Экосистемный инженер
Экосистемный инженер — это любой вид , который создает, существенно изменяет, поддерживает или разрушает среду обитания . Эти организмы могут оказывать большое влияние на видовое богатство и ландшафтную неоднородность территории. [1] В результате инженеры экосистем играют важную роль в поддержании здоровья и стабильности окружающей среды, в которой они живут. Поскольку все организмы так или иначе влияют на окружающую среду, в которой они живут, было предложено использовать термин «инженеры экосистемы» только для ключевых видов , поведение которых очень сильно влияет на другие организмы. [2]
Типы
[ редактировать ]Джонс и др. [3] выделил два разных типа экосистемных инженеров:
Аллогенные инженеры
[ редактировать ]Аллогенные инженеры модифицируют биофизическую среду , механически переводя живые или неживые материалы из одной формы в другую. Бобры — оригинальная модель для инженеров экосистем; В процессе вырубки и возведения дамб бобры сильно меняют свою экосистему . Строительство плотины изменит как распространение, так и численность многих организмов в этом районе. [2] Гусеницы являются еще одним примером того, что, создавая убежища из листьев, они также создают убежища для других организмов, которые могут занять их либо одновременно, либо впоследствии. [4] Дополнительным примером могут быть дятлы или другие птицы, которые создают дупла в деревьях для гнездования. Как только эти птицы заканчивают с ними, эти отверстия используются другими видами птиц или млекопитающих в качестве жилья. [2]
Автогенные инженеры
[ редактировать ]Аутогенные инженеры модифицируют окружающую среду, изменяя себя. Деревья являются примером этого; по мере роста их стволы и ветви создают среду обитания для других живых существ, среди которых могут быть белки, птицы или насекомые. В тропиках лианы соединяют деревья, что позволяет многим животным путешествовать исключительно по пологу леса. [5] [ нужен лучший источник ]
Важность
[ редактировать ]Возможность идентифицировать инженеров экосистем в окружающей среде может быть важна при рассмотрении влияния, которое эти люди могут оказывать на другие организмы, живущие в той же среде, особенно с точки зрения доступности ресурсов. [6] Также важно признать, что инженеры экосистем не являются организмами, которые напрямую снабжают других живыми или мертвыми тканями. Другими словами, их называют инженерами из-за их способности изменять ресурсы, а не из-за их трофического эффекта. [7] Хотя влияние инженеров экосистем может быть таким же большим, как и влияние ключевых видов, они различаются по типам воздействия. Ключевые виды обычно необходимы из-за их трофического эффекта, а инженеры экосистем - нет.
Как и в случае с ключевыми видами, инженеров экосистем не обязательно много. Виды с большей плотностью и большим эффектом на душу населения оказывают более заметный эффект, но менее многочисленные виды все же могут оказывать большое влияние. Ярким примером является грязевая креветка Filhollianassa filholi , инженер экосистемы с небольшой плотностью населения, но которая влияет на временной и пространственный рост макрофауны своими норными структурами. [8]
Присутствие некоторых инженеров-экосистемистов связано с более высоким видовым богатством на ландшафтном уровне. Изменяя среду обитания, такие организмы, как бобр, создают большую гетерогенность среды обитания и, таким образом, могут поддерживать виды, не встречающиеся где-либо еще. [1] Мысли могут заключаться в том, что, как и в случае с другими зонтичными видами , сохраняя экосистемного инженера, вы сможете защитить общее разнообразие ландшафта. [1] Также было показано, что бобры поддерживают среду обитания таким образом, чтобы защитить редкую бабочку -сатира Святого Франциска и увеличить разнообразие растений. [9]
На биоразнообразие также может влиять способность инженера-экосистема увеличивать сложность процессов внутри экосистемы, что потенциально позволяет увеличить видовое богатство и разнообразие в местной среде. Например, бобры способны изменять прибрежные леса и расширять среду обитания водно-болотных угодий, что приводит к увеличению разнообразия среды обитания, позволяя большему количеству видов населять ландшафт. Среды обитания коралловых рифов , созданные видами кораллов, создающих экосистему, содержат одни из самых высоких показателей численности водных видов в мире. [10]
