stringtranslate.com

Инженер экосистемы

Бобры являются типичными инженерами экосистем, поскольку их плотины оказывают влияние на русловой сток, геоморфологию и экологию.
Ламинарии являются автогенными инженерами экосистем, строящими необходимую структуру для лесов из водорослей.

Инженер экосистемы — это любой вид , который создает, значительно изменяет, поддерживает или разрушает среду обитания . Эти организмы могут оказывать большое влияние на видовое богатство и неоднородность ландшафта на определенной территории. [1] В результате инженеры экосистемы играют важную роль в поддержании здоровья и стабильности среды, в которой они живут. Поскольку все организмы тем или иным образом влияют на 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

Джонс и др. [3] выделили два различных типа инженеров экосистем:

Аллогенные инженеры

Аллогенные инженеры изменяют биофизическую среду , механически изменяя живые или неживые материалы из одной формы в другую. Бобры являются оригинальной моделью для инженеров экосистем; в процессе вырубки и строительства плотин бобры значительно изменяют свою экосистему . Добавление плотины изменит как распределение, так и численность многих организмов в этой области. [2] Гусеницы являются еще одним примером, поскольку, создавая убежища из листьев, они также создают убежища для других организмов, которые могут занять их либо одновременно, либо впоследствии. [4] Дополнительным примером могут служить дятлы или другие птицы, которые выдалбливают дупла в деревьях для своих гнезд. После того, как эти птицы закончат с ними, дупла используются другими видами птиц или млекопитающих для жилья. [2]

Автогенные инженеры

Автогенные инженеры изменяют окружающую среду, изменяя себя. Примером этого являются деревья; 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 перемещаться исключительно по пологу леса. [5] [ нужен лучший источник ]

Важность

Возможность идентифицировать инженеров экосистем в 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 — это не организмы, которые напрямую предоставляют другим живую или мертвую ткань. Другими словами, они идентифицируются как инженеры из-за своей способности изменять ресурсы, а не из-за своего трофического эффекта. [7] Хотя влияние инженеров экосистем может быть таким же большим, как у ключевых видов, они различаются по типам своего воздействия. Ключевые виды, как правило, важны из-за своего трофического эффекта, в то время как инженеры экосистем — нет.

Как и в случае с ключевыми видами, инженеры экосистем не обязательно многочисленны. Виды с большей плотностью и большим эффектом на душу населения имеют более легко заметный эффект, но менее многочисленный вид все равно может иметь большое влияние. Ярким примером является грязевая креветка Filhollianassa filholi , инженер экосистем с небольшой плотностью популяции, но влияющий на временной и пространственный рост макрофауны своими норными структурами. [8]

Присутствие некоторых инженеров экосистем связано с более высоким видовым богатством на уровне ландшафта . Изменяя среду обитания, организмы, такие как бобры, создают большую неоднородность среды обитания и, таким образом, могут поддерживать виды, не встречающиеся в других местах. [1] Можно подумать, что, подобно другим зонтичным видам, сохраняя инженера экосистем, вы можете защитить общее разнообразие ландшафта. [1] Было также показано, что бобры поддерживают среду обитания таким образом, чтобы защитить редкую бабочку -сатира Святого Франциска и увеличить разнообразие растений. [9]

Биоразнообразие также может быть затронуто способностью инженера экосистемы увеличивать сложность процессов в экосистеме, потенциально допуская большее видовое богатство и разнообразие в местных средах. Например, бобры обладают способностью изменять прибрежные леса и расширять водно-болотные угодья, что приводит к увеличению разнообразия местообитаний, позволяя большему количеству видов населять ландшафт. Места обитания коралловых рифов , созданные инженером экосистемы коралловыми видами, содержат одни из самых высоких изобилий водных видов в мире. [10]

Противоречие

Существуют разногласия относительно использования термина «инженер экосистем» для классификации видов, поскольку он может восприниматься как «модное словечко» в экологическом научном сообществе. Использование термина «инженер экосистем» может предполагать, что вид намеренно и сознательно изменял свою среду. [11] Другой аргумент постулирует, что повсеместность инженеров экосистем означает, что все виды являются инженерами экосистем. [12] Это побудило бы провести больше экологических исследований, чтобы углубиться в классификацию инженера экосистем. [7] Общность и спецификации определения инженера экосистем были корнем разногласий, и теперь проводятся дополнительные исследования, чтобы окончательно классифицировать и категоризировать виды на основе их воздействия как инженера экосистем. [7]

Классификация

У инженеров экосистем есть общие типы, аллогенные и аутогенные, но дальнейшие исследования показали, что все организмы могут подпадать под конкретные случаи. [7] Было предложено, что существует шесть конкретных случаев. [7] Эти случаи были дифференцированы по способности вида преобразовывать свои ресурсы в различные состояния, а также по их способности бороться с абиотическими силами. Состояние относится к физическому состоянию материала, а изменение состояния относится к физическому абиотическому или биотическому изменению материала [7]

Интродуцированные виды как инженеры экосистем

Виды могут транспортироваться во всех частях света людьми или человеческими судами с безграничными показателями, приводящими к тому, что инженеры иностранных экосистем изменяют динамику взаимодействия видов и возможность инженерного происхождения, которые не были бы доступны инженерами без посредничества людей.

