Онтогенетический сдвиг ниши
Онтогенетический сдвиг ниши (сокращенно ОНС ) [1] — экологическое явление, при котором организм (обычно животное) меняет свой рацион или среду обитания в ходе онтогенеза (развития). [2] В ходе смещения онтогенетической ниши экологическая ниша особи меняет свою широту и положение. [3] Наиболее известными представителями таксонов, демонстрирующих тот или иной сдвиг онтогенетической ниши, являются рыбы (например, миграция так называемых проходных рыб между соленой и пресной водой с целью размножения). [2] ), насекомые (например, метаморфозы между различными стадиями жизни; такие как личинка , куколка и имаго). [2] ) и амфибий (например, во взрослую метаморфоз головастика лягушку [2] ). [4] Считается, что сдвиг ниши определяется генетически , но при этом является необратимым. [5] Важным аспектом ОНС является тот факт, что особи разных стадий популяции ( например, разного возраста или размера) используют разные виды ресурсов и мест обитания. [6] [7] Этот термин был введен в 1984 году в статье биологов Эрла Э. Вернера и Джеймса Ф. Гиллиама . [1] [8]
Характеристики
[ редактировать ]Считается, что онтогенетический сдвиг ниши детерминирован генетически , но при этом является необратимым. [5] В сложных природных системах ОНС происходит несколько раз в течение жизни человека (в некоторых примерах смещение онтогенетической ниши может происходить непрерывно). [4] Сдвиг онтогенетической ниши варьируется у разных видов; у одних он едва заметен и постепенен (например, изменение рациона питания или размеров у млекопитающих и рептилий ), а у других он очевиден и резок (метаморфоз насекомых, который часто приводит к изменению среды обитания, рациона питания и других экологических условий). ). [5] [9] Одно из исследований предполагает, что различия в ОНС между видами могут быть (по крайней мере, в некоторой степени) объяснены разнообразием признаков и функциональных ролей вида. Как следствие, считается, что различия в онтогенетическом смещении ниш следуют некоторым общим закономерностям. [10]
Важность
[ редактировать ]Для сообществ
[ редактировать ]
Считается, что почти каждый организм демонстрирует тот или иной онтогенетический сдвиг ниши. ONS, ответственный за заметные фенотипические различия среди особей одного и того же вида, играет важную роль в структурировании сообществ и влиянии на их внутреннюю динамику. [4] В некоторых случаях особи, подвергающиеся ОНС, при котором они меняют среду обитания, становятся (мобильным) связующим звеном между двумя разными сообществами (например, посредством потока энергии , вещества и питательных веществ ). [11] Стадийная структура популяции может привести к различным стадиям взаимодействия с разными представителями сообщества или даже с особями других сообществ. [2] [12] таким образом, они имеют отличную экологическую роль от других этапов жизненного цикла той же популяции. [13] Теоретические модели, в которых сообщества структурированы по стадиям, предполагают, что онтогенетическое смещение ниш изучаемых организмов влияет на все сообщество (особенно на его устойчивость и реакцию на беспокойство). [4]
Для населения
[ редактировать ]Наиболее очевидным последствием смещения онтогенетической ниши является снижение конкуренции между разными стадиями одной и той же популяции. Благодаря ОНС особи разного возраста и размера не конкурируют за пищу, материалы и другие ресурсы среды обитания. [6] Различные стадии одной и той же популяции также оказывают разное трофическое воздействие на пищевую сеть сообщества. [7] Разделение популяции на отдельные этапы жизненного цикла полезно и наглядно при недостатке ресурсов для одного этапа (например, когда молодь не получает достаточно ресурсов для себя). В этом случае недостающая стадия будет иметь более высокий уровень смертности . [6]
ОНС имеет большое значение для выживания популяций. Исследователи заметили, что у многих видов наблюдается смещение онтогенетической ниши в разное время, и во многих случаях ОНС возникало как ответ на различные абиотические и биотические факторы окружающей среды . Считается, что смена онтогенетической ниши может быть адаптивной реакцией на изменение условий среды обитания особи. Авторы теории истории жизни предсказали, что организмы могут влиять на время смены своей онтогенетической ниши. В то время как особи, живущие в благоприятных условиях, обычно откладывают свою ОНС в следующую экологическую нишу, организмы, живущие в нише с плохими условиями, обычно продвигаются в следующую нишу. [2]