Споры
[ редактировать ]Существуют разногласия по поводу использования термина «инженер экосистем» для классификации видов, поскольку в научном сообществе-экологе он может восприниматься как «модное словечко». Использование термина «экосистемная инженерия» может означать, что этот вид намеренно и сознательно изменял свою среду обитания. [11] Другой аргумент постулирует, что повсеместное распространение инженеров экосистем означает, что все виды являются инженерами экосистем. [12] Это потребует проведения дополнительных экологических исследований, чтобы углубиться в классификацию инженера-экосистема. [7] Общность и особенности идентификации экосистемного инженера были корнем разногласий, и в настоящее время проводятся дополнительные исследования для окончательной классификации и категоризации видов на основе их воздействия в качестве экосистемного инженера. [7]
Классификация
[ редактировать ]У инженеров экосистем есть свои общие типы: аллогенные и аутогенные, но дальнейшие исследования показали, что все организмы могут относиться к конкретным случаям. [7] Было предложено выделить шесть конкретных случаев. [7] Эти случаи отличались способностью видов преобразовывать свои ресурсы в разные состояния, а также способностью бороться с абиотическими силами. Состояние относится к физическому состоянию материала, а изменение состояния относится к физическому абиотическому или биотическому изменению материала. [7]
| Случай # | Аутогенный или аллогенный | Обоснование | Пример |
|---|---|---|---|
| 1 | Аутогенный | Не считается экосистемной инженерией | Любые виды, которые не считаются инженерами экосистем. |
| 2 | Аллогенный | Преобразуйте ресурсы в удобные и/или более выгодные формы. | Коровы, поедая траву, образуют из своего навоза коровьи комочки, которые используются другими беспозвоночными в качестве источника пищи и убежища. |
| 3 | Аутогенный | Организм переходит из одного состояния в другое и влияет на распределение и/или доступность ресурсов и/или характеристики физической среды. | Кораллы и леса растут, что вызывает изменения в окружающей их среде. |
| 4 | Аллогенный | Способен переводить один материал из одного состояния в другое. | Бобры могут брать живые деревья и превращать их в мертвые деревья, а затем использовать эти мертвые деревья для строительства плотин, которые станут убежищем для других животных и стабилизируют поток воды в засушливых районах. |
| 5 | Аутогенный | Модулируйте экстремальные абиотические силы, которые затем контролируют поток ресурсов. | Коралловые водоросли разбивают волны и защищают коралловые рифы от огромного количества воды. |
| 6 | Аллогенный | Виды подпадают под один или несколько из этих случаев. | Ребристые мидии выделяют биссальные нити, которые связываются вместе, защищая осадок и предотвращая эрозию. |
Интродуцированные виды как инженеры экосистем
[ редактировать ]Виды могут перемещаться по всем частям мира людьми или искусственными судами с неограниченной скоростью, в результате чего иностранные инженеры по экосистемам меняют динамику взаимодействия видов и дают возможность инженерным разработкам происходить в местах, которые были бы недоступны для инженеров. без посредничества человека.
Интродуцированные виды , которые могут быть инвазивными видами , часто являются инженерами экосистем. Кудзу , бобовое растение, завезенное на юго-восток США, меняет распространение и количество видов животных и птиц в районах, в которых оно вторгается. Он также вытесняет местные виды растений. Зебра -мидия — экосистемный инженер Северной Америки. Предоставляя убежище от хищников , он способствует росту пресноводных беспозвоночных за счет увеличения микросреды обитания. Проникновение света в зараженные озера также улучшает экосистему, что приводит к увеличению количества водорослей . В отличие от преимуществ, которые могут принести некоторые экосистемные инженеры, инвазивные виды часто имеют обратный эффект.
