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-экосистемы 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». использоваться только для ключевых видов , поведение которых очень сильно влияет на другие организмы. [2]
Джонс и др. [3] выделили два разных типа экосистемных инженеров:
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 отверстия в деревьях для гнездования. Как только эти птицы заканчивают с ними, отверстия используются другими видами птиц или млекопитающих в качестве жилья. [2]
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 ]
Возможность идентифицировать инженеров экосистемы 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 осознавать, 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.
Подобно ключевым видам, виды инженеров экосистем не всегда имеют высокую численность. Хотя их влияние легче определить и чаще всего это виды с большей плотностью и большим эффектом на душу населения, виды с меньшей численностью все же могут оказывать большое влияние. Ярким примером является вид грязевой креветки Biffarius filholi , инженер экосистемы с небольшой плотностью популяции, но, по оценкам, влияет на временной и пространственный рост макрофауны с помощью своих норных структур. [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]
Существуют разногласия по поводу использования термина «экосистемный инженер» 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 инженера-экосистема были корнем разногласий, и в настоящее время проводятся дополнительные исследования для окончательной классификации и категоризации видов на основе их воздействия в качестве инженера-экосистемы. [7]
У инженеров экосистем есть свои общие типы: аллогенные и аутогенные, но дальнейшие исследования показали, что все организмы могут относиться к конкретным случаям. [7] Было высказано предположение о шести конкретных случаях. [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].
Виды могут перемещаться по всем частям мира людьми или искусственными судами с неограниченной скоростью, в результате чего иностранные инженеры экосистем 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 своего проникновения. 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.
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, которые являются устойчивыми как с человеческими, так и с экологическими ценностями. [15]
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 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] [19] Короеды являются инженерами лесных экосистем и могут влиять на распространение и тяжесть пожара при нападении на виды сосны-хозяина. [20]
Не только животные являются инженерами экосистем. Грибы способны соединять удаленные друг от друга регионы и перемещать между ними питательные вещества. [21] Поступая таким образом, они создают питательные ниши для беспозвоночных-ксилофагов, [22] [23] снабжают деревья азотом, перенесенным от ранее хищных животных [24] или даже образуют «подземный трубопровод», который перераспределяет углерод между деревьями. [25] Таким образом, грибы являются инженерами, контролирующими круговорот питательных веществ в экосистемах.
В морской среде фильтраторы и планктон являются инженерами экосистемы, поскольку они изменяют мутность и проникновение света, контролируя глубину, на которой может происходить фотосинтез . [26] Это, в свою очередь, ограничивает первичную продуктивность донных и пелагических местообитаний [27] и влияет на структуру потребления между трофическими группами. [28]
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. [29] Некоторые инженеры экосистем, такие как кораллы, помогают поддерживать окружающую среду. Рыбы-попугаи часто помогают поддерживать коралловые рифы, поскольку они питаются макроводорослями, конкурирующими с кораллами. [30] Поскольку эти отношения взаимовыгодны, между двумя организмами формируется цикл положительной обратной связи, что делает их обоих ответственными за создание и поддержание экосистем коралловых рифов. [30]
Киты также получают все большее признание за свою роль инженеров экосистем, несмотря на потерю до 90% их численности в эпоху коммерческого китобойного промысла . [31] 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 ».