Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В экологии , ниша дифференциация (также известная как ниша сегрегация , разделение ниши и ниша секционирование ) относится к процессу , посредством которых конкурирующих виды использования окружающей среды по- разному таким образом , что помогает им сосуществовать. [1] Принцип конкурентного исключения гласит, что если два вида с идентичными нишами (экологическими ролями) соревнуются , то один неизбежно приведет к исчезновению другого. [2] Это правило также гласит, что два вида не могут занимать одну и ту же нишу в среде обитания и сосуществовать вместе, по крайней мере, стабильно. [3]Когда два вида дифференцируют свои ниши, они, как правило, менее сильно конкурируют и, следовательно, с большей вероятностью сосуществуют. Виды могут дифференцировать свои ниши разными способами, например, потребляя разную пищу или используя разные области окружающей среды.

В качестве примера разделения ниши несколько аноловых ящериц на Карибских островах имеют общие диеты - в основном это насекомые. Они избегают конкуренции, занимая разные физические места. Хотя эти ящерицы могут проживать в разных местах, некоторые виды могут населять один и тот же ареал - до 15 в определенных местах. [4] Например, некоторые живут на земле, а другие - на деревьях. Виды, обитающие в разных районах, меньше конкурируют за пищу и другие ресурсы, что сводит к минимуму конкуренцию между видами. Однако виды, обитающие на схожих территориях, обычно конкурируют друг с другом. [5]

Обнаружение и количественная оценка [ править ]

Уравнение Лотки – Вольтерры утверждает, что два конкурирующих вида могут сосуществовать, когда внутривидовая (внутривидовая) конкуренция больше, чем межвидовая (между видами) конкуренция (Armstrong and McGehee 1981). Поскольку дифференциация ниш концентрирует конкуренцию внутри вида из-за уменьшения конкуренции между видами, модель Лотка-Вольтерра предсказывает, что дифференциация ниши любой степени приведет к сосуществованию.

В действительности, это все еще оставляет вопрос о том, какая дифференциация необходима для сосуществования (Hutchinson 1959). Расплывчатый ответ на этот вопрос состоит в том, что чем больше похожи два вида, тем более точно сбалансирована пригодность их среды для сосуществования. Существуют пределы степени дифференциации ниш, необходимой для сосуществования, и она может варьироваться в зависимости от типа ресурса, природы окружающей среды и количества вариаций как внутри, так и между видами.

Чтобы ответить на вопросы о дифференциации ниш, экологам необходимо уметь обнаруживать, измерять и количественно определять ниши различных сосуществующих и конкурирующих видов. Это часто делается с помощью комбинации подробных экологических исследований, контролируемых экспериментов (для определения силы конкуренции) и математических моделей.(Strong 1982, Leibold 1995). Чтобы понять механизмы дифференциации ниш и конкуренции, необходимо собрать много данных о том, как эти два вида взаимодействуют, как они используют свои ресурсы и тип экосистемы, в которой они существуют, среди других факторов. Кроме того, существует несколько математических моделей для количественной оценки ширины ниши, конкуренции и сосуществования (Bastolla et al. 2005). Однако, независимо от используемых методов, ниши и конкуренцию может быть трудно измерить количественно, и это делает выявление и демонстрацию дифференциации ниш трудным и сложным.

Развитие [ править ]

Со временем два конкурирующих вида могут либо сосуществовать, посредством дифференциации ниш или другими способами, либо конкурировать до тех пор, пока один вид не станет локально вымершим . Существует несколько теорий о том, как возникает или развивается нишевая дифференциация с учетом этих двух возможных результатов.

