stringtranslate.com

Строительство ниши

Бобры занимают весьма специфическую биологическую нишу в экосистеме: они строят плотины через речные системы.

Строительство ниши — это экологический процесс, посредством которого организм изменяет свою собственную (или локальную среду другого вида) среду. Эти изменения могут быть физическими изменениями среды организма или могут включать активное перемещение организма из одной среды обитания в другую, где он затем испытывает различные экологические давления. Примерами строительства ниши являются строительство гнезд и нор животными, создание тени, влияние скорости ветра и изменения круговорота питательных веществ растениями. Хотя эти изменения часто напрямую выгодны для конструктора , они не обязательно всегда таковыми являются. Например, когда организмы сбрасывают детрит , они могут ухудшать свою собственную локальную среду. В некоторых биологических эволюционных рамках строительство ниши может активно порождать процессы, относящиеся к экологическому наследованию , посредством чего рассматриваемый организм «конструирует» новые или уникальные экологические и, возможно, даже социальные экологические реальности, характеризующиеся определенными селективными давлениями .

Эволюция

Для того чтобы формирование ниши повлияло на эволюцию, оно должно удовлетворять трем критериям: 1) организм должен существенно изменять условия окружающей среды, 2) эти изменения должны влиять на одно или несколько давлений отбора на организм-реципиент, и 3) по крайней мере в одной популяции-реципиенте должен быть эволюционный ответ, вызванный изменением окружающей среды. [1] [2] Первые два критерия сами по себе являются доказательством формирования ниши.

В последнее время некоторые биологи утверждают, что построение ниши является эволюционным процессом, который работает совместно с естественным отбором . [1] Эволюция подразумевает сети обратных связей, в которых ранее отобранные организмы вызывают изменения окружающей среды, а измененная организмом среда впоследствии выбирает изменения в организмах. [1] [3] [4] Комплементарное соответствие между организмом и его средой является результатом двух процессов естественного отбора и построения ниши. Эффект построения ниши особенно выражен в ситуациях, когда изменения окружающей среды сохраняются в течение нескольких поколений, представляя эволюционную роль экологического наследования . Эта теория подчеркивает, что организмы наследуют два наследия от своих предков: гены и измененную среду. Организм, строящий нишу, может или не может считаться инженером экосистемы . Экосистемная инженерия является связанной, но не эволюционной концепцией, относящейся к структурным изменениям, вносимым организмами в окружающую среду. [5]

Примеры

Муравьи-листорезы занимают жизненно важную нишу в экосистеме тропического леса.

Ниже приведены некоторые примеры построения ниши:

Последствия

Тростниковая камышевка кормит своего крупного детеныша-нарушителя.

Когда существа создают новые ниши, они могут оказывать значительное влияние на окружающий мир. [1]

История

Теория построения ниши (NCT) была предвосхищена разными людьми в прошлом, в том числе физиком Эрвином Шрёдингером в его эссе «Что такое жизнь?» и «Разум и материя» (1944). Ранним сторонником перспективы построения ниши в биологии был биолог развития Конрад Уоддингтон . Он обратил свое внимание на многочисленные способы, которыми животные изменяют свою селективную среду на протяжении всей своей жизни, выбирая и изменяя свои условия окружающей среды, явление, которое он назвал «системой эксплуатации». [14]

Перспектива построения ниши впоследствии получила известность благодаря трудам эволюционного биолога из Гарварда Ричарда Левонтина . В 1970-х и 1980-х годах Левонтин написал серию статей об адаптации, в которых он указал, что организмы не пассивно адаптируются посредством отбора к уже существующим условиям, а активно строят важные компоненты своих ниш. [4]

Биолог из Оксфорда Джон Одлинг-Сми (1988) был первым человеком, который ввел термин «конструирование ниши», и первым, кто выдвинул аргумент о том, что «конструирование ниши» и « экологическое наследование » следует признать эволюционными процессами. [15] В течение следующего десятилетия исследования в области конструирования ниши быстро расширялись, сопровождаясь потоком экспериментальных и теоретических исследований в широком спектре областей.

