Экоморфология или экологическая морфология — это изучение взаимосвязи между экологической ролью особи и ее морфологическими адаптациями. [1] Термин «морфологический» здесь используется в анатомическом контексте. Как морфология, так и экология, демонстрируемые организмом, напрямую или косвенно зависят от его среды, и экоморфология стремится выявить различия. [2] Текущие исследования делают акцент на связи морфологии и экологической ниши путем измерения производительности черт (например, скорости спринта, силы укуса и т. д.), связанных с ними поведений и результатов приспособленности этих взаимоотношений.
Текущие экоморфологические исследования сосредоточены на функциональном подходе и применении к науке. Расширение этой области приветствует дальнейшие исследования в дебатах относительно различий между экологическим и морфологическим составом организма .
Корни экоморфологии восходят к концу 19 века. [3] Тогда описание и сравнение морфологической формы, в первую очередь для использования в классификации птиц , были центральным моментом морфологических исследований. Однако в 1930-х и 40-х годах морфология как область сократилась. Вероятно, это было связано с появлением новых областей биологического исследования, доступных новым методам. 1950-е годы принесли не только изменение подхода к морфологическим исследованиям, что привело к развитию эволюционной морфологии в форме теоретических вопросов, но и возрождение интереса к этой области. [4] Высокоскоростная кинематография и рентгеновская кинематография начали позволять наблюдать за движениями частей, в то время как электромиография позволила наблюдать за интеграцией мышечной активности. Вместе эти методологии позволили морфологам лучше вникать в тонкости своего исследования. Именно тогда, в 1950-х и 60-х годах, экологи начали использовать морфологические меры для изучения эволюционных и экологических вопросов. Это привело к тому, что Карр и Джеймс ввели термин «экоморфология» в 1975 году. [5] В следующем году связи между морфологией позвоночных и экологией были окончательно установлены, создав основы современной экоморфологии. [6] [7]
Функциональная морфология отличается от экоморфологии тем, что она имеет дело с особенностями, возникающими из формы на разных уровнях организации . [8] Экоморфология, с другой стороны, относится к тем особенностям, которые, как можно показать, вытекают из экологии, окружающей вид. Другими словами, функциональная морфология в значительной степени фокусируется на связи между формой и функцией, тогда как экоморфология интересуется формой и влияниями, из которых она возникает. Исследования функциональной морфологии часто изучают связи между формой скелетных мышц и физическими свойствами, такими как генерация силы и подвижность суставов. [9] Это означает, что эксперименты по функциональной морфологии могут проводиться в лабораторных условиях, тогда как экоморфологические эксперименты не могут. Более того, исследования функциональной морфологии сами по себе предоставляют недостаточно данных, на основании которых можно делать выводы относительно адаптации вида к окружающей среде. Данные, полученные в результате этих исследований, могут, однако, поддержать и обогатить понимание экоморфологической адаптации вида. [3] Например, была исследована связь между организацией системы рычагов челюстей, размером рта и генерацией силы челюстных мышц и пищевым поведением солнечной рыбы. [10] Работы этого типа предоставляют научную поддержку, казалось бы, интуитивным концепциям. Например, увеличение размера рта соответствует увеличению размера добычи. Однако существуют и менее очевидные тенденции. Размер добычи рыбы, по-видимому, не так сильно коррелирует с размером тела, как с характеристиками аппарата питания.