Текущее соревнование (Призрак соревнования Настоящее) [ править ]

Дифференциация ниши может возникнуть в результате нынешней конкуренции. Например, у вида X есть фундаментальная ниша на всем склоне холма, но реализованная ниша - это только верхняя часть склона, потому что вид Y, который является лучшим конкурентом, но не может выжить на верхней части склона, имеет исключил его из нижней части склона. При таком сценарии конкуренция между этими двумя видами будет продолжаться бесконечно в середине склона. Из-за этого обнаружить присутствие дифференциации ниши (через конкуренцию) будет относительно легко. Также важно помнить, что в этом случае не происходит эволюционного изменения отдельных видов; скорее, это экологический эффект того, что вид Y превосходит конкурирующий вид X в пределах фундаментальной ниши вида Y.

Через прошлые вымирания (Призрак прошлой конкуренции) [ править ]

Другой путь, с помощью которого может возникнуть дифференциация ниш, - это предыдущее уничтожение видов без реализованных ниш. Это утверждает, что в какой-то момент в прошлом несколько видов населяли территорию, и все эти виды имели перекрывающиеся фундаментальные ниши. Однако в результате конкурентного исключения менее конкурентоспособные виды были уничтожены, оставив только те виды, которые могли сосуществовать (т. Е. Наиболее конкурентоспособные виды, чьи реализованные ниши не перекрывались). Опять же, этот процесс не включает каких-либо эволюционных изменений отдельных видов, но это просто продукт принципа конкурентного исключения. Кроме того, поскольку ни один вид не может конкурировать с другими видами в конечном сообществе, присутствие нишевой дифференциации будет трудно или невозможно обнаружить.

Развивающиеся различия [ править ]

Наконец, дифференциация ниши может возникнуть как эволюционный эффект конкуренции. В этом случае два конкурирующих вида будут развивать разные модели использования ресурсов, чтобы избежать конкуренции. Здесь также текущая конкуренция отсутствует или низкая, поэтому выявление нишевой дифференциации затруднено или невозможно.

Типы [ править ]

Ниже приведен список способов, которыми виды могут разделить свою нишу . Этот список не является исчерпывающим, но иллюстрирует несколько классических примеров.

Разделение ресурсов [ править ]

Разделение ресурсов - это явление, при котором два или более вида разделяют ресурсы, такие как еда, пространство, места отдыха и т. Д., Для сосуществования. Например, некоторые виды ящериц сосуществуют, потому что они потребляют насекомых разного размера. [6] В качестве альтернативы, виды могут сосуществовать на одних и тех же ресурсах, если каждый вид ограничен разными ресурсами или по-разному способен захватывать ресурсы. Различные типы фитопланктона могут сосуществовать, когда разные виды по-разному ограничены азотом, фосфором, кремнием и светом. [7] В на Галапагос , зябликис маленькими клювами более способны поедать мелкие семена, а зяблики с большими клювами - более крупные. Если плотность вида снижается, то пищи, от которой он больше всего зависит, станет больше (поскольку есть очень мало особей, которые ее потребляют). В результате оставшиеся особи будут испытывать меньшую конкуренцию за пищу.

Хотя «ресурс» обычно относится к пище, виды могут разделять другие непотребляемые объекты, такие как части среды обитания. Например, считается , что певчие птицы сосуществуют, потому что они гнездятся в разных частях деревьев. [8] Виды также могут разделять среду обитания таким образом, чтобы получить доступ к различным типам ресурсов. Как было сказано во введении, аноловые ящерицы сосуществуют, потому что каждая из них использует разные части леса в качестве места расположения окуней. [5] Это, вероятно, дает им доступ к различным видам насекомых.