Моделирование конструкции ниши

Формирование ниши в эволюционное время.
Строительство ниши в эволюционном времени. Организм одновременно изменяет окружающую среду и приспосабливается к ней. [16]

Математическая эволюционная теория изучает как эволюцию построения ниши, так и ее эволюционные и экологические последствия. Эти анализы показывают, что построение ниши имеет большое значение. Например, построение ниши может:

Люди

Теория построения ниши оказала особое влияние на гуманитарные науки, включая биологическую антропологию , [24] археологию , [25] и психологию . [26] В настоящее время признано, что построение ниши сыграло важную роль в эволюции человека , [24] [27] включая эволюцию когнитивных способностей. [28] Ее влияние, вероятно, обусловлено тем, что сразу становится очевидным, что люди обладают необычайно мощной способностью регулировать, создавать и разрушать свою среду, и что это порождает некоторые насущные текущие проблемы (например, изменение климата , вырубку лесов , урбанизацию ). Однако ученые-гуманитарии были привлечены к перспективе построения ниши, поскольку она признает человеческую деятельность как направляющий процесс, а не просто следствие естественного отбора . [1] [25] Построение культурной ниши также может иметь обратную связь, чтобы влиять на другие культурные процессы, даже влияя на генетику.

Теория построения ниши подчеркивает, как приобретенные признаки играют эволюционную роль, преобразуя селективные среды. Это особенно актуально для эволюции человека, где наш вид, по-видимому, участвовал в обширной модификации окружающей среды посредством культурных практик. [29] Такие культурные практики, как правило, сами по себе не являются биологическими адаптациями (скорее, они являются адаптивным продуктом тех гораздо более общих адаптаций, таких как способность учиться, особенно у других, учить, использовать язык и т. д., которые лежат в основе человеческой культуры).

Математические модели установили, что построение культурной ниши может изменять естественный отбор в генах человека и управлять эволюционными событиями. Это взаимодействие известно как коэволюция генов и культуры . Сейчас мало кто сомневается в том, что построение культурной ниши человека совместно направляло эволюцию человека. [29] Люди изменили отбор, например, расселяясь в новые среды с различными климатическими режимами, разрабатывая сельскохозяйственные методы или одомашнивая скот. Хорошо изученным примером является открытие того, что молочное животноводство создало давление отбора, которое привело к распространению аллелей для устойчивости лактазы у взрослых. [30] Анализы генома человека выявили многие сотни генов, подверженных недавнему отбору, и культурная деятельность человека считается основным источником отбора во многих случаях. Пример устойчивости лактазы может быть репрезентативным для очень общей модели коэволюции генов и культуры.

Построение ниши также теперь является центральным в нескольких описаниях того, как развивался язык. Например, Дерек Бикертон описывает, как наши предки создавали ниши для сбора мусора, которые требовали от них общения, чтобы набрать достаточное количество особей для отпугивания хищников от трупов мегафауны. [28] Он утверждает, что наше использование языка, в свою очередь, создало новую нишу, в которой было полезно сложное познание.

Текущий статус

Хотя тот факт, что происходит образование ниши, не вызывает споров, и его изучение восходит к классическим книгам Дарвина о дождевых червях и кораллах , эволюционные последствия образования ниши не всегда были полностью оценены. Исследователи расходятся во мнениях относительно того, в какой степени образование ниши требует изменений в понимании эволюционного процесса. Многие сторонники концепции образования ниши присоединяются к другим прогрессивным элементам в поисках расширенного эволюционного синтеза , [31] [32] позиция, которую отвергают другие выдающиеся эволюционные биологи. [33] Лаубихлер и Ренн [32] утверждают, что теория образования ниши предлагает перспективу более широкого синтеза эволюционных явлений посредством «понятия расширенных и множественных систем наследования (от геномных до экологических, социальных и культурных)». [32]

