stringtranslate.com

Экосистемный инженер

Бобры являются прототипом инженера экосистемы из-за влияния их плотин на сток русла , геоморфологию и экологию.
Келп — инженеры автогенных экосистем, создающие необходимую структуру для лесов из водорослей.

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]

Типы

Джонс и др. [3] выделили два разных типа экосистемных инженеров:

Аллогенные инженеры

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]

Автогенные инженеры

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 ]

Важность

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]

Споры

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]

Классификация

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].

Интродуцированные виды как инженеры экосистем

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.

Плотина Гордон в Тасмании

Люди как инженеры экосистем

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]

Примеры

Земная среда

Бобровая плотина на реке Смилга в Литве.

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.

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 . [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 ».

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Райт, Джастин П; Джонс, Клайв Джи; Флекер, Александр С (2002). «Инженер экосистемы, бобр, увеличивает видовое богатство в ландшафтном масштабе». Экосистемы Экология . 132 (1): 96–101. Бибкод : 2002Oecol.132...96W. дои : 10.1007/s00442-002-0929-1. PMID  28547281. S2CID  5940275.
  2. ^ abc Хэмиг, PD (2012). «Инженеры экосистем: дикая природа, которая создает, изменяет и поддерживает среду обитания». экология.инфо . Архивировано из оригинала 6 мая 2021 года.
  3. ^ Джонс, CG; Лоутон, Дж. Х.; Шачак, М (1994). «Организмы как инженеры экосистем». Ойкос . 69 (3): 373–386. дои : 10.2307/3545850. JSTOR  3545850.
  4. ^ Джонс, CG; Лоутон, Дж. Х.; Шачак, М (1997). «Положительные и отрицательные эффекты организмов как инженеров физических экосистем». Экология . 78 (7): 1946–1957. дои : 10.2307/2265935. JSTOR  2265935.
  5. ^ «Инженер по экосистеме».
  6. ^ аб Чепмен, Колин А; и другие. (2013). «Являются ли приматы инженерами экосистемы?». Международный журнал приматологии . 34 : 1–14. дои : 10.1007/s10764-012-9645-9. S2CID  3343186.
  7. ^ abcdefghij Джонс, Клайв Г.; Лоутон, Джон Х.; Шачак, Моше (1994). «Организмы как инженеры экосистем». Ойкос . 69 (3): 373–386. дои : 10.2307/3545850. ISSN  0030-1299. JSTOR  3545850.
  8. ^ Беркенбуш, К.; Роуден, А.А. (2003). «Экосистемная инженерия — уход от историй «просто так»». Новозеландский журнал экологии . 27 (1): 67–73. ISSN  0110-6465. JSTOR  24058163.
  9. ^ Бартель, Ребекка А; Хаддад, Ник М; Райт, Джастин П. (2010). «Инженеры экосистем поддерживают редкие виды бабочек и увеличивают разнообразие растений». Ойкос . 119 (5): 883–890. дои : 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. ↑ Пауэр, Мэри Э. (1 июля 1997 г.). «Экосистемная инженерия с помощью организмов: почему семантика важна. Ответ М. Пауэра». Тенденции в экологии и эволюции . 12 (7): 275–276. дои : 10.1016/S0169-5347(97)81020-8. ISSN  0169-5347. ПМИД  21238069.
  12. ^ Райхман, О.Дж.; Сиблум, Эрик В. (1 июля 2002 г.). «Экосистемная инженерия: упрощенная 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.). «Высшие инженеры экосистем». Наука . 315 (5820): 1797–1798. дои : 10.1126/science.1137740. ISSN  0036-8075. PMID  17395815. S2CID  21409034.
  14. ^ Байерс, Джеймс Э; и другие. (2006). «Использование экосистемных инженеров для восстановления экологических систем». Экология и эволюция . 21 (9): 493–500. дои : 10.1016/j.tree.2006.06.002. ПМИД  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 землеройцы и инженеры экосистем». Геоморфология . 157–158: 99–107. Бибкод : 2012Geomo.157...99H. doi :10.1016/j.geomorph.2011.04.045.
