Экология острова

острова Экология — это изучение островных организмов и их взаимодействия друг с другом и с окружающей средой. Острова занимают почти 1/6 всей площади суши Земли. однако экология островных экосистем сильно отличается от экологии материковых сообществ. Их изоляция и большое количество пустых ниш приводят к усилению видообразования . В результате островные экосистемы составляют 30% горячих точек мирового биоразнообразия , 50% морского тропического разнообразия и некоторые из самых необычных и редких видов. Многие виды до сих пор остаются неизвестными.

На разнообразие видов на островах сильно влияет деятельность человека, такая как вырубка лесов и внедрение экзотических видов . В ответ экологи и менеджеры обращают внимание на сохранение и восстановление островных видов. Поскольку острова представляют собой простые системы, они предоставляют возможность изучать процессы вымирания , которые можно экстраполировать на более крупные экосистемы.

Экологические процессы на островах

Острова являются привлекательным местом для экологических исследований, поскольку они предоставляют наглядные примеры эволюции в действии. Они демонстрируют интересные модели колонизации, адаптации и видообразования.

Колонизация и создание

Острова окружены водой и могут существовать, а могут и не существовать как часть континентальной суши. Океанические острова возникают из-за вулканической активности или роста рифов и обычно со временем затихают из-за эрозии и изменения уровня моря. Когда возникают острова, они подвергаются процессу экологической сукцессии по мере колонизации острова видами (см. теорию островной биогеографии ). Новые виды не могут иммигрировать по суше, а должны прибывать по воздуху, воде или ветру. В результате организмы с высокой способностью к расселению , такие как растения и птицы, гораздо чаще встречаются на островах, чем таксоны с плохой способностью к расселению, такие как млекопитающие. Однако некоторые млекопитающие присутствуют на островах, предположительно благодаря плаванию или езде на естественных «плотах», смываемых с материка.

Из прибывших видов лишь некоторые смогут выжить и создать популяции. В результате на островах обитает меньше видов, чем на материке. Островные популяции невелики и демонстрируют низкую генетическую изменчивость (см. Эффект основателя ), но изолированы от хищников и конкурентов, с которыми они первоначально эволюционировали. Это может привести к процессу, называемому экологическим высвобождением , когда вид освобождается от взаимодействия с сообществом своих предков, а затем колонизирует новые ниши.

Приспособление

Смотрите также: синдром острова

В ответ на это меняющееся экологическое давление островные виды могут стать гораздо более послушными, чем их материковые собратья, и могут вырасти больше (см. Островной гигантизм ) или меньше (см. Островная карликовость ). Некоторые из этих уникальных адаптаций отражены в харизматических островных видах, таких как малагасийский бегемот , дракон Комодо или карликовые мамонты . Хотя гигантские черепахи Галапагосских и Сейшельских островов ( Галапагосская черепаха и Альдабрахелис соответственно ) иногда приводятся в качестве примеров островного гигантизма. теперь считается, что они представляют собой последние оставшиеся популяции исторически распространенных гигантских черепах, т.е. гигантизм является наследственной чертой, возникшей в отсутствие островного давления отбора. Совокупность различий в морфологии , экологии , физиологии и поведении островных видов по сравнению с их континентальными собратьями называется островным синдромом .

Дракон Комодо – пример островного гигантизма.

После иммиграции птицы и некоторые рептилии и млекопитающие имеют тенденцию становиться более крупными и хищными. демонстрируя расслабленную внутривидовую конкуренцию . Что касается млекопитающих, мелкие виды будут увеличиваться в размерах, а крупные виды уменьшаться в размерах. Это называется «правилом острова» и предлагается для минимизации затрат энергии.

Другие приспособления к жизни на островах включают повышенную пойкилотермию , расслабленное поведение против хищников, и снижение полового отбора у животных и потеря защиты травоядных и уменьшение рассеивания в растениях.

Видообразование

Образование новых островов и их изоляция от материка создают множество незанятых ниш, к которым виды могут адаптироваться. Поскольку иммиграция хищников и конкурентов ограничена, многие организмы способны сохраняться в этих новых нишах. Это приводит к высокой распространенности эндемизма , когда виды уникальны для определенной территории. Например, 50% ареалов эндемичных птиц находятся на островах.

