Екологична ниша - биология

Срокът Екологична ниша описва сумата от биотичните и абиотичните фактори на околната среда, от които един вид се нуждае, за да оцелее.

Развитие на термина

Терминът „ниша“ в екологичен контекст е споменат за първи път в доклад от естествения учен Джоузеф Гринел през 1917 г. [1] (има разпръснати по-ранни документи без никакъв отговор). Нишовият термин Grinnells е свързан по същество с околната среда: Той описва област от земната повърхност със своите специфични екологични свойства и свойства на площадката, която е благоприятна за оцеляването на разглеждания вид. Независимо от това, английският еколог Чарлз Елтън го въвежда отново през 1927 г. в подобен смисъл [2]. Елтън поставя по-голям акцент върху биологичните взаимодействия; неговата нишева концепция съответства повече на ролята или функцията на даден вид в неговата общност, особено връзката му с враговете и хранителните ресурси.

Терминът в сегашната му употреба се връща към влиятелна статия на зоолога Джордж Евелин Хътчинсън [3], която надгражда работата на Гринел и Елтън. Най-важното нововъведение на Хътчинсън беше, че нишата не се разглежда като свойство на околната среда - в което даден вид може да се „впише“ или „не се побира“, което също може да остане „празно“ - а като свойство на самия вид [4] .

Концепцията на Хътчинсън

Концепцията на Хътчинсън се основава на добре известния факт, че даден вид може да живее само ако факторите на околната среда са в определен диапазон; това включва температура, влажност, качество на почвата, снабдяване с храна, хищнически натиск и други подобни. а. Диапазонът от стойности на фактор, напр. Б. температурата, може да си представим като маршрут (пред този маршрут е твърде студено, зад него твърде горещо). Друг фактор, напр. Влага, след това определя площ, т.е. комбинацията от температура и влажност, в която видът може да живее (пример за използването на нишата на водните бълхи Daphnia magna оферти [5]). Трети фактор (например рН на почвата) определя обем. С добавянето на допълнителни фактори, резултатът е структура, която вече не е ясна, но лесна за разбиране: n-мерно хиперпространство.

Това хиперпространство се състои от съвкупността от всички фактори на околната среда като температура, храна, влага в почвата, местообитания и др., Които причиняват екологична ниша и образува така наречената Нишово пространство. Отделните фактори могат да бъдат представени графично като размери. Всеки фактор на околната среда представлява едно измерение.Екологичната ниша се определя от границите, в които даден вид може да живее и да се размножава, което може да бъде показано като площ на всяка графика. В този диапазон има оптимум за всеки фактор, при който видът процъфтява най-добре. На практика обаче има много много измерения поради сложността на живота. Следователно диаграма на реалистична, многомерна ниша е трудно да си представим и не може да бъде съставена. Следователно n-мерното хиперпространство на факторите на околната среда може да бъде разделено на дву- до триизмерни нишови диаграми от съображения за яснота.

Съвременните приложения на термина са възникнали от извеждането и модификацията на концепцията на Hutchinsonian. Терминът ниша намери своя път в синекологията по-специално. Тук термините, свързани с термина ниша, се превърнаха в ниша, Припокриване на ниша или доказана ниша [6] .

Припокриване на ниша означава, че два вида споделят една и съща екологична ниша. Припокриването на ниша неизбежно води до конкуренция, напр. Б. чрез намаляване на ресурси като пространство или храна или светлина и вода в растенията. Това води до намаляване на оцеляването, растежа и възпроизводството на засегнатите видове. Свързаното нарастване на стреса - особено поради твърде малко местообитание - може да доведе до изчезване на този (ите) вид (и).

Понятието екологична ниша понякога се разбира погрешно, тъй като терминът „ниша“ в общ план се свързва с пространство или местоположение. Екологичната ниша обаче не е пространствено описание, за разлика от термините местообитание (или местоположение) и биотоп, които обозначават физическо място. Всъщност екологичната ниша е функционален термин, който описва „екологичната роля“, която видът играе в разглежданата екосистема. Така се описва кои биотични и абиотични условия, фактори на околната среда и еволюционни фактори са важни за живота и оцеляването на този вид в екосистемата. От това следва, че така определените ниши не могат да бъдат „заети“. По-скоро те се „формират“ чрез взаимодействие между организмите на даден вид и тяхната среда.