Теория построения ниши (NCT) остается спорной, особенно среди ортодоксальных эволюционных биологов. [34] [35] В частности, утверждение, что построение ниши является эволюционным процессом, вызвало споры. Сотрудничество между некоторыми критиками перспективы построения ниши и одним из ее сторонников попыталось выявить их различия. [35] Они написали:

«NCT утверждает, что построение ниши — это отдельный эволюционный процесс, потенциально имеющий такое же значение, как и естественный отбор. Скептики оспаривают это. Для них эволюционные процессы — это процессы, которые изменяют частоты генов , из которых они выделяют четыре ( естественный отбор , генетический дрейф , мутация , миграция [т. е. поток генов ])... Они не видят, как построение ниши генерирует или сортирует генетическую изменчивость независимо от этих других процессов, или как оно изменяет частоты генов каким-либо другим образом. Напротив, NCT принимает более широкое понятие эволюционного процесса, которое оно разделяет с некоторыми другими эволюционными биологами. Хотя сторонник соглашается, что существует полезное различие между процессами, которые напрямую изменяют частоты генов, и факторами, которые играют разные роли в эволюции... Скептики, вероятно, представляют позицию большинства: эволюционные процессы — это те, которые изменяют частоты генов. Сторонники NCT, напротив, являются частью значительного меньшинства эволюционных биологов, которые понимают эволюционные процессы более широко, как все, что систематически смещает направление или скорость эволюции, критерий, который они (но не скептики) чувствуют, что нишевое строительство встречается». [35]

Авторы приходят к выводу, что их разногласия отражают более широкий спор внутри эволюционной теории о том, нуждается ли современный синтез в переформулировке, а также разное использование некоторых ключевых терминов (например, эволюционный процесс).

Дальнейшие споры возникают вокруг применения теории построения ниши к истокам сельского хозяйства в археологии. В обзоре 2015 года археолог Брюс Смит пришел к выводу: «Объяснения [одомашнивания растений и животных], основанные на моделировании широты рациона, как выяснилось, имеют ряд концептуальных, теоретических и методологических недостатков; подходы, основанные на теории построения ниши, гораздо лучше подтверждаются имеющимися доказательствами в двух рассматриваемых регионах [восточная часть Северной Америки и Неотропики ] ». [36] Однако другие исследователи не видят конфликта между теорией построения ниши и применением методов поведенческой экологии в археологии. [37] [38]

Критический обзор Манана Гупты и его коллег был опубликован в 2017 году, что привело к спору между критиками и сторонниками. [39] [40] [41] [ необходимо разъяснение ]