Работа выше является лишь одним примером поведенческого исследования, основанного на экоморфологии. Исследования этого типа становятся все более важными в этой области. Поведенческие исследования связывают функциональную и экоморфологию. Такие особенности, как локомоторная способность у кормящихся птиц, как было показано в исследованиях этого типа, влияют на пищевые предпочтения. [11] Поведенческие исследования особенно распространены в рыболовстве и при изучении птиц. [12] Другие исследования пытаются связать экоморфологические результаты с пищевыми привычками видов. Гриффен и Мосблэк (2011) исследовали различия в рационе и скорости потребления как функцию экоморфологии кишечника . [13] Действительно, было обнаружено, что объем кишечника положительно коррелирует с увеличением скорости метаболизма. Экоморфологические исследования часто можно использовать для определения присутствия паразитов в данном временно-пространственном контексте, поскольку присутствие паразита может изменить использование среды обитания хозяина . [14]
Другие текущие работы в области экоморфологии сосредоточены на расширении базы знаний, чтобы позволить экоморфологическим исследованиям включать более широкий спектр местообитаний , таксонов и систем. Многие текущие работы также сосредоточены на интеграции экоморфологии с другими сравнительными областями, такими как филогенетика и онтогенетика, чтобы лучше понять эволюционную морфологию. [15]
Понимание экоморфологии необходимо при исследовании как происхождения, так и причин биоразнообразия внутри вида . Экоморфология имеет основополагающее значение для понимания изменений в морфологии вида, в котором подмножества занимают разные экологические ниши , демонстрируют разные репродуктивные методы и имеют разные сенсорные модальности. [15] [16] Исследования, проводимые на видах с высоким биоразнообразием , часто изучают степень влияния экологии на морфологию вида. Костистые рыбы часто используются для изучения экоморфологии из-за их долгой эволюционной истории, высокого биоразнообразия и многоэтапного жизненного цикла. [15] Исследования морфологического разнообразия африканских цихлид, проведенные Фрайером и Айлзом, были одними из первых, продемонстрировавших экоморфологию. Это во многом связано с тем, что цихлиды имеют большое биоразнообразие , широкое распространение, способность занимать различные экологические ниши и очевидные морфологические различия. [17] Экоморфология также часто используется для изучения палеосреды обитания вида и/или его эволюционной морфологии.
История того, как вид претерпел морфологические адаптации, чтобы лучше соответствовать своей экологической роли, может быть использована для выводов о его палеосреде обитания. Морфология палеовидов, обнаруженных в определенном месте, помогает сделать выводы о предыдущем внешнем виде и свойствах этой среды обитания. Исследования с использованием этого подхода широко проводились с использованием ископаемых останков быков из-за их больших скелетов и обширной радиации видов . [18] Пламмер и Бишоп провели исследование с использованием современных африканских быков, чтобы изучить палеосреду животных на основе их предпочтений в среде обитания. [19] Сильная корреляция, обнаруженная между филогенией быков и предпочтением среды обитания, предполагает, что связь морфологии и среды обитания зависит от таксона . Данные также свидетельствуют о том, что дальнейшее изучение экоморфологии ранее существовавших местообитаний может быть полезным для определения филогенетического риска, связанного с видами, живущими в определенной среде обитания. [18]
Изучение эволюционной морфологии касается изменений в морфологии видов с течением времени для того, чтобы они стали лучше приспособлены к окружающей среде. [3] [16] Эти исследования проводятся путем сравнения особенностей групп видов для предоставления исторического повествования об изменениях в морфологии, наблюдаемых при изменениях в среде обитания. Для того чтобы можно было наблюдать историю эволюционной морфологии, сначала необходимо знать предысторию особенностей и гомологии вида . Эта область биологии служит только для предоставления номинального объяснения эволюционной биологии, поскольку для предоставления полного объяснения эволюции внутри вида требуется более глубокое объяснение истории вида.
Были высказаны предположения, что корреляции между видовым биоразнообразием и конкретными средами не обязательно могут быть обусловлены экоморфологией, а скорее сознательным решением, принятым видами, переместиться в экосистему, к которой их морфология лучше подходит. Однако в настоящее время нет исследований, которые бы предоставили конкретные доказательства в поддержку этой теории. Были проведены исследования для прогнозирования предпочтений рыб к местообитаниям на основе морфологии тела, но не удалось провести окончательного различия между корреляцией и причинно-следственной связью предпочтений рыб к местообитаниям. [20]
Бетц О. (2006), Экоморфология: интеграция формы, функции и экологии в анализе морфологических структур, Mitteilungen der Deutschen Gesellschaft für Allgemeine und Angewandte Entomologie 15, 409-416.