Эндемизм часто является результатом адаптивной радиации . Адаптивная радиация – это когда один вид колонизирует территорию и быстро диверсифицируется, заполняя все доступные ниши. Типичным примером является совокупность видов вьюрков, зарегистрированная Чарльзом Дарвином на Галапагосских островах . Зяблики Дарвина продемонстрировали адаптивную радиацию, развив клювы разного размера, чтобы использовать разнообразие семян, присутствующих на разных островах.

Палила, один из нескольких находящихся под угрозой исчезновения медоносов, которые развились в результате адаптивной радиации и являются эндемиками Гавайских островов.

Поскольку распространение этих популяций ограничено их островной средой обитания, у них, как правило, меньше особей, чем у их материковых собратьев, и меньшая генетическая изменчивость. Это, наряду с упомянутыми выше поведенческими и экологическими факторами, делает островные виды более уязвимыми к исчезновению.

Выживание

Продолжение выживания видов на островах зависит от таких факторов, как естественный отбор , генетическая изменчивость, природные нарушения (ураганы, извержения вулканов) и нарушения, вызванные деятельностью человека (интродуцированные виды, потеря среды обитания ). Вызванные деятельностью человека нарушения, как правило, являются основной причиной смертности, а понимание причин вымирания облегчает усилия по сохранению видов.

Воздействие человека на островные экосистемы

Переселение людей на острова привело к быстрому исчезновению местных островных видов либо в результате охоты, разрушения среды обитания , либо в результате интродуцированных видов .

Охота

Многие крупные животные на островах были истреблены людьми. Известный пример — дронт , когда-то найденный на острове Маврикий . В ходе эволюции он стал большим, нелетающим и послушным, а впоследствии был доведен до исчезновения людьми и завезенными хищниками.

Разрушение среды обитания

Истощение природных ресурсов может иметь драматические последствия для экологии острова. На острове Пасхи истощение лесов человеком привело не только к массовой утрате видов, но и к краху островной цивилизации.

Остров Пасхи стал местом драматических экологических изменений.

Сегодня на островах проживает более 500 миллионов человек, и все они зависят от местных ресурсов либо прямо (традиционное использование), либо косвенно (доходы от экотуризма). Рост населения и развитие приводят к сильной вырубке лесов , загрязнению окружающей среды и чрезмерной эксплуатации . Чрезмерный вылов океанской фауны вызывает особую тревогу, поскольку улов коралловых рифовых рыб является важным источником пищи для населения островов.

Интродуцированные виды

Люди внесли свой вклад в глобализацию и уменьшили эффективную изоляцию островных сообществ, что привело к вторжению экзотических видов. Это может оказать глубокое воздействие на местные виды. На Гуаме завезенная коричневая древесная змея съела почти все местные виды позвоночных до полного исчезновения. Одичавшие кошки и собаки также значительно сократили местные популяции позвоночных на островах из-за хищничества и болезней. Интродуцированные копытные представляют собой еще одну серьезную угрозу, поскольку они пасутся на местной растительности и могут уничтожить целые леса. Экзотические травы могут превзойти местные виды подлеска и увеличить риск пожара. Наконец, серьезные проблемы вызывают и социальные насекомые , такие как муравьи.

Неместные виды, интродуцированные на острова, могут оказывать глубокое воздействие на экосистему острова, в большей степени, чем неместные виды, интродуцированные на континентальную сушу (Платенберг). Более сильное воздействие интродуцированных и чужеродных видов на острова во многом является результатом более низкого уровня биоразнообразия (Платенбург и др.). Биоразнообразию на островах особенно угрожают лесозаготовки, охота, рыболовство и сбор растений. Однако уязвимость островов для интродуцированных видов также обусловлена ​​различиями в сельском хозяйстве, экономике и здравоохранении по сравнению с континентальными землями (Рассел и др.).

Меньшая площадь суши и численность населения островов по сравнению с континентами создают большую уязвимость к воздействию интродуцированных видов (Рассел и др.). Интродуцированные виды негативно влияют на экосистемы из-за изменения взаимодействия хищник-жертва, что может нанести вред или даже локальное исчезновение популяциям местных видов (Таунс и др.). Существует множество примеров того, как виды животных, такие как птицы, рептилии и водные насекомые, страдают от проникновения хищников, таких как крысы, кошки и муравьи. Например, морские птицы на островах Гавайев подвергаются воздействию чужеродных хищников, таких как совы-сипухи и муравьи. В колонии на Гавайях не менее 20% яиц клинохвостых буревестников были съедены майнами, темно оперенными птицами семейства скворцов (Towns et al.). Также на Гавайях более сорока четырех интродуцированных видов муравьев, особенно тропических огненных муравьев, нанесли ущерб росту птенцов буревестников, например, потерю тканей на их ногах (Таунс и др.).