В 2018 году в другом обзоре была обновлена ​​важность построения ниши и экстрагенетической адаптации в эволюционных процессах. [42]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef Одлинг Сми, Джон; Лаланд, Кевин; Фельдман, Маркус (2003). Строительство ниши: забытый процесс в эволюции . Принстон: Princeton University Press. стр. 488.
  2. ^ Мэтьюз, Блейк; Де Местер, Люк; Джонс, Клайв Джи; Ибелингс, Бас В; Баума, Тьерд Дж; Нуутинен, Виза; Де Коппель, Йохан ван; Одлинг-Сми, Джон (2014). «В стадии создания ниши: оперативный мост между экологией, эволюцией и наукой об экосистемах» (PDF) . Экологические монографии . 84 (2): 245–63. Бибкод :2014ЭкоМ...84..245М. дои : 10.1890/13-0953.1. JSTOR  43187889.
  3. ^ Левинс, Ричард; Левонтин, Ричард К. (1985). Диалектический биолог . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета.[ нужна страница ]
  4. ^ ab Lewontin, Richard C. (1983). «Ген, организм и окружающая среда». В Bendall, DS (ред.). Эволюция от молекул к людям . Кембридж: Cambridge University Press.[ нужна страница ]
  5. ^ Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1994). «Организмы как инженеры экосистем». Oikos . 69 (3): 373–86. Bibcode :1994Oikos..69..373J. doi :10.2307/3545850. JSTOR  3545850.
  6. ^ Тернер, Дж. Скотт (2009). «Как червь поворачивается». Расширенный организм: физиология структур, построенных животными . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. С. 99–119. ISBN 978-0-674-04449-4.
  7. ^ Рис, Джейн Б.; Урри, Лиза А.; Кейн, Майкл Л.; Вассерман, Стивен А.; Минорски, Питер В.; Джексон, Роберт Б. (2010). Биология Кэмпбелла (9-е изд.). Пирсон.[ нужна страница ]
  8. ^ Найман, Роберт Дж.; Джонстон, Кэрол А .; Келли, Джеймс С. (1988). «Изменение североамериканских рек бобром». Bio Science . 38 (11): 753–62. doi :10.2307/1310784. JSTOR  1310784.
  9. ^ ab Boogert, Neeltje J; Paterson, David M; Laland, Kevin N (2006). «Значение конструирования ниши и инженерии экосистем для биологии сохранения». BioScience . 56 (7): 570–8. doi : 10.1641/0006-3568(2006)56[570:tionca]2.0.co;2 .
  10. ^ Schwilk, Dylan W (2003). «Воспламеняемость — это особенность нишевой конструкции: архитектура навеса влияет на интенсивность огня». The American Naturalist . 162 (6): 725–33. doi :10.1086/379351. PMID  14737710. S2CID  30227488.
  11. ^ Buser, Claudia C; Newcomb, Richard D; Gaskett, Anne C; Goddard, Matthew R (2014). «Строительство ниши инициирует эволюцию мутуалистических взаимодействий». Ecology Letters . 17 (10): 1257–64. Bibcode : 2014EcolL..17.1257B. doi : 10.1111/ele.12331. PMID  25041133.
  12. ^ Эрвин, Дуглас Х. (2008). «Макроэволюция экосистемной инженерии, построения ниши и разнообразия». Тенденции в экологии и эволюции . 23 (6): 304–10. Bibcode : 2008TEcoE..23..304E. doi : 10.1016/j.tree.2008.01.013. PMID  18457902.
  13. ^ Дэвис, Н. (2015). Кукушка. Обман по природе . Лондон: Bloomsbury.[ нужна страница ]
  14. ^ Waddington, CH (1969). «Парадигма эволюционного процесса». В Waddington, CH (ред.). К теоретической биологии . Том 218. Издательство Эдинбургского университета. С. 106–123. doi :10.1038/218525a0. PMID  5650959. S2CID  204994224. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ) Переиздано как: Waddington, C. H (2008). "Парадигма эволюционного процесса". Biological Theory . 3 (3): 258–66. doi :10.1162/biot.2008.3.3.258. S2CID  83525979.