Введенные виды , которые могут быть инвазивными видами , часто являются инженерами экосистем. Кудзу , бобовое растение, завезенное на юго-восток США, изменяет распределение и численность видов животных и птиц в районах, куда оно вторгается. Оно также вытесняет местные виды растений. Зебровая дрейссена является инженером экосистем в Северной Америке. Предоставляя убежище от хищников , она стимулирует рост пресноводных беспозвоночных за счет увеличения микросред обитания. Проникновение света в зараженные озера также улучшает экосистему, что приводит к увеличению водорослей . В отличие от преимуществ, которые могут принести некоторые инженеры экосистем, инвазивные виды часто имеют обратный эффект.

Плотина Гордон в Тасмании

Люди как инженеры экосистем

Люди считаются самыми драматичными инженерами экосистем. Строительство ниш было распространено с самых ранних дней человеческой деятельности. [13] Благодаря развитию городов, сельскохозяйственным практикам, лесозаготовкам, строительству плотин и добыче полезных ископаемых люди изменили способ своего взаимодействия с окружающей средой. Это взаимодействие больше изучается в области экологии человека . Рассматриваемые как аллогенные и аутогенные инженеры, люди не обязательно вписываются ни в одну из категорий инженеров экосистем. [7] Люди способны имитировать аутогенные эффекты, а также реализовывать свои собственные аллогенные эффекты. [7] Кондиционирование воздуха является одним из ярких примеров того, как люди имитируют аутогенные эффекты [7]

Из-за сложности многих сообществ и экосистем проекты по восстановлению часто бывают сложными. Инженеры экосистем были предложены в качестве средства для восстановления данной области до ее прежнего состояния. Хотя в идеале все они должны быть естественными агентами, при сегодняшнем уровне развития может также потребоваться некоторая форма человеческого вмешательства. Помимо возможности помогать в экологии восстановления , инженеры экосистем могут быть полезными агентами в управлении инвазивными видами . [14] Развиваются новые области, которые фокусируются на восстановлении тех экосистем, которые были нарушены или уничтожены деятельностью человека, а также на разработке экосистем, которые являются устойчивыми с человеческими и экологическими ценностями. [15]

Примеры

Наземные среды

Бобровая плотина на реке Смилга в Литве

Помимо упомянутого ранее бобра, действующего как инженер экосистемы, другие наземные животные делают то же самое. Это может быть связано с привычками питания, миграционными моделями или другими формами поведения, которые приводят к более постоянным изменениям.

Исследования показали, что приматы являются инженерами экосистем в результате их стратегий питания – плодоядности и лиственности – что делает их распространителями семян. [6] В целом приматы очень многочисленны и питаются большим количеством фруктов, которые затем распределяются по их территории. Слоны также были названы инженерами экосистем, поскольку они вызывают очень большие изменения в своей среде, будь то посредством питания, рытья или миграционного поведения. [16]

Луговые собачки являются еще одной наземной формой аллогенных инженеров экосистемы из-за того, что вид обладает способностью выполнять 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 оказывает положительное влияние на видовое богатство и разнообразие их местообитаний, в результате чего луговые собачки были обозначены как ключевые виды. [17]

Членистоногие также могут быть инженерами экосистем, например, пауки , муравьи и многие виды личинок , которые создают убежища из листьев, а также насекомые, вызывающие образование галлов , которые изменяют форму растений. [18] Короеды являются инженерами лесных экосистем и могут влиять на распространение и интенсивность пожаров, нападая на виды сосен, являющиеся их хозяевами. [19]

Не только животные являются инженерами экосистем. Грибы способны соединять регионы, которые удалены друг от друга, и перемещать питательные вещества между ними. [20] Делая это, они создают пищевые ниши для беспозвоночных-ксилофагов, [21] [22] снабжают деревья азотом, перемещенным от ранее уничтоженных животных [23] или даже формируют «подземный трубопровод», который перераспределяет углерод между деревьями. [24] Таким образом, грибы являются инженерами, контролирующими циклы питательных веществ в экосистемах.