Другими примерами видов, оказывающих сильное воздействие на островные экосистемы, являются кубинская древесная лягушка и тростниковая жаба, которые были завезены на Виргинские острова США при различных обстоятельствах (Платенберг). Кубинская древесная лягушка присутствовала на территории USVI с момента непреднамеренного прибытия на грузовом корабле в 1970-х годах (Платенберг). Кубинская древесная лягушка известна своей способностью выживать в суровых условиях и легко адаптируется, поскольку поедает самые разнообразные организмы (Платенберг). Местные популяции лягушек и ящериц-аноли сократились, вероятно, из-за вмешательства кубинских древесных лягушек (Платенберг). В отличие от случайной интродукции кубинской древесной лягушки, тростниковая жаба была завезена намеренно для борьбы с сельскохозяйственными вредителями (Платенберг). Как и кубинская древесная лягушка, тростниковая жаба всеядна. Головастики тростниковой жабы конкурируют за ограниченные ресурсы пресной воды с белогубой лягушкой, местным видом, тем самым ограничивая свои ресурсы (Платенберг). В целом, когда интродукция чужеродного вида приводит к вымиранию, экосистема испытывает потери на некоторых трофических уровнях (Платенберг). Например, склонные к вымиранию позвоночные травоядные изменяют функцию экосистемы растительных сообществ. Это явление наблюдается в Новой Зеландии, где исчезновение видов птиц могло изменить динамику растительных сообществ, созданных птицами, и повлиять на численность лесных растений (Платенберг).

Также в Новой Зеландии мелкие хищники-млекопитающие, такие как грызуны, оказывают небольшое прямое воздействие на растительность, но оказывают большее влияние на островную фауну посредством вымирания и перемещения (Вуд и др.). Тихоокеанские крысы, например, считались причиной локального вымирания крупных ночных наземных ящериц, и предполагалось, что они оказывают минимальное воздействие на дневные виды, те, которые спят по ночам, такие как прибрежные сцинки (Wood et al. ). Однако в местах, где были удалены тихоокеанские крысы, популяции береговых сцинков быстро изменились, что указывает на то, что влияние крыс недооценено (Вуд и др.).

Утрата ключевых видов, от которых зависят все остальные виды в экосистеме, например морские птицы, также может иметь значительные последствия (Города). Морские птицы играют важную роль в структуре экосистемы, поскольку они переносят большое количество питательных веществ в экосистемы и зарываются в почву, помогая растительности (города). Однако с момента заселения людей сообщества морских птиц подверглись серьезному воздействию на островах по всему миру (города). Хотя некоторые экзотические виды могут выполнять экологические роли, аналогичные функциям вымерших видов, существует множество ролей, которые не могут выполнять другие виды. Таким образом, подобные экзотические виды не обеспечивают полной замены вымерших видов в сообществе (Города). Даже если количество видов, завезенных на остров, примерно такое же, как и количество вымерших, экологические характеристики недостаточно сопоставимы, чтобы компенсировать потери (города).

Глобальное потепление

Глобальное потепление становится серьезной причиной исчезновения видов на островах. Это может быть связано с повышением уровня моря , проникновением соленой воды в пресноводную среду обитания или неспособностью видов адаптироваться к повышению температуры и экстремальным погодным явлениям. Виды растений особенно восприимчивы. В более изолированных районах, таких как острова Южного океана, косвенные последствия, такие как инвазивные виды и глобальное потепление, могут играть большую роль в влиянии на популяцию, чем чрезмерная эксплуатация, загрязнение и утрата среды обитания .

Повышение уровня моря является насущной проблемой для многих жителей островов.