  15. ^ Одлинг-Сми, Ф. Дж. (1988). «Ниша, конструирующая фенотипы». В Плоткин, Х. К. (ред.). Роль поведения в эволюции . Кембридж (Массачусетс): MIT Press. стр. 73–132.
  16. ^ Одлинг-Сми, Ф. Джон (2009). «Строительство ниши в эволюции, экосистемах и биологии развития». В Барберуссе, А.; Моранж, М.; Прадеу, Т. (ред.). Картографирование будущего биологии . Дордрехт: Springer.[ нужна страница ]
  17. ^ ab Лаланд, К. Н.; Одлинг-Сми, Ф. Дж.; Фельдман, М. В. (1999). «Эволюционные последствия построения ниши и их влияние на экологию». Труды Национальной академии наук . 96 (18): 10242–7. Bibcode : 1999PNAS...9610242L. doi : 10.1073 /pnas.96.18.10242 . JSTOR  48725. PMC 17873. PMID  10468593. 
  18. ^ ab Silver, M.; Di Paolo, EA. (2006). «Пространственные эффекты благоприятствуют эволюции построения ниши». Theor Popul Biol . 70 (4): 387–400. Bibcode :2006TPBio..70..387S. CiteSeerX 10.1.1.65.6226 . doi :10.1016/j.tpb.2006.08.003. PMID  17011006. 
  19. ^ ab Creanza, N; Feldman, M. W (2014). «Сложность моделей построения культурной ниши с отбором и гомофилией». Труды Национальной академии наук . 111 (Suppl 3): 10830–7. Bibcode : 2014PNAS..111S0830C. doi : 10.1073/pnas.1400824111 . JSTOR  23800668. PMC 4113930. PMID  25024189 . 
  20. ^ Леманн, Лоран (2008). «Адаптивная динамика черт построения ниши в пространственно разделенных популяциях: эволюция посмертных расширенных фенотипов». Эволюция . 62 (3): 549–66. doi : 10.1111/j.1558-5646.2007.00291.x . PMID  17983464. S2CID  25282217.
  21. ^ Ван Дайкен, Дж. Дэвид; Уэйд, Майкл Дж. (2012). «Истоки разнообразия альтруизма II: неконтролируемая коэволюция альтруистических стратегий посредством «взаимного строительства ниши»». Эволюция . 66 (8): 2498–513. doi :10.1111/j.1558-5646.2012.01629.x. PMC 3408633. PMID  22834748 . 
  22. ^ Kylafis, G.; Loreau, M. (2008). «Экологические и эволюционные последствия построения ниши для ее агента». Ecology Letters . 11 (10): 1072–1081. Bibcode : 2008EcolL..11.1072K. doi : 10.1111/j.1461-0248.2008.01220.x. PMID  18727670. S2CID  26010563.
  23. ^ ab Krakauer, DC.; Page, KM.; Erwin, DH. (2009). «Разнообразие, дилеммы и монополии построения ниши». American Naturalist . 173 (1): 26–40. Bibcode : 2009TANat.173...26K. doi : 10.1086/593707. PMID  19061421. S2CID  1995723.
  24. ^ ab Антон, SC.; Поттс, R.; Айелло, LC. (2014). «Эволюция ранних Homo: комплексная биологическая перспектива». Science . 345 (6192): 1236828. doi :10.1126/science.1236828. PMID  24994657. S2CID  30188239.
  25. ^ ab O'Brien, M.; Laland, KN. (2012). «Гены, культура и сельское хозяйство: пример построения человеческой ниши» (PDF) . Current Anthropology . 53 (4): 434–470. doi :10.1086/666585. hdl : 10023/5216 . S2CID  40427412.
  26. ^ Флинн, Э.Г.; Лаланд, К.Н.; Кендал, Р.К.; Кендал, Дж.Р. (2013). «Строительство ниши развития» (PDF) . Developmental Science . 16 (2): 296–313. doi :10.1111/desc.12030. PMID  23432838.
  27. ^ Кендал, Дж. Р.; Тегерани, Дж. Дж.; Одлинг-Сми, Ф. Дж. (2011). «Проблема построения человеческой ниши». Phil Trans R Soc B . 366 (1566): 785–92. doi :10.1098/rstb.2010.0306. PMC 3048995 . PMID  21320894. 
  28. ^ ab Bickerton, Derek (2009). Язык Адама . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Hill and Wang.
  29. ^ ab Лаланд, КН.; Одлинг-Сми, ФДж.; Майлз, С. (2010). «Как культура сформировала геном человека: объединение генетики и гуманитарных наук». Nature Reviews Genetics . 11 (2): 137–148. doi :10.1038/nrg2734. PMID  20084086. S2CID  10287878.
