экологическом, так и в эволюционном временном масштабе. [25]

Многие популяции имеют неоднородное пространственное распределение, где отдельные, но взаимодействующие субпопуляции занимают отдельные участки среды обитания (см. Метапопуляции ). Рассеянные особи перемещаются между различными субпопуляциями, что увеличивает общую связность метапопуляции и может снизить риск стохастического вымирания. [26] Если какая-то подгруппа вымирает случайно, вероятность ее повторного заселения выше, если скорость расселения высока. [27] Увеличение возможностей подключения также может снизить степень местной адаптации. [28]

См. Также [ править ]

  • Аэропланктон
  • Конкуренция (биология)
  • Нарушение (экология)
  • Покой («рассеяние во времени»)
  • Генетический поток
  • Фрагментация среды обитания
  • Путешествие по островам
  • Ландшафтная экология
  • Метапопуляция
  • Распространение в океане
  • Форезия
  • Моделирование населения
  • Распределение населения
  • Экология населения
  • Распространение видов

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Ронсе О (2007). «Каково быть катящимся камнем? Десять вопросов об эволюции рассредоточения». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 38 : 231–253. DOI : 10.1146 / annurev.ecolsys.38.091206.095611 .
  2. ^ а б в Бонте Д., Ван Дайк Х., Буллок Дж. М., Кулон А, Дельгадо М., Гиббс М., Лехук В., Маттисен Э, Мустин К., Саастамойнен М., Штикцелле Н., Стивенс В. М., Вандевостийн С., Багет М., Бартон К., Бентон Т.Г., Чапут-Барди А., Клобер Дж., Дайтэм С., Ховестадт Т., Мейер С.М., Палмер С.К., Турлур С., Трэвис Дж. М. (май 2012 г.). «Издержки разгона». Биологические обзоры Кембриджского философского общества . 87 (2): 290–312. DOI : 10.1111 / j.1469-185X.2011.00201.x . PMID 21929715 . S2CID 30660996 .  
  3. ^ Даннинг JB, Стюарт DJ, Дэниелсон BJ, Полдень BR, Root TL, Lamberson RH, Stevens EE (1995). «Пространственно явные модели населения: современные формы и будущее использование» (PDF) . Экологические приложения . 5 (1): 3–11. DOI : 10.2307 / 1942045 . JSTOR 1942045 .  
  4. ^ Hanski I, Gilpin ME, ред. (1997). Биология метапопуляции: экология, генетика и эволюция . Сан-Диего: Academic Press. ISBN 978-0-12-323446-9.
  5. ^ Хански I (1999). Экология метапопуляции . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-854065-6.
  6. Перейти ↑ Lieberman BS (2005). «Геобиология и палеобиогеография: отслеживание коэволюции Земли и ее биоты». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология . 219 (1–2): 23–33. Bibcode : 2005PPP ... 219 ... 23L . DOI : 10.1016 / j.palaeo.2004.10.012 .
  7. Перейти ↑ Lieberman BS (2005). «Геобиология и палеобиогеография: отслеживание коэволюции Земли и ее биоты». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология . 219 (1–2): 23–33. Bibcode : 2005PPP ... 219 ... 23L . DOI : 10.1016 / j.palaeo.2004.10.012 .
  8. Перейти ↑ Albert JS, Reis RE (2011). Историческая биогеография неотропических пресноводных рыб . Калифорнийский университет Press. п. 308. ISBN 978-0-520-26868-5.
  9. Перейти ↑ Maguire B (1963). «Пассивное расселение мелких водных организмов и заселение ими изолированных водоемов». Экологические монографии . 33 (2): 161–185. DOI : 10.2307 / 1948560 . JSTOR 1948560 . 
  10. Перейти ↑ Nathan R (2001). «Проблемы изучения расселения» (PDF) . Тенденции в экологии и эволюции . 16 (9): 481–483. DOI : 10.1016 / S0169-5347 (01) 02272-8 . Архивировано из оригинального (PDF) 28 сентября 2013 года.
  11. ^ Johst К, Брандль R (1997). «Влияние расселения на динамику местного населения». Экологическое моделирование . 104 : 87–101. DOI : 10.1016 / S0304-3800 (97) 00112-9 .
  12. ^ a b Bowler DE, Benton TG (май 2005 г.). «Причины и последствия стратегий расселения животных: связь индивидуального поведения с пространственной динамикой». Биологические обзоры Кембриджского философского общества . 80 (2): 205–25. DOI : 10.1017 / S1464793104006645 . PMID 15921049 . S2CID 39351147 .  
  13. Перейти ↑ Fernández L (2015). «Динамика источника-поглотителя формирует пространственное распределение почвенных простейших в засушливых кустарниках на севере Чили». Журнал засушливых сред . 113 : 121–125. Bibcode : 2015JArEn.113..121F . DOI : 10.1016 / j.jaridenv.2014.10.007 .
  14. ↑ Irwin AJ, Taylor PD (декабрь 2000 г.). «Эволюция расселения в популяции с перекрывающимися поколениями». Теоретическая популяционная биология . 58 (4): 321–8. CiteSeerX 10.1.1.37.2823 . DOI : 10.1006 / tpbi.2000.1490 . PMID 11162790 .  