Разделение хищников [ править ]

Разделение хищников происходит, когда виды по-разному атакуются разными хищниками (или естественными врагами в целом). Например, деревья могут дифференцировать свою нишу, если они потребляются различными видами специализированных травоядных , например, травоядными насекомыми. Если плотность вида уменьшается, то уменьшается и плотность его естественных врагов, что дает ему преимущество. Таким образом, если каждый вид ограничен различными естественными врагами, они смогут сосуществовать. [9] Ранние работы были сосредоточены на специализированных хищниках; [9] однако более поздние исследования показали, что хищникам не обязательно быть специалистами в чистом виде, им просто необходимо по-разному воздействовать на каждый вид добычи. [10] [11]Гипотеза Янзена – Коннелла представляет собой форму разделения хищников. [12]

Условное дифференцирование [ править ]

Условная дифференциация (иногда называемая временным разделением ниши ) происходит, когда виды различаются по своим конкурентным способностям в зависимости от различных условий окружающей среды. Например, в пустыне Сонора одни однолетние растения более успешны во влажные годы, а другие - в засушливые. [13] В результате каждый вид будет иметь преимущество в одни годы, но не в другие. Когда условия окружающей среды наиболее благоприятны, особи будут сильнее всего конкурировать с представителями одного и того же вида. Например, в засушливый год растения, адаптированные к засухе, будут в большей степени ограничены другими растениями, адаптированными к засухе. [13] Это может помочь им сосуществовать черезэффект хранения .

Компромисс между конкуренцией и хищничеством [ править ]

Виды могут дифференцировать свою нишу путем компромисса между конкуренцией и хищничеством, если один вид является лучшим конкурентом, когда хищники отсутствуют, а другой - лучше, когда хищники присутствуют. Защита от хищников, такая как токсичные соединения или твердый панцирь, часто требует больших затрат на метаболизм. В результате виды, которые создают такую ​​защиту, часто становятся плохими конкурентами в отсутствие хищников. Виды могут сосуществовать посредством компромисса между конкуренцией и хищниками, если хищники более многочисленны, когда менее защищенные виды являются обычными, и менее многочисленными, если широко охраняемые виды являются общими. [14] Этот эффект был подвергнут критике как слабый, потому что теоретические модели предполагают, что только два вида в сообществе могут сосуществовать из-за этого механизма. [15]

Сосуществование без разделения на нишу: исключения из правил [ править ]

Было показано, что некоторые конкурирующие виды сосуществуют на одном и том же ресурсе без видимых доказательств нишевой дифференциации и в «нарушение» принципа конкурентного исключения. Один экземпляр относится к группе видов хищных жуков (Strong 1982). Эти виды жуков, которые едят одну и ту же пищу и занимают одну и ту же среду обитания, сосуществуют без каких-либо признаков сегрегации или исключения. Жуки не проявляют агрессии ни внутри, ни между специфическими видами. Сосуществование может быть возможным благодаря сочетанию неограниченных ресурсов пищи и среды обитания и высокого уровня хищничества и паразитизма , хотя это не было продемонстрировано.

Этот пример показывает, что доказательства дифференциации ниш отнюдь не универсальны. Дифференциация ниши - не единственный способ сосуществования двух конкурирующих видов (см. Шмида и Эллнер, 1984). Однако дифференциация ниш является критически важной экологической идеей, которая объясняет сосуществование видов, способствуя, таким образом, высокому биоразнообразию, часто наблюдаемому во многих биомах мира .

Исследования с использованием математического моделирования действительно демонстрируют, что хищники действительно могут стабилизировать куски очень похожих видов. Ивовая певчая птица и олененоки другие очень похожие певчие птицы могут служить примером. Идея в том, что это также хорошая стратегия - быть очень похожим на успешный вид или иметь достаточно отличий. Также деревья в тропических лесах могут служить примером для всех видов с высоким пологом, которые в основном следуют одной и той же стратегии. Другими примерами почти идентичных групп видов, занимающих одну и ту же нишу, были водяные жуки, луговые птицы и водоросли. Основная идея состоит в том, что могут быть скопления очень похожих видов, все применяющие одну и ту же успешную стратегию, и между ними открытое пространство. Здесь видовой кластер занимает место одного вида в классических экологических моделях. [16]

См. Также [ править ]

  • Филогенетический консерватизм ниши

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Джессика Харвуд, Дуглас Уилкин (август 2018 г.). «Среда обитания и ниша». Получено с https://www.ck12.org/biology/habitat-and-niche/lesson/Habitat-and-Niche-MS-LS/ .
  2. ↑ Хардин, Гарретт (29 апреля 1960 г.). «Принцип конкурентного исключения». Наука . 131 (3409): 1292–1297. Bibcode : 1960Sci ... 131.1292H . DOI : 10.1126 / science.131.3409.1292 . PMID  14399717 .
  3. ^ Ханская академия. «Ниши и конкуренция». https://www.khanacademy.org/science/biology/ecology/community-ecosystem-ecology/a/niches-competition .
  4. ^ Джошуа Андерсон. «Межвидовая конкуренция, конкурентное исключение и дифференциация ниши». Получено с https://study.com/academy/lesson/interspecific-competition-competitive-exclusion-niche-differentiation.html .
  5. ^ a b Пакала, Стивен В .; Рафгарден, Джонатан (февраль 1985 г.). "Популяционные эксперименты с ящерицами анолиса Сен-Мартена и Сент-Эстатиуса". Экология . 66 (1): 129–141. DOI : 10.2307 / 1941313 . JSTOR 1941313 . 
  6. ^ Колдуэлл, Джанали П.; Витт, Лори Дж (1999). «Диетическая асимметрия лягушек и ящериц в переходных тропических лесах Северной Амазонки». Ойкос . 84 (3): 383–397. DOI : 10.2307 / 3546419 . JSTOR 3546419 . 
  7. ^ Гровер, Джеймс П. (1997). Ресурсный конкурс (1-е изд.). Лондон: Чепмен и Холл. ISBN 978-0412749308.[ требуется страница ]
  8. ^ Макартур, Роберт Х. (октябрь 1958 г.). «Популяционная экология некоторых певчих птиц северо-востока хвойных лесов». Экология . 39 (4): 599–619. DOI : 10.2307 / 1931600 . JSTOR 1931600 . 
  9. ^ a b Гровер, Джеймс П. (1994). «Правила сборки сообществ растений с ограниченными питательными веществами и специализированных травоядных». Американский натуралист . 143 (2): 258–82. DOI : 10.1086 / 285603 . JSTOR 2462643 . 
  10. ^ Chesson, Питер; Куанг, Джессика Дж. (13 ноября 2008 г.). «Взаимодействие хищничества и конкуренции». Природа . 456 (7219): 235–238. Bibcode : 2008Natur.456..235C . DOI : 10,1038 / природа07248 . PMID 19005554 . 
  11. ^ Sedio, Брайан Э .; Остлинг, Аннетт М .; Рис Ламберс, Яннеке Хилле (август 2013 г.). «Насколько специализированными должны быть естественные враги, чтобы способствовать сосуществованию растений?» (PDF) . Письма об экологии . 16 (8): 995–1003. DOI : 10.1111 / ele.12130 . ЛВП : 2027,42 / 99082 . PMID 23773378 .  
  12. ^ Гилберт, Грегори (2005). Бурлесем, Дэвид; Пинар, Мишель; Хартли, Сью (ред.). Биотические взаимодействия в тропиках: их роль в поддержании видового разнообразия . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С.  141–164 . ISBN 9780521609852.
  13. ^ a b Ангерт, Эми Л .; Хаксман, Трэвис Э .; Чессон, Питер; Венейбл, Д. Лоуренс (14 июля 2009 г.). «Функциональные компромиссы определяют сосуществование видов через эффект накопления» . Труды Национальной академии наук . 106 (28): 11641–11645. Bibcode : 2009PNAS..10611641A . DOI : 10.1073 / pnas.0904512106 . PMC 2710622 . PMID 19571002 .  
  14. ^ Холт, Роберт Д .; Гровер, Джеймс; Тилман, Дэвид (ноябрь 1994). «Простые правила межвидового доминирования в системах с эксплуататорской и явной конкуренцией». Американский натуралист . 144 (5): 741–771. DOI : 10.1086 / 285705 .
  15. ^ Чейз, Джонатан М .; Abrams, Peter A .; Гровер, Джеймс П .; Диль, Себастьян; Чессон, Питер; Холт, Роберт Д.; Richards, Shane A .; Nisbet, Roger M .; Дело, Тед Дж. (Март 2002 г.). «Взаимодействие между хищничеством и конкуренцией: обзор и синтез». Письма об экологии . 5 (2): 302–315. CiteSeerX 10.1.1.361.3087 . DOI : 10.1046 / j.1461-0248.2002.00315.x . 
  16. ^ Шеффер, Мартен; ван Нес, Эгберт Х. (2006). «Самоорганизованное подобие, эволюционное появление групп похожих видов» . Труды Национальной академии наук . 103 (16): 6230–5. Bibcode : 2006PNAS..103.6230S . DOI : 10.1073 / pnas.0508024103 . PMC 1458860 . PMID 16585519 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Армстронг, Р.А., МакГихи, Р. (1980). «Конкурентное исключение». Американский натуралист . 115 (2): 151–170. DOI : 10.1086 / 283553 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Бастолла, У., Лессиг, М., Манрубия, С.К., Валлериани, А. (август 2005 г.). «Биоразнообразие в модельных экосистемах, I: условия сосуществования конкурирующих видов». J. Theor. Биол . 235 (4): 521–30. arXiv : q-bio / 0502021 . DOI : 10.1016 / j.jtbi.2005.02.005 . PMID  15935170 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Хатчинсон, GE (1959). «Посвящение Святой Розалии или Почему так много видов животных?». Американский натуралист . 93 (870): 145–159. DOI : 10.1086 / 282070 .
  • Кронфельд-Шор, Н., Даян, Т. (1999). «Диетическая основа временного разделения: пищевые привычки сосуществующих видов Acomys». Oecologia . 121 (1): 123–8. Bibcode : 1999Oecol.121..123K . DOI : 10.1007 / s004420050913 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Лоулер, С.П., Морин, П.Дж. (1993). «Временное перекрытие, конкуренция и приоритетные эффекты у личинок бесхвостых животных». Экология . 74 (1): 174–182. DOI : 10.2307 / 1939512 . JSTOR  19395 12 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Лейбольд, Массачусетс (1995). «Новая концепция ниши: механистические модели и контекст сообщества». Экология . 76 (5): 1371–82. DOI : 10.2307 / 1938141 . JSTOR  1938141 .
  • Пайк, GH (1982). «Местное географическое распространение шмелей возле Крестед-Бьютт, Колорадо: конкуренция и структура сообщества». Экология . 63 (2): 555–573. DOI : 10.2307 / 1938970 . JSTOR  1938970 .
  • Шмида, А., Элльнер, С. (1984). «Сосуществование видов растений со схожими нишами». Vegetatio . 58 : 29–55.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  • Сильный, DRJ (1982). «Гармоничное сосуществование сосновых жуков на Heliconia в экспериментальных и естественных сообществах». Экология . 63 (4): 1039–49. DOI : 10.2307 / 1937243 . JSTOR  1937 243 .
  • Тилман, Дэвид (1990). «Механизмы конкуренции растений за питательные вещества: элементы прогнозной теории конкуренции» . В Грейс, Джеймс; Тилман, Дэвид (ред.). Перспективы конкуренции растений . Нью-Йорк: Academic Press. С. 117–141. ISBN 978-0-323-14810-8.

Внешние ссылки [ править ]

  • Уолтер, Г. Х. (май 1991 г.). «Что такое разделение ресурсов?». J. Theor. Биол . 150 (2): 137–43. DOI : 10.1016 / S0022-5193 (05) 80327-3 . PMID  1890851 .

Отделение энтомологии, Университет Квинсленда, Австралия.