  30. ^ Gerbault, P.; Liebert, A.; Itan, Y.; Powell, A.; Currat, M.; Burger, J.; Swallow, DS.; Thomas, MG. (2011). «Эволюция устойчивости лактазы: пример построения человеческой ниши». Phil Trans R Soc B . 366 (1566): 863–877. doi :10.1098/rstb.2010.0268. PMC 3048992 . PMID  21320900. 
  31. ^ Лаланд, Кевин Н.; Уллер, Тобиас; Фельдман, Маркус В.; Стерелни, Ким; Мюллер, Герд Б.; Мочек, Армин; Яблонка, Ева; Одлинг-Сми, Джон (2015). «Расширенный эволюционный синтез: его структура, предположения и предсказания». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 282 (1813): 20151019. doi : 10.1098/rspb.2015.1019. PMC 4632619. PMID  26246559. 
  32. ^ abc Laubichler, Manfred D.; Renn, Jürgen (2015). «Расширенная эволюция: концептуальная структура для интеграции регуляторных сетей и построения ниши». J Exp Zool (Mol Dev Evol) . 324 (7): 565–577. Bibcode : 2015JEZB..324..565L. doi : 10.1002/jez.b.22631. PMC 4744698. PMID  26097188 . 
  33. ^ Лаланд, Кевин; Уллер, Тобиас; Фельдман, Марк; Стерелни, Ким; Мюллер, Герд Б.; Мочек, Армин; Яблонка, Ева; Одлинг-Сми, Джон; Врей, Грегори А.; Хёкстра, Хопи Э.; Футуйма, Дуглас Дж.; Ленски, Ричард Э.; Маккей, Труди Ф. К.; Шлютер, Дольф; Штрассманн, Джоан Э. (2014). «Нужно ли переосмыслить эволюционную теорию?». Nature . 514 (7521): 161–4. Bibcode :2014Natur.514..161L. doi : 10.1038/514161a . PMID  25297418.
  34. ^ Пошевиль, Арно (2010). «Что такое нишевое строительство (нет)». La Niche Ecologique: концепции, модели, приложения (кандидатская диссертация). Париж: Ecole Normale Superieure. стр. 39–124.
  35. ^ abc Скотт-Филлипс, Томас С.; Лаланд, Кевин Н.; Шукер, Дэвид М.; Дикинс, Томас Э.; Уэст, Стюарт А. (2014). «Перспектива построения ниши: критическая оценка». Эволюция . 68 (5): 1231–43. doi :10.1111/evo.12332. PMC 4261998. PMID  24325256 . 
  36. ^ Смит, Брюс (2015). «Сравнение теории построения ниши и моделей ширины рациона как объяснительных рамок для первоначального одомашнивания растений и животных». Журнал археологических исследований . 23 (3): 215–262. doi :10.1007/s10814-015-9081-4. S2CID  143722290.
  37. ^ Лаланд, Кевин Н.; Браун, Джиллиан Р. (2006). «Строительство ниши, человеческое поведение и гипотеза адаптивного отставания». Эволюционная антропология . 15 (3): 95–104. doi : 10.1002/evan.20093 . S2CID  32095006.
  38. ^ Стинер, MC.; Кун, SL. (2016). «Не упускаем ли мы «золотую середину» между теорией оптимальности и теорией построения ниши в археологии?». J Anthropol Archaeol . 44 : 177–184. doi :10.1016/j.jaa.2016.07.006.
  39. ^ Гупта, М., Н. Г. Прасад, С. Дей, А. Джоши и Т. Н. К. Видья. (2017). «Построение ниши в эволюционной теории: построение академической ниши?» Журнал генетики 96 (3): 491–504.
  40. ^ Фельдман, М. В.; Одлинг-Сми, Дж.; Лаланд, К. Н. (2017). «Почему критика Гупты и др. теории построения ниши не попадает в цель». Журнал генетики 96 (3): 505-508.
  41. ^ Гупта, Манан; Прасад, Н. Г.; Дей, Сутирт; Джоши, Амитабх; Видья, Т. Н. К. (2017). «Фельдман и др. слишком много протестуют, мы думаем». Журнал генетики 96 (3): 509–511.
  42. ^ Dressino, Vicente (2019-01-18). «Строительство ниши и экстрагенетическая адаптация: их роль как механизмов в эволюционных изменениях». Ludus Vitalis . 26 (50): 1–15. ISSN  1133-5165. Архивировано из оригинала 2022-03-30 . Получено 2021-05-31 .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки