stringtranslate.com

Парадокс планктона

Морские диатомеи входят в число многих планктонных организмов, которые, как это ни парадоксально, игнорируют принцип конкурентного исключения .

В водной биологии парадокс планктона описывает ситуацию, в которой ограниченный диапазон ресурсов поддерживает неожиданно широкий спектр видов планктона , по-видимому, игнорируя принцип конкурентного исключения , который гласит, что, когда два вида конкурируют за один и тот же ресурс, один будет доведены до вымирания.

Экологический парадокс

Парадокс планктона возникает в результате столкновения между наблюдаемым разнообразием планктона и принципом конкурентного исключения , [1] также известным как закон Гаузе , [2] который гласит , что, когда два вида конкурируют за один и тот же ресурс, в конечном итоге только один из них выиграет. сохранятся, а другие будут уничтожены . Сосуществование двух таких видов невозможно, поскольку доминирующий вид неизбежно истощит общие ресурсы, тем самым уничтожая низшую популяцию. [3] Жизнь фитопланктона разнообразна на всех филогенетических уровнях, несмотря на ограниченный набор ресурсов (например , света , нитратов , фосфатов , кремниевой кислоты , железа ), за которые они конкурируют между собой. Парадокс планктона был первоначально описан в 1961 году Г. Эвелин Хатчинсон , которая предположила, что парадокс может быть разрешен такими факторами, как вертикальные градиенты света или турбулентности , симбиоз или комменсализм , дифференциальное хищничество или постоянно меняющиеся условия окружающей среды. [4]

Более поздние исследования показали, что парадокс можно разрешить с помощью таких факторов, как: давление выпаса зоопланктона ; [5] хаотическое движение жидкости ; [6] выборочный выпас; [7] пространственно-временная неоднородность; [8] бактериальная медиация; [9] или колебания окружающей среды. [10] В целом исследователи предполагают, что экологические и экологические факторы постоянно взаимодействуют так, что планктонная среда обитания никогда не достигает равновесия, при котором предпочтение отдается одному виду. [11]

Хотя долгое время считалось, что турбулентность разрушает пятна планктона в пространственных масштабах менее нескольких метров, исследователи, используя мелкомасштабный анализ распределения планктона, обнаружили, что эти участки агрегации (порядка 10 см) имеют достаточную продолжительность жизни (более 10 см). минут), чтобы обеспечить выпас планктона, конкуренцию и заражение. [12]

Разрешение путем вирусного лизиса

В литическом цикле вирусы размножаются в клетках-хозяевах, производя больше вирусов; вирусы затем вырываются из клетки.

Одним из возможных решений этого парадокса является контроль над популяциями планктона с помощью морских литических вирусов . Морские вирусы играют важную роль в экологии бактерий и планктона. Они являются важным компонентом биогеохимического круговорота [13] и горизонтального переноса генов как в бактериальных, так и в планктонных сообществах. Вирусы являются наиболее распространенными организмами в океане и способны очень быстро истощать популяции хозяев. Морские вирусы заражают определенные виды хозяев, поэтому обилие вируса может быстро и эффективно изменять структуру фитопланктона и бактериальных сообществ. В ходе литического цикла вирус встречает хозяина и размножается до тех пор, пока клетка не лопнет, высвобождая вирусы. Вирусы также могут вступать в лизогенный цикл , в ходе которого вирус записывает свою ДНК в геном хозяина. Когда вид фитопланктона вступает в период цветения, концентрация клеток увеличивается, и многие вирусные мишени внезапно становятся доступными. [14]

Одним из объяснений парадокса планктона является гипотеза «динамики бума и краха», также называемая «Убить победителя». При цветении фитопланктона отдельный вид быстро размножается в идеальных условиях, что увеличивает концентрацию его клеток на площади, вытесняя другой фитопланктон. Этот «бум» клеток-хозяев создает возможность быстрого заражения вирусами, что приводит к «спаду», при котором популяция фитопланктона быстро сокращается. Это создает большой пробел в местной экологии фитопланктона и позволяет другим видам заполнить его и продолжить рост. Такой контроль численности вирусов создает временное и пространственное разнообразие фитопланктонных сообществ. Результатом является долгосрочный контроль, поскольку вирус предотвращает бум ранее доминирующих видов во время будущих цветений. [15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хардин, Г. (1960). «Принцип конкурентного исключения». Наука . 131 (3409): 1292–1297. Бибкод : 1960Sci...131.1292H. дои : 10.1126/science.131.3409.1292. ПМИД  14399717.
  2. ^ Гаузе, Г.Ф. (1932). «Экспериментальные исследования по борьбе за существование - I. Смешанная популяция двух видов дрожжей». Журнал экспериментальной биологии . 9 : 389–402. дои : 10.1242/jeb.9.4.389.
  3. ^ Джонсон, Кристофер А.; Бронштейн, Джудит Л. (2019). «Сосуществование и конкурентное исключение в мутуализме». Экология . 100 (6): e02708. Бибкод : 2019Ecol..100E2708J. doi : 10.1002/ecy.2708. hdl : 10150/633609 . ISSN  1939-9170. PMID  30924140. S2CID  85565692.
  4. ^ Хатчинсон, Дж. Э. (1961) Парадокс планктона. Американский натуралист 95 , 137–145.
  5. ^ МакКоли, Э.; Бриан, Ф. (1979). «Выпас зоопланктона и видовое богатство фитопланктона: полевые испытания гипотезы хищничества». Лимнология и океанография . 24 (2): 243–252. Бибкод : 1979LimOc..24..243M. дои : 10.4319/lo.1979.24.2.0243.
  6. ^ Кароли, Г., Пентек, А., Шеринг, И., Тель, Т., Торочкай, З. (2000) Хаотический поток: физика сосуществования видов. Труды Национальной академии наук 97 , 13661-13665.
  7. ^ Виггерт, Дж.Д., Хаскелл, AGE, Паффенхофер, Г.А., Хофманн, Э.Э. и Клинк, Дж.М. (2005) Роль пищевого поведения в поддержании популяций копепод в тропическом океане. Архивировано 5 сентября 2008 г. в Wayback Machine . Журнал исследований планктона 27 , 1013–1031.
  8. ^ Миядзаки Т., Тайнака К., Тогаши Т., Судзуки Т. и Ёсимура Дж. (2006) Пространственное сосуществование видов фитопланктона в экологической временной шкале «Научные связи, Япония | Пространственное сосуществование видов фитопланктона в экологической временной шкале» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 г. Проверено 6 июня 2007 г.{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ). Экология населения 48(2) , 107-112.
  9. ^ Ньюхук, Р.; Бриан, Ф. (1987). «Бактерии как структурирующие агенты в озерах: полевые манипуляции с бактериопланктоном». Архив гидробиологии . 109 (1): 121–138. doi : 10.1127/archiv-гидробиол/109/1987/121. HDL : 10393/4660 . ISSN  0003-9136.
  10. ^ Декамп-Жюльен, Б.; Гонсалес, А. (2005). «Стабильное сосуществование в меняющейся среде: экспериментальная демонстрация» (PDF) . Экология . 86 (10): 2815–2824. Бибкод : 2005Ecol...86.2815D. дои : 10.1890/04-1700. Архивировано из оригинала (PDF) 17 ноября 2006 года . Проверено 18 октября 2014 г.
  11. ^ Шеффер М., Ринальди С., Хьюсман Дж. и Вайссинг Ф.Дж. (2003) Почему планктонные сообщества не имеют равновесия: решения парадокса. Гидробиология 491 , 9-18.
  12. ^ Митчелл, Дж. Г., Ямазаки, Х., Сёрон, Л., Волк, Ф., Ли, Х. (2008) Образцы участков фитопланктона: анатомия морского пейзажа в турбулентном океане. Журнал морских систем 69 , 247–253.
  13. ↑ Майерс, Кайл MJ (30 января 2023 г.). «Выпас морских вирусов и его биогеохимические последствия». мБио . 14 . дои : 10.1128/mbio.01921-21. hdl : 11250/3078503 .
  14. ^ Брейтбарт, Майя (2012). «Морские вирусы: правда или действие». Ежегодный обзор морской науки . 4 : 425–448. Бибкод : 2012ARMS....4..425B. doi : 10.1146/annurev-marine-120709-142805. ISSN  1941-1405. ПМИД  22457982.
  15. ^ Флинн, Кевин Дж.; Митра, Адите; Уилсон, Уильям Х.; Кимманс, Сьюзен А.; Кларк, Даррен Р.; Пелуси, Анджела; Полимен, Лука (май 2022 г.). « Резкая динамика взаимодействий фитопланктона и вируса объясняет парадокс планктона». Новый фитолог . 234 (3): 990–1002. дои : 10.1111/nph.18042. ISSN  0028-646X. ПМЦ 9313554 . ПМИД  35179778. 

Внешние ссылки