Трофические каскады

Деятельность человека и внедрение чужеродных видов часто вызывают трофические каскады , когда прямое воздействие на один вид приводит к косвенному воздействию на другие виды в пищевой сети. Примером может служить остров Санта-Крус на Нормандских островах Калифорнии , где отравление ДДТ сократило белоголовых орланов популяцию . Это, наряду с обилием завезённых диких свиней в качестве добычи, позволило беркутам колонизировать остров и заменить белоголовых орланов. Однако беркуты поедали и местных островных лисиц . Уровень популяции лисиц снизился почти до полного исчезновения, в то время как популяция скунсов увеличилась из-за ослабления конкуренции с лисами.

Сохранение острова

Сохранение на островах

Поскольку островные экосистемы автономны, должна быть возможность смягчить многие угрозы для видов. Экологи и менеджеры работают вместе, чтобы определить приоритетность территорий для сохранения, а также быстро разработать и реализовать планы действий. Не все можно отложить в резерв, поэтому важно сначала собрать соответствующую информацию и определить приоритетность проблемных областей. После выбора области менеджеры должны приобрести право собственности и заручиться поддержкой. К этому процессу также следует привлечь местных экспертов и коренное население. Четкое определение целей облегчит многие необходимые взаимодействия между людьми и агентствами. Как только резерв будет создан, менеджеры смогут практиковать адаптивное управление и продолжать обучение сообщества.

На суше сохранение островов направлено на защиту видов и их среды обитания. В некоторых случаях консервация может быть интегрирована с сельскохозяйственным производством. Например, плантации акации коа и лесные пастбища на Гавайях представляют собой антропогенно измененные экосистемы, однако обеспечивают связь между фрагментами леса и, таким образом, поддерживают более высокое разнообразие, чем открытые пастбища. Другие направления включают восстановление среды обитания и искоренение интродуцированных хищников, копытных и экзотических растений (путем охоты, удаления или биологического контроля ).

В морских экосистемах все чаще создаются «запретные» заповедники. Это позволяет восстановить местные виды, а также увеличить количество видов, добываемых в коммерческих целях. Однако как в наземных, так и в морских системах эти действия являются дорогостоящими и не всегда приводят к желаемым результатам. Например, некоторые неместные виды становятся ключевыми видами , и их удаление может принести экосистеме больше вреда, чем пользы. Чтобы быть более эффективными, менеджеры островных экосистем должны делиться информацией и учиться на ошибках друг друга.

Омары получают большую выгоду от создания запретных зон на таких островах, как Великобритания, Новая Зеландия и Тонга.

Восстановление острова

Основная статья: Восстановление острова

Сохранение островов, как правило, направлено на сохранение отдельных видов и их среды обитания. Однако многие экологи предупреждают, что экологические и эволюционные процессы также должны быть сохранены. Сохранение островных сообществ в целом тесно связано с восстановлением .

Активное восстановление на островах может осуществляться как для видов животных (транслокации, индуцированное размножение), так и для видов растений (лесовосстановление). Определение целей восстановления может быть сложной задачей, поскольку зачастую невозможно вернуть экосистему в ее «историческое» или «нормальное» состояние, если это состояние можно хотя бы четко определить. Восстановление никогда не бывает полным, поскольку экологические сообщества всегда находятся в состоянии изменений.

Устойчивое использование

Поскольку истощение ресурсов является серьезной проблемой на островах, необходимо также учитывать потребности населения. На многих островах ученые и менеджеры изучают традиционные практики коренного населения в качестве потенциальных решений по сохранению окружающей среды. В некоторых случаях системы ограниченного использования, которые служат сообществу, могут стать лучшей альтернативой полностью закрытым охраняемым территориям, если недостаточно ресурсов для надлежащего обеспечения соблюдения. Важную роль играет государственное образование.

Научные достижения

Значительным достижением в этой области является переход от 2D к 3D науке в экологии. Этот подход предлагает всестороннее понимание экологической динамики и воздействия человека как на наземную, так и на морскую среду. Внедрение 3D-моделей способствует лучшему управлению природными ресурсами и учитывает планы их сохранения и управления. Этот переход также влияет на то, как политики оценивают нормативные акты, обеспечивая более динамичный взгляд на экологические и экологические проблемы.

См. также

• Нарушение (экология)
• Биогеография острова
• Синдром острова
• Сохранение гавайской медоносной лианы
• Млекопитающие Карибского моря
• Динамика патчей
• Распад расстояния
• Небесный остров

Внешние ссылки

• Сохранение острова