Люди как инженеры экосистем
[ редактировать ]Считается, что люди являются наиболее выдающимися инженерами экосистем. Строительство ниш было распространено с самых первых дней человеческой деятельности. [13] Благодаря городскому развитию, методам ведения сельского хозяйства, лесозаготовкам, возведению плотин и добыче полезных ископаемых люди изменили способ взаимодействия с окружающей средой. Это взаимодействие более изучено в области экологии человека . Рассматриваемые как аллогенные и аутогенные инженеры, люди не обязательно подходят ни к одной из категорий экосистемных инженеров. [7] Люди способны имитировать аутогенные эффекты, а также реализовывать свои собственные аллогенные эффекты. [7] Кондиционирование воздуха — один из ярких примеров того, как люди имитируют аутогенные эффекты. [7]
Из-за сложности многих сообществ и экосистем проекты восстановления часто оказываются трудными. Экосистемные инженеры были предложены как средство восстановления данной территории до ее предыдущего состояния. Хотя в идеале все это должны быть естественные агенты, при нынешнем уровне развития может потребоваться и некоторая форма человеческого вмешательства. Экосистемные инженеры не только могут помочь в восстановлении экологии , но и могут быть полезным агентом в управлении инвазивными видами . [14] Развиваются новые области, которые сосредоточены на восстановлении тех экосистем, которые были нарушены или уничтожены деятельностью человека, а также на развитии экосистем, устойчивых как с человеческими, так и с экологическими ценностями. [15]
Примеры
[ редактировать ]Земная среда
[ редактировать ]
Помимо уже упомянутого бобра, выступающего в роли инженера экосистемы, то же самое делают и другие наземные животные. Это может быть связано с пищевыми привычками, моделями миграции или другим поведением, которое приводит к более постоянным изменениям.
Исследования показали, что приматы являются инженерами экосистем из-за их стратегий питания – плодоядных и фоливорных – заставляющих их действовать как распространители семян. [6] В целом приматы очень многочисленны и питаются большим количеством фруктов, которые затем распределяются по их территории. Слонов также называют инженерами экосистем, поскольку они вызывают очень большие изменения в окружающей среде, будь то питание, рытье или миграция. [16]
Луговые собачки — еще одна наземная форма аллогенных инженеров экосистем, поскольку этот вид обладает способностью производить существенные модификации, роя норы и переворачивая почву . Они способны влиять на почвы и растительность ландшафта, обеспечивая подземные коридоры для членистоногих , птиц , других мелких млекопитающих и рептилий . Это положительно влияет на видовое богатство и разнообразие их местообитаний, в результате чего луговые собачки относят к ключевым видам. [17]
Членистоногие также могут быть инженерами экосистемы, например, пауки , муравьи и многие виды личинок , которые создают убежища из листьев, а также насекомые, вызывающие галл , которые изменяют форму растений. [18] Короеды являются инженерами лесных экосистем и могут влиять на распространение и интенсивность пожаров, нападая на виды сосны-хозяина. [19]
Не только животные являются инженерами экосистем. Грибы способны соединять удаленные друг от друга регионы и перемещать питательные вещества между ними. [20] При этом они создают питательные ниши для беспозвоночных-ксилофагов. [21] [22] снабжать деревья азотом, перенесенным от ранее истребленных животных [23] или даже сформировать «подземный трубопровод», который перераспределяет углерод между деревьями. [24] Таким образом, грибы являются инженерами, контролирующими круговорот питательных веществ в экосистемах.
Морская среда
[ редактировать ]
В морской среде фильтраторы и планктон являются инженерами экосистемы, поскольку они изменяют мутность и проникновение света, контролируя глубину, на которой может происходить фотосинтез . [25] Это, в свою очередь, ограничивает первичную продуктивность донных и пелагических местообитаний. [26] и влияет на структуру потребления между трофическими группами. [27]
Другим примером экосистемных инженеров в морской среде могут быть склерактиновые кораллы , поскольку они создают основу для среды обитания, от которой зависит большинство организмов коралловых рифов. [28] Некоторые инженеры экосистем, такие как кораллы, помогают поддерживать окружающую среду. Рыбы-попугаи часто помогают поддерживать коралловые рифы, поскольку они питаются макроводорослями, конкурирующими с кораллами. [29] Поскольку эти отношения взаимовыгодны, между двумя организмами формируется цикл положительной обратной связи, что делает их обоих ответственными за создание и поддержание экосистем коралловых рифов. [29]
Киты также получают все большее признание за свою роль инженеров экосистем, несмотря на потерю до 90% их численности в эпоху коммерческого китобойного промысла . [30] Киты испражняются на поверхности и выделяют питательные вещества, которые ускоряют рост фитопланктона. Когда киты мигрируют через океаны и перемещаются вверх и вниз по толще воды, они помогают распространять эти питательные вещества в процессе, известном как « китовый насос ».
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Райт, Джастин П; Джонс, Клайв Джи; Флекер, Александр С (2002). «Инженер экосистемы, бобр, увеличивает видовое богатство в ландшафтном масштабе». Экосистемы Экология . 132 (1): 96–101. Бибкод : 2002Oecol.132...96W . дои : 10.1007/s00442-002-0929-1 . ПМИД 28547281 . S2CID 5940275 .
- ^ Jump up to: а б с Хэмиг, PD (2012). «Инженеры экосистем: дикая природа, которая создает, изменяет и поддерживает среду обитания» . экология.инфо . Архивировано из оригинала 6 мая 2021 года.
- ^ Джонс, CG; Лоутон, Дж. Х.; Шачак, М (1994). «Организмы как инженеры экосистем». Ойкос . 69 (3): 373–386. дои : 10.2307/3545850 . JSTOR 3545850 .
- ^ Джонс, CG; Лоутон, Дж. Х.; Шачак, М (1997). «Положительные и отрицательные эффекты организмов как инженеров физических экосистем». Экология . 78 (7): 1946–1957. дои : 10.2307/2265935 . JSTOR 2265935 .
- ^ «Экосистемный инженер» .
- ^ Jump up to: а б Чепмен, Колин А; и др. (2013). «Являются ли приматы инженерами экосистемы?». Международный журнал приматологии . 34 : 1–14. дои : 10.1007/s10764-012-9645-9 . S2CID 3343186 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1994). «Организмы как инженеры экосистем» . Ойкос . 69 (3): 373–386. дои : 10.2307/3545850 . ISSN 0030-1299 . JSTOR 3545850 .
- ^ Беркенбуш, К.; Роуден, А.А. (2003). «Экосистемная инженерия — уход от историй «просто так»» . Новозеландский журнал экологии . 27 (1): 67–73. ISSN 0110-6465 . JSTOR 24058163 .
- ^ Бартель, Ребекка А; Хаддад, Ник М; Райт, Джастин П. (2010). «Инженеры экосистем поддерживают редкие виды бабочек и увеличивают разнообразие растений». Ойкос . 119 (5): 883–890. дои : 10.1111/j.1600-0706.2009.18080.x .
- ^ Калиман, Адриано; Карнейро, Лусиана С.; Леал, Жоау Ж.Ф.; Фархалла, Винисиус Ф.; Бозелли, Рейнальдо Л.; Эстевес, Франсиско А. (1 сентября 2013 г.). «Влияние экосистемных инженеров на биоразнообразие сильнее на более сложные экосистемные процессы». Экология . 94 (9): 1977–1985. дои : 10.1890/12-1385.1 . ISSN 1939-9170 . ПМИД 24279269 .
- ^ Пауэр, Мэри Э. (1 июля 1997 г.). «Экосистемная инженерия организмами: почему семантика важна. Ответ М. Пауэра» . Тенденции в экологии и эволюции . 12 (7): 275–276. дои : 10.1016/S0169-5347(97)81020-8 . ISSN 0169-5347 . ПМИД 21238069 .