Теория на ниша и конкуренция между видовете

Дефиницията на екологичната ниша, свързана с видовете, може естествено да се извърши независимо за всеки вид. Други видове са включени в определението за ниша косвено (като фактори на околната среда, например като хищници или като храна), но не играят пряка роля. Ако се сравнят екологичните ниши на различни видове, открити по този начин, те могат да бъдат напълно отделени една от друга, ако видовете не споделят нито една зона от местообитанието. По-често обаче образуваните по този начин ниши ще се припокриват в по-голяма или по-малка степен. Това означава, че части от нишовото пространство могат да се използват и от двата типа. Следователно нишовото пространство на един вид в присъствието на други видове ще бъде различно от това без тях. Той може да бъде по-голям (в симбиотични или мутуалистични взаимоотношения), но по-често ще бъде по-малък поради конкуренция или други антагонизми.

Фундаментална и реализирана ниша

Следователно се прави разлика между две основни концепции за екологична ниша:

кога фундаментална ниша или. Фундаментална ниша видът е частта от ниша, в която този вид би могъл да живее единствено въз основа на своята екологична сила, т.е. неговата генетична изменчивост и норма на реакция и свързаната с това адаптивност. На практика това може да се определи само при лабораторни условия. В известен смисъл това е цялостното екологично описание на въпросния вид.
кога реализирана ниша или. Истинска ниша е терминът, използван за частта, която всъщност е заета от въпросния вид, като се вземат предвид конкретните текущи фактори за местоположение в определена екосистема. Тук всеки индивид влиза във взаимоотношения с непознати или съзнатели и се състезава с тях за ресурси или е ограничен в възможностите си по някакъв друг начин. Реализираната ниша е част от основната ниша. Това означава, че реализираната ниша зависи не само от биотичните фактори, но и от абиотичните фактори.

Значение на конкурентния фактор

Тъй като, по мнението на много еколози, конкуренцията между видовете е един от основните фактори, които определят природните общности, една основна област на приложение на теорията на нишите се крие в разглеждането на тази конкуренция. Отправната точка е принципът за изключване на конкуренцията: Според това два вида с еднакви изисквания за живот не могат да съществуват едновременно в едно местообитание. Състезателният тип ще измести низшия. Ако принципът се прилага в природните общности, трябва да се обясни защо толкова много видове очевидно могат да се разберат помежду си, без повечето от тях да бъдат изместени от по-добри конкуренти. Самият Хътчинсън говори z. Б. за фитопланктона на езерата, който се конкурира за шепа основни ресурси в привидно хомогенно местообитание (по същество: светлина, фосфор, азот) и въпреки това е много богат на видове, от „парадокса на планктона“ [7]

Преведено на езика на теорията на нишите, изключването на конкуренцията означава, че нишите на два вида напълно се припокриват поне за един от тези видове (не е необходимо да бъдат идентични: една ниша може да бъде напълно затворена от друга). Ако някой от видовете има част от нишовото пространство, която превъзхождащият конкурент не може да колонизира, той има убежище там. Това гарантира оцеляването на вида, но: често срещано явление все още би било невъзможно.

Има различни възможни решения на този проблем в рамките на теорията на нишата.

Неутрални теории

Като алтернатива на горния вариант, група еколози отрича първостепенното значение на конкуренцията. В този случай припокриващите се ниши вече не са проблем за решаване. В тези теории нишите и нишите губят централната си роля в структурирането на общностите. Местният състав се формира от случайни („стохастични“) фактори: v.a. Степен на имиграция и изчезване, скорост на колонизация, случайни промени в реда на пристигащите видове (и в еволюционни периоди: ново появяване на видове). Тази „неутрална теория“ е разработена особено от работата на еколога Стивън П. Хъбъл [10] [11]. Съвременен преглед е даден в [12]. И в неутралната теория фактор на конкуренцията имплицитно се взема предвид, тъй като наличното пространство за всеки индивид е ограничено. Установяването на нов индивид е възможно само в пропаст, която става свободна, когато по-възрастен умре. Подобна „лотария за пропуски“ за установяване на ниши вече беше предложена, за да се обясни биологичното разнообразие на варовиковите пасища. Екологът П. Дж. Груб въведе термина „регенерираща ниша“ [13]