Морская среда

Рыба-попугай

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 бентосных и пелагических местообитаний [26] и влияет на модели потребления между трофическими группами. [27]

Другим примером инженеров экосистем в морской среде могут служить склерактиновые кораллы , поскольку они создают каркас для среды обитания, от которой зависит большинство организмов коралловых рифов. [28] Некоторые инженеры экосистем, такие как кораллы, помогают поддерживать свою среду. Рыбы-попугаи часто помогают поддерживать коралловые рифы, поскольку они питаются макроводорослями, которые конкурируют с кораллами. [29] Поскольку эти отношения являются взаимовыгодными, между двумя организмами формируется положительный цикл обратной связи, что делает их обоих ответственными за создание и поддержание экосистем коралловых рифов. [29]

Киты также все чаще признаются в качестве инженеров экосистемы, несмотря на потерю до 90% их численности в эпоху коммерческого китобойного промысла . [30] Киты испражняются на поверхности и выделяют питательные вещества, которые стимулируют рост фитопланктона. Когда киты мигрируют через океаны и перемещаются вверх и вниз по толще воды, они помогают распространять эти питательные вещества в процессе, который известен как « китовый насос ».

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Райт, Джастин П.; Джонс, Клайв Г.; Флеккер, Александр С. (2002). «Инженер экосистемы, бобр, увеличивает видовое богатство в масштабе ландшафта». Экосистемы Экология . 132 (1): 96–101. Bibcode : 2002Oecol.132...96W. doi : 10.1007/s00442-002-0929-1. PMID  28547281. S2CID  5940275.
  2. ^ abc Haemig, PD (2012). «Инженеры экосистем: дикая природа, которая создает, изменяет и поддерживает среду обитания». ecology.info . Архивировано из оригинала 6 мая 2021 г.
  3. ^ Джонс, К. Г.; Лоутон, Дж. Х.; Шачак, М. (1994). «Организмы как инженеры экосистем». Oikos . 69 (3): 373–386. doi :10.2307/3545850. JSTOR  3545850.
  4. ^ Джонс, К. Г.; Лоутон, Дж. Х.; Шачак, М. (1997). «Положительные и отрицательные эффекты организмов как физических инженеров экосистем». Экология . 78 (7): 1946–1957. doi :10.2307/2265935. JSTOR  2265935.
  5. ^ «Инженер экосистемы».
  6. ^ AB Capman , Colin A ;​​ ​
  7. ^ abcdefghij Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1994). «Организмы как инженеры экосистем». Oikos . 69 (3): 373–386. doi :10.2307/3545850. ISSN  0030-1299. JSTOR  3545850.
  8. ^ Беркенбуш, К.; Роуден, А.А. (2003). «Экосистемная инженерия — отход от историй «просто так»». New Zealand Journal of Ecology . 27 (1): 67–73. ISSN  0110-6465. JSTOR  24058163.
  9. ^ Бартель, Ребекка А.; Хаддад, Ник М.; Райт, Джастин П. (2010). «Экосистемные инженеры поддерживают редкий вид бабочек и увеличивают разнообразие растений». Oikos . 119 (5): 883–890. doi :10.1111/j.1600-0706.2009.18080.x.
  10. ^ 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.
  11. ^ Power, Mary E. (1 июля 1997 г.). «Экосистемная инженерия организмами: почему семантика имеет значение» Ответ от M. Power. Trends in Ecology & Evolution . 12 (7): 275–276. doi :10.1016/S0169-5347(97)81020-8. ISSN  0169-5347. PMID  21238069.
  12. ^ Райхман, О. Дж.; Сиблум, Эрик В. (1 июля 2002 г.). «Экосистемная инженерия: тривиализированная концепция?: ответ Райхмана и Сиблума». Тенденции в экологии и эволюции . 17 (7): 308. doi :10.1016/S0169-5347(02)02512-0. ISSN  0169-5347.
  13. ^ Смит, Брюс Д. (30 марта 2007 г.). «The Ultimate Ecosystem Engineers». Science . 315 (5820): 1797–1798. doi :10.1126/science.1137740. ISSN  0036-8075. PMID  17395815. S2CID  21409034.
  14. ^ Байерс, Джеймс Э. и др. (2006). «Использование инженеров экосистем для восстановления экологических систем». Экология и эволюция . 21 (9): 493–500. doi :10.1016/j.tree.2006.06.002. PMID  16806576.
  15. ^ Митч, Уильям Дж. (2012). «Что такое экологическая инженерия?». Экологическая инженерия . 45 : 5–12. doi :10.1016/j.ecoleng.2012.04.013. S2CID  145370880.