  15. ^ Groom MJ, Meffe GK, Carroll CR (2005). Принципы природоохранной биологии . Сандерленд (Массачусетс): ISBN Sinauer Associates, Inc. 978-0-87893-597-0.
  16. ^ Мартин TE (1998). «Подходят ли предпочтения сосуществующих видов в отношении микропредприятий селекции и адаптации?» (PDF) . Экология . 79 (2): 656–670. DOI : 10,1890 / 0012-9658 (1998) 079 [0656: AMPOCS] 2.0.CO; 2 . Архивации (PDF) с оригинала на 2013-12-31 . Проверено 29 августа 2013 .
  17. ^ Тернер MG, Гарднер RH, О'Нил, Роберт V (2001). Ландшафтная экология: теория и практика, закономерности и процессы . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 978-0-387-95123-2.
  18. ^ a b Tremblay Y (11 апреля 2003 г.). «Географические различия в кормлении, питании и росте птенцов пингвинов рокхоппер» (PDF) . Серия «Прогресс морской экологии» . 251 : 279–297. Bibcode : 2003MEPS..251..279T . DOI : 10,3354 / meps251279 . Архивировано (PDF) из оригинала на 2017-08-09.
  19. ^ a b Форкада Дж, Тратан П.Н. (2009-07-01). «Ответ пингвинов на изменение климата в Южном океане». Биология глобальных изменений . 15 (7): 1618–1630. Bibcode : 2009GCBio..15.1618F . DOI : 10.1111 / j.1365-2486.2009.01909.x . ISSN 1365-2486 . 
  20. ^ "Джеймстаун" . Журнал истории . Архивировано 19 апреля 2014 года . Проверено 17 апреля 2014 .
  21. ^ a b c d e Чепмен Д.С., Дайтэм С., Оксфорд, GS (январь 2007 г.). «Моделирование перераспределения популяции листоеда: оценка альтернативных функций расселения» . Журнал экологии животных . 76 (1): 36–44. DOI : 10.1111 / j.1365-2656.2006.01172.x . PMID 17184351 . 
  22. Перейти ↑ Zhou, Y. & Kot, M. (2011). «Дискретные модели роста-рассредоточения со смещением ареалов видов». Теоретическая экология . 4 (1): 13–25. DOI : 10.1007 / s12080-010-0071-3 . S2CID 2623698 . 
  23. ↑ Miller TE, Shaw AK, Inouye BD, Neubert MG (май 2011 г.). «Распределение по признаку пола и скорость двухполых вторжений» (PDF) . Американский натуралист . 177 (5): 549–61. DOI : 10.1086 / 659628 . hdl : 1912/4617 . PMID 21508603 . S2CID 9344741 .   
  24. ^ Radinger, J. & Wolter, С. (2014). «Закономерности и предикторы расселения рыб в реках». Рыба и рыболовство . 15 (3): 456–473. DOI : 10.1111 / faf.12028 .
  25. ^ Дикман U, О'Хара B, Weisser W (март 1999). «Эволюционная экология расселения» (PDF) . Тенденции в экологии и эволюции . 14 (3): 88–90. DOI : 10.1016 / S0169-5347 (98) 01571-7 .
  26. ^ Fahrig L, Merriam G (март 1994). «Сохранение фрагментированных популяций». Биология сохранения . 8 (1): 50–59. DOI : 10.1046 / j.1523-1739.1994.08010050.x . S2CID 53413052 . 
  27. ^ Travis JM, Dytham C (апрель 1999). «Сохранение среды обитания, доступность среды обитания и эволюция расселения» . Труды Лондонского королевского общества. Серия B: Биологические науки . 266 (1420): 723–8. DOI : 10,1098 / rspb.1999.0696 . PMC 1689820 . 
  28. Перейти ↑ Lenormand T (2002). «Поток генов и пределы естественного отбора». Тенденции в экологии и эволюции . 17 (4): 183–189. DOI : 10.1016 / S0169-5347 (02) 02497-7 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Ингольд CT (1971). Споры грибов: их высвобождение и распространение . Оксфорд: Clarendon Press. С.  302 . ISBN 978-0-19-854115-8.
  • Лидикер В.З., Колдуэлл Р.Л. (1982). Расселение и миграция . Страудсбург, Пенсильвания: Hutchinson Ross Pub. Co. p. 311. ISBN. 978-0-87933-435-2. (Расселение животных)
  • Баллок JM, Kenward RE, Hails RS, ред. (2002). Дисперсная экология: 42-й симпозиум Британского экологического общества . Оксфорд, Великобритания: Blackwell Science. п. 458. ISBN. 978-0-632-05876-1. (Животные и растения)
  • Либерман Б.С. (2008). «Новые синтезы между палеобиогеографией и макроэволюционной теорией». Труды Королевского общества Виктории . 120 : 51–57.
  • Тернер М.Г., Гарднер Р.Х., О'Нил Р.В. (2001). Ландшафтная экология: теория и практика, закономерности и процессы . Нью-Йорк (NY): Springer Science.
  • Левин С.А. (1974). «Дисперсия и взаимодействие населения». Американский натуралист . 108 (960): 207. DOI : 10,1086 / 282900 . S2CID  83630608 .
  • Clobert J, Danchin E, Dhondt AA, Nichols JD, eds. (2001). Разгон . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.
  • Казенс Р., Дайтэм С., Закон Р. (2008). Распространение в растениях: популяционная перспектива . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки [ править ]

  • Изображения распространения фруктов и семян на сайте bioimages.vanderbilt.edu