- ^ Райхман, О.Дж.; Сиблум, Эрик В. (1 июля 2002 г.). «Экосистемная инженерия: упрощенная концепция?: Ответ Райхмана и Сиблума» . Тенденции в экологии и эволюции . 17 (7): 308. doi : 10.1016/S0169-5347(02)02512-0 . ISSN 0169-5347 .
- ^ Смит, Брюс Д. (30 марта 2007 г.). «Высшие инженеры экосистем». Наука . 315 (5820): 1797–1798. дои : 10.1126/science.1137740 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17395815 . S2CID 21409034 .
- ^ Байерс, Джеймс Э; и др. (2006). «Использование экосистемных инженеров для восстановления экологических систем». Экология и эволюция . 21 (9): 493–500. дои : 10.1016/j.tree.2006.06.002 . ПМИД 16806576 .
- ^ Митч, Уильям Дж (2012). «Что такое экологическая инженерия?». Экологическая инженерия . 45 : 5–12. дои : 10.1016/j.ecoleng.2012.04.013 . S2CID 145370880 .
- ^ Хейнс, Гэри (2012). «Слоны (и вымершие родственники) как землеройцы и инженеры экосистем» . Геоморфология . 157–158: 99–107. Бибкод : 2012Geomo.157...99H . дои : 10.1016/j.geomorph.2011.04.045 .
- ^ Бейкер, Брюс В.; Августин, Дэвид Дж.; Седжвик, Джеймс А.; Любовь, Брюс К. (1 февраля 2013 г.). «Экосистемная инженерия различается в пространстве: проверка парадигмы модификации растительности для луговых собачек». Экография . 36 (2): 230–239. дои : 10.1111/j.1600-0587.2012.07614.x . ISSN 1600-0587 .
- ^ Корнелиссен, Т; Синтра, Ф; Сантос, Джей Си (2 декабря 2015 г.). «Насекомые, строящие убежища, и их роль инженеров экосистем» . Неотропическая энтомология . 45 (1): 1–12. дои : 10.1007/s13744-015-0348-8 . ПМИД 26631227 . S2CID 17978664 . Проверено 15 июня 2021 г.
- ^ Харви, Брайан Дж.; Донато, Дэниел С.; Ромме, Уильям Х.; Тернер, Моника Г. (2014). «Степень пожара и восстановление деревьев после нашествий короеда-короеда: роль стадии вспышки и условий горения» . Экологические приложения . 24 (7): 1608–1625. дои : 10.1890/13-1851.1 . ISSN 1051-0761 . ПМИД 29210226 .
- ^ Бодди, Линн; Уоткинсон, Сара К. (31 декабря 1995 г.). «Разложение древесины, высшие грибы и их роль в перераспределении питательных веществ». Канадский журнал ботаники . 73 (С1): 1377–1383. дои : 10.1139/b95-400 .
- ^ Филипяк, Михал; Собчик, Лукаш; Вайнер, январь (9 апреля 2016 г.). «Грибковая трансформация пней в подходящий ресурс для жуков-ксилофагов посредством изменения соотношения элементов» . Насекомые . 7 (2): 13. doi : 10.3390/insects7020013 . ПМЦ 4931425 .
- ^ Филипяк, Михал; Вайнер, январь; Уилсон, Ричард А. (23 декабря 2014 г.). «Как сделать жука из дерева: многоэлементная стехиометрия гниения древесины, ксилофагии и грибоядности» . ПЛОС ОДИН . 9 (12): е115104. Бибкод : 2014PLoSO...9k5104F . дои : 10.1371/journal.pone.0115104 . ПМЦ 4275229 . ПМИД 25536334 .