Понимание изменения онтогенетической ниши у разных видов и его влияния на все сообщество важно при изучении биоразнообразия и функционирования экосистем . [4] Считается, что это полезно при работе с популяциями, которым угрожают антропогенные нарушения. [4] [13] и изменения окружающей среды . [10] [13]
Представитель таксонов
[ редактировать ]
Несмотря на то, что возникновение онтогенетического смещения ниш считается широко распространенным, наиболее известными представителями таксонов с широко изученными ОНС являются насекомые и некоторые группы позвоночных , особенно рыбы и амфибии, у которых особи часто меняют среду обитания , а также множество другие аспекты своей ниши во время разработки. Менее выраженное смещение онтогенетической ниши наблюдается у многих других таксонов, среда обитания которых остается прежней. Обычно ОНС у этих видов очевиден, если посмотреть на ресурсы, используемые организмами одного и того же вида, но разных возрастов или размерных классов (например, изменение их рациона). [2]
Беспозвоночные
[ редактировать ]наблюдается онтогенетическое смещение ниш, связанное с резкими изменениями среды обитания У насекомых . [2] Известно, что особи таксона Insecta демонстрируют один из различных типов метаморфоза , наиболее изученным из которых является гемиметаболизм (когда насекомое проходит три стадии жизни: яйцо , нимфа и имаго ) и голометаболизм (характеризуется четырьмя стадиями жизни насекомого: яйцо, личинка , куколка и имаго). [14] Пищевые ниши и их перемещение в ходе онтогенеза можно точно измерить, используя стабильные изотопные характеристики животных. [15] [16] Такой метод был использован при изучении ОНС у брюхоногих моллюсков , например полевых слизней . [15]
Позвоночные животные
[ редактировать ]ОНС, подобная таковой у насекомых, встречается у таксонов амфибий, [2] наиболее известными из них являются лягушки , которые рождаются из яйца, а затем вылупляются в личиночную стадию, называемую головастиком . [17] Головастики демонстрируют множество отличий, которые отличают их от взрослой стадии лягушки; Головастики большинства видов ведут водный образ жизни , они обычно обладают внешними жабрами и в основном питаются растительным материалом (хотя есть некоторые исключения, которые потребляют мертвую плоть животных или смешанную диету). [18] Другой хорошо изученный пример ONS встречается у рыб, которые демонстрируют диадромное поведение . Проходные виды рыб резко меняют среду обитания, отправляясь в путь из моря (соленой воды) в реки (пресной воды) и наоборот. [2] У многих видов пресноводных рыб ОНС проявляются в рационе, когда они переходят от добычи планктона к бентофагу . [5]
ОНС может быть не так заметна У рептилий , хотя эти позвоночные действительно используют ее. Смещение онтогенетической ниши было изучено у американского аллигатора ( Alligator Mississippiensis ), который идеально подходит для изучения экологических аспектов ONS из-за множества различных размерных стадий в популяции. Аллигаторы меняли свою среду обитания между гидрологически изолированными сезонными водно-болотными угодьями и речными системами. Исследование показало, что речные системы были заселены преимущественно взрослыми особями и полувзрослыми особями обоих полов , которые использовали данную территорию как негнездовую среду обитания. С другой стороны, молодь и взрослые самки были обнаружены на сезонных водно-болотных угодьях, служивших соответственно местами нагула и гнездования . [11]
Хорошим примером ONS у птиц являются крупные морские птицы , такие как альбатросы , которые проводят некоторое время как полностью океанические птицы и, достигнув половой зрелости, начинают посещать места размножения . Неполовозрелая молодь обычно держится в субтропических водах, где занимает высокие трофические уровни . Исследователи заметили, что по мере приближения к половой зрелости молодые птицы постепенно направляются к более низким трофическим позициям. Со временем они занимают изотопную нишу взрослой птицы. [19]
Онтогенетическое смещение ниши — концепция, широко изучаемая в палеонтологии и палеозоологии . Известно, что крупные нептичьи динозавры демонстрировали одно из наиболее интенсивных изменений онтогенетических ниш, поскольку они вылуплялись из яйца и в ходе онтогенеза им приходилось испытывать большие изменения размеров. [20] Одной из проблем, связанных с пониманием мезозойской динозавровой фауны, было отсутствие так называемых мезохищных животных . Предполагается, что ответом на этот вопрос является сдвиг онтогенетической ниши, поскольку хищные динозавры начинали свое существование как маленькие птенцы и постепенно достигали взрослых размеров, занимая при этом разные последовательные ниши и ограничивая разнообразие трофических видов. Считается, что молодые особи мегатеропод занимают нишу мезохищников. [21]
Растения
[ редактировать ]Онтогенетическое смещение ниш изучается в основном на животных, но есть исследования, посвященные ОНС у растений . [3] [22] [23] Одним из изученных у растений ОНС является изменение регенерационной ниши. Авторы статьи заметили, что в процессе онтогенеза регенерационная ниша Acer opalus , клена итальянского, сократилась. Считается, что такой онтогенетический сдвиг ниши был главным образом следствием травоядности , глубины подстилочного слоя и присутствия других растений (особенно взрослых деревьев и кустарников). [23]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Фоккема, Вимке; ван дер Югд, Хенк П.; Ламерис, Томас К.; Доктор Адриан М.; Эббинг, Барволт С.; де Роос, Андре М.; Нолет, Барт А.; Пирсма, Теунис; Ольф, Хан (01 июня 2020 г.). «Сдвиги онтогенетической ниши как движущая сила сезонной миграции» . Экология . 193 (2): 285–297. Бибкод : 2020Oecol.193..285F . дои : 10.1007/s00442-020-04682-0 . ISSN 1432-1939 . ПМК 7320946 . ПМИД 32529317 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Такимото, Гаку (2003). «Адаптивная пластичность в онтогенетических сдвигах ниш стабилизирует динамику потребительских ресурсов» . Американский натуралист . 162 (1): 93–109. дои : 10.1086/375540 . ISSN 0003-0147 . ПМИД 12856239 . S2CID 25740508 .
- ^ Перейти обратно: а б Эрикссон, Уве (2 февраля 2011 г.). «Онтогенетические сдвиги ниш и их влияние на пополнение трех клональных кустарников Vaccinium: Vaccinium myrtillus, Vaccinium vitis-idaea и Vaccinium oxycoccos» . Канадский журнал ботаники . 80 (6): 635–641. дои : 10.1139/b02-044 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Накадзава, Такефуми (2015). «Онтогенетические ниши меняют значение в экологии сообщества: обзор и перспективы на будущее» . Популяционная экология . 57 (2): 347–354. дои : 10.1007/s10144-014-0448-z . ISSN 1438-390X . S2CID 16685115 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Классен, Д.; Дикманн, У. (2001). «Онтогенетические сдвиги ниш и эволюционное ветвление в популяциях с размерной структурой» . pure.iiasa.ac.at . Проверено 17 августа 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Линдмарк, Элин (2021). Доступность среды обитания и сдвиги онтогенетических ниш: влияние на размер взрослой особи озерной кумжи (Salmo trutta) .
- ^ Перейти обратно: а б Наказава, Такефуми (8 февраля 2011 г.). «Альтернативные стабильные состояния, порождаемые онтогенетическим сдвигом ниши при наличии множественного использования ресурсов» . ПЛОС ОДИН . 6 (2): e14667. Бибкод : 2011PLoSO...614667N . дои : 10.1371/journal.pone.0014667 . ISSN 1932-6203 . ПМК 3035614 . ПМИД 21346805 .
- ^ Вернер, Э.Э.; Гиллиам, Дж. Ф. (1 ноября 1984 г.). «Онтогенетическая ниша и взаимодействие видов в популяциях с размерной структурой» . Ежегодный обзор экологии и систематики . 15 (1): 393–425. doi : 10.1146/annurev.es.15.110184.002141 . ISSN 0066-4162 .
- ^ Бассар, Рональд Д.; Трэвис, Джозеф; Коулсон, Тим (22 марта 2017 г.). «Прогнозирование сосуществования видов с непрерывными сдвигами онтогенетических ниш и конкурентной асимметрией» . биоRxiv . 98 (11): 2823–2836. дои : 10.1101/119446 . ПМИД 28766700 . S2CID 196628482 .
- ^ Перейти обратно: а б Рудольф, Фолькер HW (2020). «Многомерный подход выявляет разнообразие онтогенетических сдвигов ниш между таксономическими и функциональными группами». Пресноводная биология . 65 (4): 745–756. дои : 10.1111/fwb.13463 . ISSN 1365-2427 . S2CID 214522439 .