Съвременни синтези

Новата версия на неутралната теория породи разгорещени противоречия в екологията. Въпреки че теорията в чист вид е отхвърлена от повечето еколози, тя е допринесла за модификация на теорията на нишата. В повечето от съвременните версии стохастичните елементи се въвеждат в (по същество напълно детерминираната) теория на нишата. Възможните обяснителни модели за видово богатство се дават от комбинация от двата фактора (напр. [14]). Други възможности предлагат напр. Например множествени равновесия (напр. [15]). Съвременен преглед на теорията на нишите предлага Б. [16] .

Адаптиране на ниши

Според последните открития екологичната ниша на животинските видове е по-гъвкава, отколкото се предполагаше в предишните теории. Проучване от 2011 г. показа, че ловните навици на гмуркащите се морски птици се различават значително както между видовете, така и в рамките на даден вид. Екологичните ниши не са твърдо фиксирани: Различните местообитания, избягването на конкуренция със съседите или избягването на хищници водят до различно поведение дори в рамките на даден вид. Учените от MPI Radolfzell избраха морските птици като обект на изследване, тъй като те са обвързани със земята, за да се размножават и особено в този момент много животни трябва да споделят пространство и храна. Тъй като няколко вида с подобни изисквания се размножават на един остров, въпросът беше как се различават в екологичните ниши. Данните показват, че пространственото и времево разпределение на птиците също може да се различава значително в рамките на даден вид. Стесняването в рамките на даден вид чрез специализации смекчава конкуренцията. Животните се гмуркат за храна на различни дълбочини и температури в географски отдалечени морски райони. [17]

Приложение на нишовата теория за предсказване на видови зони

Теорията за нишата се използва все по-често в биогеографските изследвания. Тук известните прояви на даден вид са свързани с измерените фактори на околната среда (особено климата), за да може да се предвиди потенциалната му площ от екологичната ниша на вида чрез прехвърляне на резултатите в райони със сходни фактори на околната среда, в които видът все още не е открит . Тези модели са известни като моделиране на местообитания. Този подход е особено широко разпространен за прогнозиране на ефектите от изменението на климата. За тази цел се изгражда модел на района при променените климатични условия въз основа на съществуващите климатични модели. Основата на обработката е наблюдението, че екологичната ниша на даден вид почти не се променя за кратки периоди от време. Следователно е по-вероятно видът да измести района си чрез миграционни движения, отколкото че ще се адаптира към новите условия на място. Човек говори ясно за "климатичната обвивка" на вида [18]. Някои американски еколози обръщат внимание на възможни опасности и неверни заключения с този метод, които могат да го използват за изграждане на зона за Йети [19] .

Приложение на нишовия термин извън екологията

Терминът екологична ниша намира широко приложение извън екологията. Популярната концепция, която е ограничена с него, обаче, най-вече се различава значително от научната употреба. „Екологична ниша“ в обикновения език е по-скоро като тихо място извън силните ветрове на конкуренцията, в което човек може да води ограничено, но разумно сигурно съществуване. Политикът Гюнтер Гаус успя да характеризира обществото на бившата ГДР като „нишово общество“. Терминът има специална кариера в икономиката, особено в пазарната психология, в която е въведен от психолога Берт Шпигел (като съзнателно пренасяне на екологичната ниша в икономическата област). Общите термини като „пазарна ниша“ или „нишов продукт“ могат да бъдат проследени до пренасянето на екологична концепция в икономиката. Тази амбивалентност се поддържа жива от бизнес журналистите, особено във връзка с така наречените „екопродукти“, които обичат да представят заглавия с каламбури като „биодизел - излезте от нишата“.