- ^ Уордл, Д.А. (11 июня 2004 г.). «Экологические связи между надземной и подземной биотой». Наука . 304 (5677): 1629–1633. Бибкод : 2004Sci...304.1629W . дои : 10.1126/science.1094875 . ПМИД 15192218 . S2CID 36949807 .
- ^ Кляйн, Т.; Зигвольф, RTW; Корнер, К. (14 апреля 2016 г.). «Подземная торговля выбросами углерода среди высоких деревьев в лесу умеренного пояса». Наука . 352 (6283): 342–344. Бибкод : 2016Sci...352..342K . дои : 10.1126/science.aad6188 . ПМИД 27081070 . S2CID 33458007 .
- ^ Берке, Сара К. (2012). «Функциональные группы инженеров экосистем: предлагаемая классификация с комментариями по текущим проблемам» . Интегративная и сравнительная биология . 50 (2): 147–157. дои : 10.1093/icb/icq077 . ПМИД 21558195 .
- ^ Абрахамс, М.В.; Каттенфельд, М.Г. (1997). «Роль мутности как ограничения на взаимодействие хищник-жертва в водной среде». Поведенческая экология и социобиология . 40 (3): 169–74. дои : 10.1007/s002650050330 . S2CID 24748783 .
- ^ Хартман, Э.Дж.; Абрахамс, М.В. (2000). «Сенсорная компенсация и обнаружение хищников: взаимодействие химической и визуальной информации» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 267 (1443): 571–75. дои : 10.1098/rspb.2000.1039 . ПМК 1690576 . ПМИД 10787160 .
- ^ Дикий, христианин; и др. (2011). «Изменение климата мешает склерактиновым кораллам выступать в роли основных инженеров экосистемы рифов» . Морские и пресноводные исследования . 62 (2): 205–215. дои : 10.1071/mf10254 .
- ^ Jump up to: а б Бозек, Ив-Мари; и др. (2013). «Взаимное содействие и нелинейность поддерживают создание среды обитания на коралловых рифах». Ойкос . 122 (3): 428–440. CiteSeerX 10.1.1.457.9673 . дои : 10.1111/j.1600-0706.2012.20576.x .
- ^ Роман, Джо; Эстес, Джеймс А; Мориссетт, Лайн; Смит, Крейг; Коста, Дэниел; Маккарти, Джеймс; Нация, Джейб; Никол, Стивен; Першинг, Эндрю; Сметачек, Виктор (сентябрь 2014 г.). «Киты как инженеры морской экосистемы» . Границы в экологии и окружающей среде . 12 (7): 377–385. дои : 10.1890/130220 . ISSN 1540-9295 .
Библиография
[ редактировать ]- Бус, Дж; Раниус, Т; Ассманн, Т (2008). «Находящийся под угрозой исчезновения жук-усач, связанный со старыми дубами, и его возможная роль экосистемного инженера». Биология сохранения . 22 (2): 329–337. дои : 10.1111/j.1523-1739.2007.00880.x . ПМИД 18261146 . S2CID 24150325 .
- Кроуфорд, КМ; Крутсингер, генеральный менеджер; Сандер, Нью-Джерси (2007). «Генотипическое разнообразие растений-хозяев опосредует распространение экосистемного инженера» . Экология . 88 (8): 2114–2120. дои : 10.1890/06-1441.1 . ПМИД 17824442 . S2CID 27037737 .
- Коммито, Дж.А.; Челано, Э.А.; Селико, HJ; Комо, С.; Джонсон, КП (2005). «Мидии имеют значение: динамика расселения послеличинок изменена пространственно сложным экосистемным инженером». Журнал экспериментальной морской биологии и экологии . 316 (2): 133–147. дои : 10.1016/j.jembe.2004.10.010 .
- Райт, JP; Джонс, CG (2006). «Концепция организмов как инженеров экосистем десять лет спустя: прогресс, ограничения и проблемы» . Бионаука . 56 (3): 203–209. doi : 10.1641/0006-3568(2006)056[0203:tcooae]2.0.co;2 .