Функциональная эквивалентность (экология) - Functional equivalence (ecology)

В экология, функциональная эквивалентность (или же функциональное резервирование) - это экологический феномен, при котором несколько видов, представляющих различные таксономические группы, могут иметь схожие, если не идентичные, роли в функциональности экосистемы (например, азотфиксаторы, скребки для водорослей, поглотители).[1] Это явление может относиться как к таксонам растений, так и к животным. Идея была первоначально представлена ​​в 2005 году Стивен Хаббелл, эколог растений из Университета Джорджии. Эта идея привела к новой парадигме для видового уровня. классификация - организация видов в группы на основе функционального сходства, а не морфологической или эволюционной истории.[2] В мире природы аналогично появилось несколько примеров функциональной эквивалентности различных таксонов.

Взаимоотношения растений и опылителей

Один из примеров функциональной эквивалентности демонстрируется во взаимоотношениях растение-опылитель, когда у определенных видов растений может развиваться морфология цветка, которая выбирается для опыления множеством таксономически несвязанных видов, чтобы обеспечить ту же функцию (производство плодов после опыления).[3] Например, травянистое растение бешеный колючий (Hermathophylla spinosa ) выращивает цветы такой формы, что таксономически неродственные опылители ведут себя почти одинаково во время опыления. С точки зрения растения, каждый из этих опылителей функционально эквивалентен и, следовательно, не подвергается определенному селективному давлению. [3] Различия в форме и структуре морфологии как цветка, так и семян могут быть источником селективного давления на виды животных, чтобы развить множество морфологических признаков, но также обеспечить ту же функцию для растений.[4]

Механизмы распространения семян растений и животных

Взаимодействие растений и животных с точки зрения распространения семян - еще один пример функциональной эквивалентности. Факты свидетельствуют о том, что в течение миллионов лет большинство растений сохраняли эволюционную стабильность в отношении размера и формы своих плодов.[3] Однако виды животных, которые потребляют и рассеивают семена в плодах, эволюционировали физически быстрее, чем растения, которыми они питаются. Другими словами, виды животных менялись и развивались больше, чем растения меняли морфологию семян и плодов. Функциональная эквивалентность видов животных, потребляющих и рассеивающих семена, может объяснить способность этих растений продолжать выживать без генетических изменений морфологии их плодов / семян.[3] Как и в случае с Горматофилла В приведенном выше примере виды растений не подвергаются селективному давлению так, как животные.

Производство метаболитов

Другой пример - аналогичная эволюция продукции метаболитов растений в ответ на травоядный. В этом случае разные виды растений развили разные механизмы химического репеллента для травоядных, но каждый ответ обеспечивает одну и ту же функцию - устойчивость к травоядным.[3] В некоторых случаях растения, живущие в совершенно разных средах (географическое разделение) и не связанные таксономически, могут вырабатывать различные метаболиты, которые обеспечивают одинаковую функцию для растений - защиту от травоядных. Это еще один пример функциональной эквивалентности между таксономически неродственными видами.[3]

Симбиотические отношения

Многочисленные примеры функциональной эквивалентности могут существовать внутри микробных симбионтов и связанных с ними хозяев. Некоторые примеры этого включают большое разнообразие микробов в пищеварительном тракте термитов и микробиоме кишечника человека.[5] В этих средах огромное множество таксономически разнообразных организмов обеспечивают функцию переваривания пищи и разложения целлюлозы. Эти микробные организмы, скорее всего, эволюционировали в сходных условиях, но в разные моменты времени, и теперь было обнаружено, что они взаимодействуют друг с другом и обеспечивают ту же функцию своему организму-хозяину.[5]

Функциональная эквивалентность и биоразнообразие

Недавно биологи использовали идею функциональной эквивалентности, иногда называемую функциональной избыточностью, чтобы делать прогнозы о том, как лучше всего управлять экосистемами и их микрокосмом. Распространено заблуждение, что высокая степень таксономического разнообразия внутри экосистемы в конечном итоге приведет к более здоровой и высокофункциональной системе.[2] Например, экологический микромир, состоящий из 30 видов бобовые растения (которые добавляют фиксированный азот в почву) выполняет только одну экосистемную функцию (фиксацию азота), несмотря на то, что они богаты таксономически. С другой стороны, экосистема с низким таксономическим разнообразием, но высоким функциональным разнообразием может быть более устойчивой.[6] Недавние исследования показали, что экосистема может поддерживать оптимальное здоровье, если каждая функциональная группа экосистемы представлена ​​множеством таксономически несвязанных видов (функциональная эквивалентность).[6][2] Другими словами, экосистема потенциально может находиться на самом высоком уровне целостности, если она одновременно функционально и таксономически богата.

Скептицизм

Некоторые биологи сомневаются в важности теории функциональной эквивалентности. Например, Лоро указывает, что при фактическом тестировании функциональной эквивалентности трудно сделать краткие выводы относительно правильности теории из-за сложности и чрезмерного упрощения самой теории. Например, многие исследования, проверяющие влияние потери видов и функциональной избыточности, редко обращаются к неоднозначности того, действуют ли функциональные возможности на индивидуальном или популяционном уровне, а также к возможности перекрытия нескольких параметров ниши друг с другом.[7]

В конечном счете, гипотеза функциональной эквивалентности хорошо известна среди системных экологов и эволюционных биологов и является активной областью современных исследований для определения количественных примеров. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы количественно оценить влияние утраты видов на функцию экосистемы, чтобы предоставить больше доказательств в поддержку гипотезы функциональной эквивалентности.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хаббелл, Стивен П. (01.01.2005). «Нейтральная теория в экологии сообществ и гипотеза функциональной эквивалентности». Функциональная экология. 19 (1): 166–172. Дои:10.1111 / j.0269-8463.2005.00965.x. JSTOR  3599285.
  2. ^ а б c Наим, Шахид (2006). Основы реставрационной экологии. Вашингтон, округ Колумбия: Island Press. С. 210–237. ISBN  978-1597260176.
  3. ^ а б c d е ж Замора, Регино (01.02.2000). «Функциональная эквивалентность во взаимодействиях растений и животных: экологические и эволюционные последствия». Ойкос. 88 (2): 442–447. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2000.880222.x. ISSN  1600-0706.
  4. ^ Дарвин, Чарльз (1859). О происхождении видов. Джон Мюррей.
  5. ^ а б Fan, Lu; Рейнольдс, Дэвид; Лю, Майкл; Старк, Мануэль; Кьеллеберг, Стаффан; Вебстер, Николь С .; Томас, Торстен (03.07.2012). «Функциональная эквивалентность и эволюционная конвергенция в сложных сообществах симбионтов микробных губок». Труды Национальной академии наук. 109 (27): E1878 – E1887. Дои:10.1073 / pnas.1203287109. ISSN  0027-8424. ЧВК  3390844. PMID  22699508.
  6. ^ а б Розенфельд, Иордания (2002). «Функциональная избыточность в экологии и охране окружающей среды». OIKOS. 98: 156–162. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2002.980116.x.
  7. ^ Лоро, Мишель (2004-03-01). «Существует ли функциональная избыточность?». Ойкос. 104 (3): 606–611. Дои:10.1111 / j.0030-1299.2004.12685.x. ISSN  1600-0706.