  17. ^ Бейкер, Брюс В.; Августин, Дэвид Дж.; Седжвик, Джеймс А.; Любовь, Брюс К. (1 февраля 2013 г.). «Экосистемная инженерия различается в пространстве: проверка парадигмы модификации растительности для луговых собачек». Экография . 36 (2): 230–239. дои : 10.1111/j.1600-0587.2012.07614.x. ISSN  1600-0587.
  18. ^ Корнелиссен, Т; Синтра, Ф; Сантос, Джей Си (2 декабря 2015 г.). «Насекомые, строящие убежища, и их роль инженеров экосистем». Неотропическая энтомология . 45 (1): 1–12. дои : 10.1007/s13744-015-0348-8. PMID  26631227. S2CID  17978664 . Проверено 15 июня 2021 г.
  19. ^ Перейра, Кассио Кардозу; Новаис, Самуэль; Барбоза, Милтон; Негрейрос, Дэниел; Гонсалвеш-Соуза, Тьяго; Рослин, Томас; Маркиз, Роберт; Марино, Николас; Новотный, Войтех; Оривел, Джером; Суй, Шен (апрель 2022 г.). «Тонкие структуры с не такими уж тонкими функциями: набор данных о конструкциях членистоногих и их растениях-хозяевах». Экология . 103 (4): e3639. дои : 10.1002/ecy.3639 . ISSN  0012-9658. PMID  35060615. S2CID  246079018.
  20. ^ Харви, Брайан Дж.; Донато, Дэниел С.; Ромме, Уильям Х.; Тернер, Моника Г. (2014). «Степень пожара и восстановление деревьев после вспышки короеда: роль стадии вспышки и условий горения». Экологические приложения . 24 (7): 1608–1625. дои : 10.1890/13-1851.1. ISSN  1051-0761. ПМИД  29210226.
  21. ^ Бодди, Линн; Уоткинсон, Сара К. (31 декабря 1995 г.). «Разложение древесины, высшие грибы и их роль в перераспределении питательных веществ». Канадский журнал ботаники . 73 (С1): 1377–1383. дои : 10.1139/b95-400.
  22. ^ 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 . 
  23. ^ Филипяк, Михал; Вайнер, январь; Уилсон, Ричард А. (23 декабря 2014 г.). «Как сделать жука из дерева: многоэлементная стехиометрия гниения древесины, ксилофагии и грибоядности». ПЛОС ОДИН . 9 (12): е115104. Бибкод : 2014PLoSO...9k5104F. дои : 10.1371/journal.pone.0115104 . ПМЦ 4275229 . ПМИД  25536334. 
  24. ^ Уордл, Д.А. (11 июня 2004 г.). «Экологические связи между надземной и подземной биотой». Наука . 304 (5677): 1629–1633. Бибкод : 2004Sci...304.1629W. дои : 10.1126/science.1094875. PMID  15192218. S2CID  36949807.
  25. ^ Кляйн, Т.; Зигвольф, RTW; Корнер, К. (14 апреля 2016 г.). «Подземная торговля выбросами углерода среди высоких деревьев в лесу умеренного пояса». Наука . 352 (6283): 342–344. Бибкод : 2016Sci...352..342K. doi : 10.1126/science.aad6188. PMID  27081070. S2CID  33458007.
  26. ^ Берке, Сара К. (2012). «Функциональные группы инженеров экосистем: предлагаемая классификация с комментариями по текущим проблемам». Интегративная и сравнительная биология . 50 (2): 147–157. дои : 10.1093/icb/icq077 . ПМИД  21558195.
  27. ^ Абрахамс, М.В.; Каттенфельд, М.Г. (1997). «Роль мутности как ограничения на взаимодействие хищник-жертва в водной среде». Поведенческая экология и социобиология . 40 (3): 169–74. дои : 10.1007/s002650050330. S2CID  24748783.
  28. ^ Хартман, Э.Дж.; Абрахамс, М.В. (2000). «Сенсорная компенсация и обнаружение хищников: взаимодействие химической и визуальной информации». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 267 (1443): 571–75. дои :10.1098/rspb.2000.1039. ПМК 1690576 . ПМИД  10787160. 
  29. ^ Дикий, Кристиан; и другие. (2011). «Изменение климата препятствует склерактиновым кораллам как основным инженерам экосистемы рифов». Морские и пресноводные исследования . 62 (2): 205–215. дои : 10.1071/mf10254 .
  30. ^ аб Божец, Ив-Мари; и другие. (2013). «Взаимное содействие и нелинейность поддерживают создание среды обитания на коралловых рифах». Ойкос . 122 (3): 428–440. CiteSeerX 10.1.1.457.9673 . дои : 10.1111/j.1600-0706.2012.20576.x. 
  31. ^ Роман, Джо; Эстес, Джеймс А; Мориссетт, Лайн; Смит, Крейг; Коста, Дэниел; Маккарти, Джеймс; Нация, Джейб; Никол, Стивен; Першинг, Эндрю; Сметачек, Виктор (сентябрь 2014 г.). «Киты как инженеры морской экосистемы». Границы в экологии и окружающей среде . 12 (7): 377–385. дои : 10.1890/130220. ISSN  1540-9295.

Библиография

Внешние ссылки