- ^ Перейти обратно: а б Субалуски, Аманда Л.; Фицджеральд, Ли А.; Смит, Лора Л. (1 июля 2009 г.). «Онтогенетические изменения ниш американского аллигатора устанавливают функциональную связь между водными системами» . Биологическая консервация . 142 (7): 1507–1514. doi : 10.1016/j.biocon.2009.02.019 . ISSN 0006-3207 .
- ^ «События: экологические и эволюционные последствия онтогенетических ниш и изменений среды обитания | Институт Санта-Фе» . www.santafe.edu . Проверено 18 августа 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Поиск награды NSF: Премия № 1256860 - Связь онтогенетических сдвигов ниши и функционального разнообразия: последствия для динамики сообщества и потери биоразнообразия» . www.nsf.gov . Проверено 18 августа 2021 г.
- ^ «Сравнительная транскриптомика метаморфоза гемиметаболана и голометаболана» . Исследовательские ворота . Проверено 17 августа 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Бонковски, Майкл; Каппес, Хайке (01 февраля 2018 г.). «Разделение ниш и индикация онтогенетических сдвигов ниш лесных слизней по стабильным изотопам» . Журнал исследований моллюсков . 84 (1): 111–112. дои : 10.1093/mollus/eyx042 . ISSN 0260-1230 .
- ^ Хаммершлаг-Пейер, Кэролайн М.; Йегер, Лорен А.; Араужо, Марсио С.; Лэйман, Крейг А. (3 ноября 2011 г.). «Система проверки гипотез для исследований по изучению сдвигов онтогенетических ниш с использованием соотношений стабильных изотопов» . ПЛОС ОДИН . 6 (11): е27104. Бибкод : 2011PLoSO...627104H . дои : 10.1371/journal.pone.0027104 . ISSN 1932-6203 . ПМК 3207812 . ПМИД 22073265 .
- ^ «От головастика к лягушке: стадии развития и метаморфоза - Сага» . www.saga.co.uk. Проверено 17 августа 2021 г.
- ^ Мильниченко, Наталья (01 января 2009 г.). «АМФИБИИ» . Руководство по практике экзотических домашних животных : 73–111. дои : 10.1016/B978-141600119-5.50008-1 . ISBN 9781416001195 .
- ^ Карравьери, Алиса; Веймерскирх, Анри; Бустаманте, Пако; Шерель, Ив (2017). «Прогрессивное смещение онтогенетической ниши в течение длительного периода незрелости странствующих альбатросов» . Королевское общество открытой науки . 4 (10): 171039. Бибкод : 2017RSOS....471039C . дои : 10.1098/rsos.171039 . ПМК 5666281 . ПМИД 29134098 .
- ^ Кодрон, Дэрил; Карбоне, К.; Мюллер, DWH; Клаусс, Маркус (2012). «Сдвиги онтогенетической ниши у динозавров повлияли на размер, разнообразие и вымирание наземных позвоночных» . Письма по биологии . 8 (4): 620–623. дои : 10.1098/rsbl.2012.0240 . ISSN 1744-9561 . ПМЦ 3391484 . ПМИД 22513279 .
- ^ Шредер, Кэтлин; Лайонс, С. Кэтлин; Смит, Фелиса А. (26 февраля 2021 г.). «Влияние молодых динозавров на структуру и разнообразие сообщества» . Наука . 371 (6532): 941–944. Бибкод : 2021Sci...371..941S . дои : 10.1126/science.abd9220 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 33632845 . S2CID 232050541 .
- ^ Кэмерон, Фиона (19 августа 2014 г.). Сдвиги онтогенетических ниш внутри пойменно-луговых видов (дипломная работа). Открытый университет.
- ^ Перейти обратно: а б Керо, Хосе Л; Гомес-Апарисио, Лорена; Самора, Регино; Маэстре, Фернандо Т. (2008). «Сдвиги в нише регенерации исчезающего дерева (Acer opalus ssp. Granatense) в процессе онтогенеза: использование экологической концепции для применения» . Фундаментальная и прикладная экология . 9 (6): 635–644. дои : 10.1016/j.baae.2007.06.012 . hdl : 10261/47981 . ISSN 1439-1791 .