  16. ^ Хейнс, Гэри (2012). «Слоны (и вымершие родственники) как землеройные машины и инженеры экосистем». Геоморфология . 157–158: 99–107. Bibcode : 2012Geomo.157...99H. doi : 10.1016/j.geomorph.2011.04.045.
  17. ^ Бейкер, Брюс В.; Августин, Дэвид Дж.; Седжвик, Джеймс А.; Любов, Брюс К. (1 февраля 2013 г.). «Инженерия экосистемы варьируется в пространстве: проверка парадигмы модификации растительности для луговых собачек». Ecography . 36 (2): 230–239. doi :10.1111/j.1600-0587.2012.07614.x. ISSN  1600-0587.
  18. ^ Cornelissen, T; Cintra, F; Santos, JC (2 декабря 2015 г.). «Насекомые, строящие убежища, и их роль в качестве инженеров экосистем». Neotropical Entomology . 45 (1): 1–12. doi :10.1007/s13744-015-0348-8. PMID  26631227. S2CID  17978664 . Получено 15 июня 2021 г. .
  19. ^ Харви, Брайан Дж.; Донато, Дэниел К.; Ромме, Уильям Х.; Тернер, Моника Г. (2014). «Степень пожара и регенерация деревьев после вспышек короедов: роль стадии вспышки и условий горения». Ecological Applications . 24 (7): 1608–1625. doi :10.1890/13-1851.1. ISSN  1051-0761. PMID  29210226.
  20. ^ Бодди, Линн; Уоткинсон, Сара К. (31 декабря 1995 г.). «Разложение древесины, высшие грибы и их роль в перераспределении питательных веществ». Канадский журнал ботаники . 73 (S1): 1377–1383. doi :10.1139/b95-400.
  21. ^ Филипяк, Михал; Собчик, Лукаш; Вайнер, январь (9 апреля 2016 г.). «Грибная трансформация пней в подходящий ресурс для жуков-ксилофагов посредством изменения соотношения элементов». Насекомые . 7 (2): 13. doi : 10.3390/insects7020013 . ПМЦ 4931425 . 
  22. ^ Филипяк, Михал; Вайнер, Январь; Уилсон, Ричард А. (23 декабря 2014 г.). «Как сделать жука из дерева: многоэлементная стехиометрия гниения древесины, ксилофагии и грибоядности». PLOS ONE . 9 (12): e115104. Bibcode : 2014PLoSO...9k5104F. doi : 10.1371/journal.pone.0115104 . PMC 4275229. PMID  25536334 . 
  23. ^ Wardle, DA (11 июня 2004 г.). «Экологические связи между надземной и подземной биотой». Science . 304 (5677): 1629–1633. Bibcode :2004Sci...304.1629W. doi :10.1126/science.1094875. PMID  15192218. S2CID  36949807.
  24. ^ Кляйн, Т.; Зигвольф, RTW; Корнер, К. (14 апреля 2016 г.). «Подземная торговля углеродом среди высоких деревьев в умеренном лесу». Science . 352 (6283): 342–344. Bibcode :2016Sci...352..342K. doi :10.1126/science.aad6188. PMID  27081070. S2CID  33458007.
  25. ^ Берке, Сара К (2012). «Функциональные группы инженеров экосистем: предлагаемая классификация с комментариями по текущим вопросам». Интегративная и сравнительная биология . 50 (2): 147–157. doi : 10.1093/icb/icq077 . PMID  21558195.
  26. ^ Абрахамс, М. В.; Каттенфельд, М. Г. (1997). «Роль мутности как ограничения на взаимодействие хищника и жертвы в водной среде». Поведенческая экология и социобиология . 40 (3): 169–74. doi :10.1007/s002650050330. S2CID  24748783.
  27. ^ Хартман, Э. Дж.; Абрахамс, М. В. (2000). «Сенсорная компенсация и обнаружение хищников: взаимодействие между химической и визуальной информацией». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 267 (1443): 571–75. doi :10.1098/rspb.2000.1039. PMC 1690576. PMID  10787160 . 
  28. ^ Уайлд, Кристиан и др. (2011). «Изменение климата препятствует развитию склерактиниевых кораллов как основных инженеров экосистемы рифа». Исследования морской и пресной воды . 62 (2): 205–215. doi : 10.1071/mf10254 .
  29. ^ ab Bozec, Yves-Marie; et al. (2013). «Взаимное упрощение и нелинейность поддерживают инженерию среды обитания на коралловых рифах». Oikos . 122 (3): 428–440. CiteSeerX 10.1.1.457.9673 . doi :10.1111/j.1600-0706.2012.20576.x. 
  30. ^ Роман, Джо; Эстес, Джеймс А; Мориссетт, Лайн; Смит, Крейг; Коста, Дэниел; Маккарти, Джеймс; Нейшн, Дж. Б.; Никол, Стивен; Першинг, Эндрю; Сметачек, Виктор (сентябрь 2014 г.). «Киты как инженеры морских экосистем». Frontiers in Ecology and the Environment . 12 (7): 377–385. doi :10.1890/130220. ISSN  1540-9295.

Библиография

Внешние ссылки